夏冰沁 余有靈

（同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804）

智能燃?xì)夤芾硇畔⑾到y(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)

夏冰沁 余有靈

（同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804）

燃?xì)庹{(diào)壓器用于降壓與穩(wěn)壓，是燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中的重要設(shè)備。建立基于VB.net和SQL Server的管理信息系統(tǒng)，對(duì)燃?xì)鈹?shù)據(jù)進(jìn)行管理、顯示，并通過(guò)分析調(diào)壓器出口壓力的變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)壓器故障的初步診斷。實(shí)際應(yīng)用證明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，較好地實(shí)現(xiàn)了燃?xì)庑畔⒐芾硪约肮收显\斷。

天然氣；燃?xì)庹{(diào)壓器；管理信息系統(tǒng)；故障診斷

1 引言

燃?xì)庹{(diào)壓器素有天然氣管網(wǎng)“心臟”之稱，用于在流量和進(jìn)口壓力變化時(shí)調(diào)節(jié)和控制出口壓力，使得出口壓力能夠維持在恒定狀態(tài)[1-2]。它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到用戶能否正常使用天然氣。為確保燃?xì)庹{(diào)壓設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行，無(wú)論是燃?xì)饪偣具€是小區(qū)物業(yè)都要定期對(duì)調(diào)壓器進(jìn)行檢修。通過(guò)對(duì)通過(guò)燃?xì)庹{(diào)壓器各參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取、記錄、存儲(chǔ)、顯示，不但可以幫助燃?xì)夤居涗浫細(xì)馐褂昧浚€可以更好地幫助管理與維護(hù)燃?xì)庹{(diào)壓器與管網(wǎng)的正常運(yùn)行[3]。

本文采用客戶機(jī)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和大型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，開發(fā)了一條實(shí)用、高效的智能燃?xì)夤芾硇畔⑾到y(tǒng)[4]。該系統(tǒng)在Visual Studio 2010平臺(tái)下開發(fā)，使用VB.net語(yǔ)言完成對(duì)系統(tǒng)的開發(fā)，并利用SQL Server 2012作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用三層架構(gòu)完成對(duì)數(shù)據(jù)的管理以及燃?xì)庹{(diào)壓器故障的初步診斷[5]。

2 智能燃?xì)夤芾硇畔⒌脑O(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)燃?xì)鈹?shù)據(jù)管理的實(shí)際情況，要求系統(tǒng)主要有以下功能：（1）良好的人機(jī)界面，可以方便快捷的訪問(wèn)燃?xì)鈹?shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)直觀地用圖線形式展示出來(lái)，使用戶可以觀察到數(shù)據(jù)的趨勢(shì)變化等。并仿照股票，采用K線圖和柱狀圖表示，顯示數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期變化，從而發(fā)現(xiàn)調(diào)壓器的潛在故障。（2）方便快捷的信息查詢功能。通過(guò)設(shè)置時(shí)間、站點(diǎn)等參數(shù)值，用圖線和列表顯示歷史數(shù)據(jù)。（3）圖線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理以及可能故障的提醒功能。通過(guò)對(duì)燃?xì)飧黝愋蛿?shù)據(jù)的處理與分析，給出某燃?xì)庹{(diào)壓器可能出現(xiàn)的故障。（4）各站點(diǎn)調(diào)壓器的詳細(xì)信息，包括調(diào)壓器的基本信息、站點(diǎn)信息以及與調(diào)壓器相關(guān)的資料信息等。（5）在相應(yīng)的權(quán)限下，對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)節(jié)、刪除、修改等操作。

智能燃?xì)夤芾硇畔⑾到y(tǒng)主要分為：用戶管理、燃?xì)鈹?shù)據(jù)顯示、調(diào)壓器故障診斷、調(diào)壓器基本信息管理、調(diào)壓器日常管理、系統(tǒng)維護(hù)管理共6部分。系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)三層架構(gòu)設(shè)計(jì)

在軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)中，分層次結(jié)構(gòu)比較常見(jiàn)，且可以實(shí)現(xiàn)規(guī)范代碼，提高重用度，降低耦合度的功能。分層式結(jié)構(gòu)一般分為三層，由上至下依次是表現(xiàn)層(UI)、業(yè)務(wù)邏輯層(UI)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層(BLL)。

