張寶良 劉勝軍

(中石化股份天津分公司計(jì)量中心，天津 300270)

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遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)在管輸原油計(jì)量中的應(yīng)用

張寶良 劉勝軍

(中石化股份天津分公司計(jì)量中心，天津 300270)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，原油準(zhǔn)確計(jì)量對公司生產(chǎn)起關(guān)鍵性作用。為此，一項(xiàng)重要而有效的措施就是加強(qiáng)原油進(jìn)廠計(jì)量儀表實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，尤其是各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)采集與監(jiān)測。在原油遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中，由于監(jiān)控點(diǎn)具有分布范圍廣、距離遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，所以選擇有線通信顯然不切合實(shí)際。與之相比，利用GPRS無線通訊技術(shù)則顯得非常靈活，本文闡述了遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)組成、軟件編制及取得的相應(yīng)效果。

遠(yuǎn)程監(jiān)測；GPRS；計(jì)量儀表；通訊協(xié)議；信息化

0 引言

渤西管輸原油是天津石化進(jìn)廠原油的重要組成部分，對其準(zhǔn)確的計(jì)量監(jiān)督將直接影響到天津石化的經(jīng)濟(jì)效益。在過去的2年中，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于流量計(jì)故障導(dǎo)致的計(jì)量糾紛。因此對于該流量計(jì)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測顯得尤為必要。原油現(xiàn)場計(jì)量儀表工作點(diǎn)較為分散，怎樣把現(xiàn)場儀表運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到中心控制室一直是個(gè)難題。以前一直采用人工定期現(xiàn)場抄表的形式進(jìn)行監(jiān)督，但實(shí)際使用過程中，距離較遠(yuǎn)，高成本的投入和頻繁的維護(hù)讓現(xiàn)場人員不堪重負(fù)。引入了GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)之后，通過安裝在現(xiàn)場儀表旁的GPRS遠(yuǎn)程傳輸控制箱，管理人員可以及時(shí)了解各個(gè)儀表的工作流量、溫度、密度等數(shù)據(jù)，從而確保了原油進(jìn)廠計(jì)量的準(zhǔn)確。

計(jì)量中心依托GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了抄表自動(dòng)化、精確化?？刂浦行膶ΜF(xiàn)場流量計(jì)的運(yùn)行狀態(tài)可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，每個(gè)控制點(diǎn)儀表將運(yùn)行參數(shù)通過GPRS-Internet網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳送到控制中心，這樣就可以自動(dòng)、高效、及時(shí)地掌握進(jìn)廠原油情況，實(shí)行科學(xué)的計(jì)量和管理。這套系統(tǒng)克服了以前人工抄表準(zhǔn)確率低、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、缺少集中有效地管理的弊端，解決了生產(chǎn)的后顧之憂。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示?，F(xiàn)場計(jì)量儀表通過RS485接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連。通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)，通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)據(jù)中心遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場儀表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器可通過申請配置固定IP地址、域名解析的方式通過Internet互聯(lián)網(wǎng)與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器接收到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行相應(yīng)的存儲(chǔ)、顯示報(bào)警等數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)還可進(jìn)行業(yè)務(wù)管理，對現(xiàn)場儀表重要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控等，可對異常情況進(jìn)行報(bào)告等功能。

2 系統(tǒng)組成

遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)主要由現(xiàn)場監(jiān)控模塊、通信系統(tǒng)和監(jiān)控中心組成?，F(xiàn)場監(jiān)控模塊一般包含傳感器、控制器和微處理器，位于遠(yuǎn)離監(jiān)控中心的各監(jiān)控點(diǎn)，負(fù)責(zé)完成信息的采集和響應(yīng)監(jiān)控中心發(fā)出的控制命令。通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)和命令，由于通信方式的不同，通信系統(tǒng)的組成也有很大差異。監(jiān)控中心是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的核心，負(fù)責(zé)收集各監(jiān)控模塊上傳的監(jiān)控信息，發(fā)送各種操作命令以控制監(jiān)控模塊的行為。監(jiān)控中心一般由專門的圖形化監(jiān)控軟件，將各監(jiān)控點(diǎn)的狀態(tài)形象地顯示出來，同時(shí)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為決策提供重要參考。遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的通信方式分為有線和無線兩種，其中有線方式適用于位置固定、傳輸距離較近的場合；無線方式適用于流動(dòng)性大、距離較遠(yuǎn)的場合。