（1）表現(xiàn)層

系統(tǒng)的用戶接口部分，負(fù)責(zé)使用者與整個(gè)系統(tǒng)的交互。在這一層的設(shè)計(jì)上不但要考慮功能的全面性，也要注重用戶的使用習(xí)慣。本系統(tǒng)界面采用VB.net來(lái)設(shè)計(jì)，并使用Dev Express界面控件套件，該控件提供了一系列的DotNet界面控件，界面設(shè)計(jì)高效，效果美觀。在設(shè)計(jì)中主要使用WinForm開發(fā)工具進(jìn)行設(shè)計(jì)及開發(fā)。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層

是整個(gè)系統(tǒng)的核心，不但為表現(xiàn)出提供功能調(diào)用，同時(shí)使用數(shù)據(jù)訪問(wèn)層提供的功能訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。本管理信息系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)層借助matlab的計(jì)算功能，使matlab與VB.net對(duì)接，完成數(shù)據(jù)曲線特征的提取、計(jì)算與分析，根據(jù)結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前調(diào)壓器的運(yùn)行狀態(tài)。并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的查詢、添加、刪除、修改等操作。若涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，則調(diào)用數(shù)據(jù)訪問(wèn)層。

（3）數(shù)據(jù)訪問(wèn)層

該層的主要作用是為業(yè)務(wù)邏輯層提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)管理信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)的交互。使用ADO.NET（ActiveX Data Objects for the .NET Framework）完成應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)交互。其按照給定要求從各種類型的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)或者向數(shù)據(jù)庫(kù)存取數(shù)據(jù)，并保持操作的一致性。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)層實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)馔ㄟ^(guò)調(diào)壓器的進(jìn)出口壓力、瞬時(shí)累積流量、溫度、采樣時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

由于燃?xì)鈹?shù)據(jù)采樣頻繁，且站點(diǎn)數(shù)多，根據(jù)燃?xì)鈹?shù)據(jù)的管理要求，并考慮到系統(tǒng)開發(fā)使用微軟的VB.net，采用當(dāng)下流行的SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫(kù)作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理燃?xì)鈹?shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)中編寫存儲(chǔ)過(guò)程，提供輸入輸出參數(shù)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的查找與操作，降低網(wǎng)絡(luò)通信量，提高通信速率。

在本例燃?xì)夤芾硇畔⑾到y(tǒng)中，燃?xì)鈹?shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)通過(guò)控制器中的不同控制通道遠(yuǎn)程傳輸?shù)椒?wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)中。一個(gè)地區(qū)會(huì)有多個(gè)站點(diǎn)，一個(gè)站點(diǎn)又會(huì)有一個(gè)或多個(gè)控制器用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，各地區(qū)、站點(diǎn)以及控制器的信息存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表中，通過(guò)各表中的意義相同的字段進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而提取到確定站點(diǎn)的確定信號(hào)數(shù)據(jù)。

下位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集，得到的數(shù)據(jù)以及它對(duì)應(yīng)的通道編號(hào)和采樣時(shí)間等其他信息作為一條記錄存儲(chǔ)到Controlller_Data的表中，可通過(guò)不同地區(qū)、站點(diǎn)以及控制器找到對(duì)應(yīng)控制器中的不同數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置，從而完成對(duì)于所需數(shù)據(jù)的查找。

圖2為本例數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)關(guān)系圖的部分截圖，其中涉及的表包括地區(qū)、站點(diǎn)、控制器、控制器通道以及通道數(shù)據(jù)的信息。這些表在提取通道數(shù)據(jù)時(shí)起著重要的作用。

圖2 部分?jǐn)?shù)據(jù)關(guān)系圖

3 智能燃?xì)夤芾硇畔⒌膶?shí)現(xiàn)

3.1 調(diào)壓器可能故障及原因分析

調(diào)壓器出現(xiàn)故障時(shí)的主要現(xiàn)象及原因如表1所示。通過(guò)對(duì)燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)各信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，判斷各信號(hào)數(shù)據(jù)或其組合有無(wú)表現(xiàn)出故障特征，從而提醒工作人員前往檢修，排查故障。

故障現(xiàn)象將反映在燃?xì)鈹?shù)據(jù)的變化趨勢(shì)上，對(duì)燃?xì)鈹?shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取數(shù)據(jù)曲線波形特征，從而將數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)的特征值，通過(guò)歷史故障數(shù)據(jù)對(duì)特征值進(jìn)行的上下限進(jìn)行限定，在提取特征過(guò)程中，不單考慮實(shí)時(shí)波形，還通過(guò)K線圖上多日滑動(dòng)平均線等綜合判斷從而初步診斷燃?xì)庹{(diào)壓器運(yùn)行狀態(tài)。

表1 燃?xì)庹{(diào)壓器常見(jiàn)故障表現(xiàn)現(xiàn)象及原因

3.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取自某燃?xì)庹緩?013年10月22日0點(diǎn)至2013年10月31日24點(diǎn)之間下位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)。采樣間隔為一分鐘，數(shù)據(jù)類型包括燃?xì)庹{(diào)壓站的進(jìn)出口壓力、瞬時(shí)累積流量、溫度以及采樣時(shí)間。

3.3 運(yùn)行實(shí)例展示

圖3為燃?xì)夤芾硇畔⑾到y(tǒng)的用戶界面。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例

界面分為四部分，在圖中分別用A,B,C,D標(biāo)示。A部分為模式選擇列，點(diǎn)擊不同的按鈕則在右側(cè)的顯示面板上顯示所選數(shù)據(jù)項(xiàng)在某時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的內(nèi)容或?qū)崟r(shí)顯示數(shù)據(jù)。B部分為想要查看的站點(diǎn)數(shù)據(jù)通道及時(shí)間間隔選擇行，通過(guò)下拉菜單選擇對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)，從而查看目標(biāo)數(shù)據(jù)。C部分為顯示主界面，根據(jù)A塊所選內(nèi)容的不同而顯示相應(yīng)的內(nèi)容。圖中顯示部分為查看歷史數(shù)據(jù)列表。D部分為故障初斷結(jié)果顯示行，若系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)調(diào)壓器出現(xiàn)故障幾率大則顯示在該行，提醒工作人員前往查看。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)完成對(duì)系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)，建立基于VB.net和SQL Server的燃?xì)庹{(diào)壓器管理信息系統(tǒng)，使用戶可以全面直觀的了解燃?xì)馐褂昧考皻v史數(shù)據(jù)，并可通過(guò)出口壓力的走勢(shì)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，判斷出調(diào)壓器是否發(fā)生相應(yīng)故障，提高燃?xì)庹{(diào)壓器的管理水平，讓檢修人員有針對(duì)性的對(duì)故障進(jìn)行檢修，從而減少維修工作量，提高工作效率。

[1] 于碧涌.燃?xì)庹{(diào)壓器數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007.

[2] 馮良,姜娣,劉書薈. 單級(jí)自力式燃?xì)庹{(diào)壓器動(dòng)態(tài)模型研究[J].煤氣與熱力,2009,(2):10-13.

[3] 楊永美.燃?xì)庹{(diào)壓器預(yù)警系統(tǒng)在燃?xì)庹{(diào)壓器科學(xué)管理中應(yīng)用[J].上海煤氣,2014, (3):14-16.

[4] 方宗奎,王鑫.基于.Net平臺(tái)三層架構(gòu)C/S模式裝備管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2014,33(10):40-42. [5] 高揚(yáng).基于.NET平臺(tái)的三層架構(gòu)軟件框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展, 2011,21(2):77-80.

Design of intelligent gas management information system

Gas regulator is used to control the outlet pressure, and it is the key component of the gas transmission and distribution system. Building the management information system based on VB.net and SQL Server to manage and show the natural gas data, and to realize the tentative diagnosis of the gas regulator by analyzing the outlet pressure variation tendency. Practical application proves that the system runs stably, and better realizes the information management of the natural gas and fault diagnosis for the gas regulator.

Natural gas; gas regulator; management information system; fault diagnosis

TP311

A

1008-1151(2015)01-0023-03