2.1 系統(tǒng)硬件組成

在原油遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)量管理系統(tǒng)中的終端監(jiān)控設(shè)備——遠(yuǎn)程終端單元(RTU)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場計(jì)量儀表實(shí)時(shí)監(jiān)控的核心部件，其主要功能如下：實(shí)時(shí)檢測RTU、定時(shí)監(jiān)測儀表流量、溫度、密度等參數(shù)狀態(tài)，將信息存儲(chǔ)到本地，當(dāng)系統(tǒng)輪巡檢測至本監(jiān)控點(diǎn)時(shí)，直接上報(bào)最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)沒有對本監(jiān)控點(diǎn)檢測時(shí)，RTU不向系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，這種機(jī)制可以保證在監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量很多時(shí)，減少監(jiān)控中心系統(tǒng)的工作量。

GPRS無線傳輸：RTU將現(xiàn)場信號通過GPRS傳送到監(jiān)控中心，同時(shí)通過GPRS接收來自監(jiān)控中心的各種數(shù)據(jù)和命令，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，無線的收發(fā)和部分安全策略，同時(shí)具有通訊網(wǎng)絡(luò)重連機(jī)制，保證和監(jiān)控中心無線通訊的可靠性。該信息系統(tǒng)建設(shè)的目的是利用現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源頭自動(dòng)采集，借助GPRS網(wǎng)絡(luò)資源自動(dòng)加載到廠級實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，為各級管理部門提供開放的數(shù)據(jù)平臺(tái)，使生產(chǎn)和管理人員及時(shí)控制和掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。原油遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)主要是通過遠(yuǎn)程終端設(shè)備(RTU)對計(jì)量儀表參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測，采用輪詢-應(yīng)答的通信方式，將檢測到的計(jì)量表狀態(tài)，通過無線方式傳送給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并以服務(wù)器/客戶端模式，使生產(chǎn)管理的各個(gè)部門能夠及時(shí)掌握計(jì)量儀表工作狀態(tài)，縮短儀表故障處理時(shí)間，提高工作效率。硬件終端配置如表1所示。

2.2 通訊平臺(tái)

通訊平臺(tái)如圖2所示。公網(wǎng)專線系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用中國移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet公網(wǎng)。要求監(jiān)測中心具備寬帶(類型：光纖、ADSL等)，并具有一個(gè)Internet網(wǎng)絡(luò)上的固定IP。監(jiān)測點(diǎn)無線終端中GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸器內(nèi)配置一張開通GPRS功能的SIM卡。

表1 硬件終端配置

圖2 通訊平臺(tái)

無線終端通過其內(nèi)部的GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸器與監(jiān)測中心服務(wù)器組成一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。公網(wǎng)專線組網(wǎng)適用于監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量多、數(shù)據(jù)傳輸頻率高、實(shí)時(shí)性要求強(qiáng)的系統(tǒng)。

終端GPRS流量統(tǒng)計(jì)如表2所示。月運(yùn)行費(fèi)用 = 監(jiān)測中心寬帶月租 + 固定IP月租 + 單個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)卡月租×測點(diǎn)數(shù)量。

表2 終端GPRS流量統(tǒng)計(jì)

2.3 系統(tǒng)軟件組成

遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)軟件具有定時(shí)招測、點(diǎn)招、數(shù)據(jù)庫自動(dòng)備份、用戶數(shù)據(jù)查詢、用戶數(shù)據(jù)修改、、現(xiàn)場儀表站的SIM卡號配置等功能。采用先進(jìn)的透明傳輸模式，可將無線采集的數(shù)據(jù)與現(xiàn)有數(shù)采網(wǎng)絡(luò)連接，相關(guān)人員通過公司實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫即可了解現(xiàn)場情況。

2.3.1 自動(dòng)發(fā)送接收數(shù)據(jù)

圖3 數(shù)據(jù)發(fā)送接收流程圖

現(xiàn)場計(jì)量儀表通過串口與一個(gè)GPRS模塊的設(shè)備相連接,通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向中心服務(wù)器發(fā)送儀表計(jì)量數(shù)據(jù).自動(dòng)接收數(shù)據(jù),就是在沒有人工干預(yù)的情況下,主站設(shè)備一直處于循環(huán)地監(jiān)測PC機(jī)串口數(shù)據(jù)信息的狀態(tài),如果有數(shù)據(jù)到達(dá),則根據(jù)不同的數(shù)據(jù)信息采取不同的操作:如果數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi),則把數(shù)據(jù)直接入庫,供分析使用;如果數(shù)據(jù)超出正常范圍,則直接報(bào)警,并把報(bào)警信息以短信息的方式轉(zhuǎn)發(fā)給有關(guān)負(fù)責(zé)人,以便讓負(fù)責(zé)人及時(shí)發(fā)現(xiàn)儀表故障,予以排除。數(shù)據(jù)發(fā)送接收流程圖如圖3所示。

2.3.2 通訊協(xié)議

遵循MODBUS RTU 通訊協(xié)議的流量計(jì)算機(jī)讀N個(gè)字節(jié)，報(bào)文格式說明:

命令3:讀N個(gè)字節(jié)

主機(jī)請求: 地址 命令 數(shù)據(jù)地址 數(shù)據(jù)長度 校驗(yàn)碼

從機(jī)響應(yīng): 地址 命令 數(shù)據(jù)長度 數(shù)據(jù)信息 校驗(yàn)碼

根據(jù)通訊地址表及命令3選擇正確通訊參數(shù),讀取地址為1的流量儀表的累積量數(shù)據(jù)為:

主機(jī)請求: 01H 03H 07H A9H 00H 02H 15H 5FH

從機(jī)響應(yīng): 01H 03H 04H 53H FAH 90H 41H A7H 26H

2.3.3 程序編寫

通常我們以下面的步驟來使用Visual Basic 的MSComm控件作通訊控制:

加入通訊對象,也就是MSComm對象；

設(shè)置通訊端口號碼,即CommPort屬性；

設(shè)置通訊協(xié)議,即HandShaking屬性；

設(shè)置傳輸速度等參數(shù),即Setting屬性；

打開通訊端口,即PortOpen屬性設(shè)成True；

使用完MSComm通訊對象后將通訊端口關(guān)閉,即PortOpen屬性設(shè)成False。

2.3.4 程序功能

1)管網(wǎng)點(diǎn)招監(jiān)測

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到主界面后，用戶管網(wǎng)監(jiān)測界面自動(dòng)裝載，操作員可通過水平、豎直滾動(dòng)條或直接按住鼠標(biāo)左鍵來拖動(dòng)地圖，找到用戶名并點(diǎn)擊，可彈出招測對話框，單擊招測按鈕，可以查詢到用戶當(dāng)前的使用信息：溫度、壓力、瞬時(shí)流量、累積流量、掉電時(shí)間等。

2)表定時(shí)招測

軟件定時(shí)自動(dòng)采集各個(gè)用戶的信息，并自動(dòng)保存到數(shù)據(jù)庫中。所有用戶的采集信息將顯示在用戶數(shù)據(jù)列表中。

3)歷史數(shù)據(jù)查詢

本軟件可方便地對所有用戶或單個(gè)儀表進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢。

4)用戶資料管理

可設(shè)置各個(gè)用戶的用戶名稱、設(shè)備地址、現(xiàn)場儀表站的SIM卡號等。

3 結(jié)論

渤西原油計(jì)量遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，以實(shí)現(xiàn)管道流量關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)據(jù)傳送，降低了故障率，提高了對系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間，便于及時(shí)迅速地了解遠(yuǎn)端管道計(jì)量儀表運(yùn)行狀態(tài)，降低故障率和檢修的時(shí)間。各監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動(dòng)采集管道流量、密度、累計(jì)量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到出故障的地點(diǎn)，從而當(dāng)一個(gè)遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí)，能在最短的時(shí)間內(nèi)解決問題，提高了整體的計(jì)量準(zhǔn)確度，從而實(shí)現(xiàn)了原油遠(yuǎn)程監(jiān)測的信息化、現(xiàn)代化。

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10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.22