城市燃气管网数据采集监控系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。在燃气管线的应用上，它主要监控的设备有压力变送器、温度变送器、切断阀、流量计、电动阀等。

针对燃气管网监控的实际情况，采用数据采集监控系统实现管网的分布式监控。数据采集监控系统由位于操作室或调度室的中心站计算机和位于各关键点现场监控对象附近的远程终端单元(RTU)组成，计算机与各RTU之间通过数字通信网络连接。RTU作为SCADA系统的关键设备、安装在现场的远程终端单元，能对现场各种信号进行数据采集、数据预处理和控制输出。

阀室及市区中压管网压力监测点主要监控的数据是：中压压力值、站点通讯状态、站点电量值。

门站、高中压调压站及公建用户监控的数据：高中压的压力值、流量计的数值(标况瞬时流量、标况体积总累等)、浓度、差压及温度及安防信号。

二、数据采集监控系统终端应用

终端为基本监测站点层，即56个现场数据采集终端，其主要任务是采集所在门站、调压站或中压点的实时工况数据，进行现场处理，并通过远程通讯网络向上转发站点工况数据，接受调度端的远程指令。

在城市燃气管线中，远程终端监控采用Kingfisher Serials II RTU系列的产品。每个远程监控站由测量仪表、测量控制单元RTU、避雷器、UPS及通信设备等组成。RTU和现场的仪表及控制设备相连，实时采集所需要的各工艺参数，如燃气的压力、温度、流量、泄漏浓度、阀门工作状态等等。

以某工业用户为例，需要采集的是其调压橇内各个数据，见表2-1

 

 

其中压力、差压、泄漏浓度属于AI量，阀位全开、市电属于DI量，关进口电磁阀属于DO量，瞬时流量和累计流量属于通信数据(采集于流量计)。

见表2-2

2.3.1 AI数据

压力、差压、泄漏浓度均以4-20mA的信号输出，其仪表的信号输出端接入至橇内防爆接线盒，以点对点的方式从防爆接线盒内接入至自控箱。自控箱对其信号进行采集，每个控制回路按PI正比控制，寄存器数据范围0-32760.

2.3.2 DI数据

阀位全开无源触点方式。信号接法同AI。阀位信号接至控制箱DI端。市电信号为220v强电，不可直接接入信号，通过继电器转换成弱电信号，再接至DI端。

2.3.3 DO数据

DO量是从上位下达控制信息，实现远程控制现场仪表。一般根据现场仪表的特性，量身定制其输出信号。表中信号给予5秒24v电压信号即可实现控制。

2.3.4 通信数据

主要采集的是流量计上的数据，其实质即采集其它RTU的数据。它需要特定的通信方式与通信协议。一般采用232的接口，然后转换成485信号接至RTU的通讯口。当RTU接收到数据后要分析其数据格式，将计算结果存储至寄存器中。

城市燃气数据采集监控系统调度主站采用以群集服务器为核心的Client/Server的方式。

整个调度端由两台工作内容并行的服务器为中心，数据仓库建立在海量的磁盘阵列中，通过磁盘控制器，形成完整的高性能群集服务器结构。同时，通过防火墙和交换机组成调度中心局部网络，网络上可根据用户需要挂接承担不同任务的工作站，这种局部网络的形式结构具有相当优越的特性和扩展能力。

鉴于供气调度室为整个输配生产系统提供信息服务的重要性，系统对调度室的主要硬件配置进行了系统的规划：

1、配置2台监控工作站，集中用于管网实时监测，并可同时多画面对输配生产的运行工况进行实时监视和跟踪，多计算机配置也加强了系统的冗余性能。同时，配置了调度管理工作站和统计查询工作站，以强化供气调度管理的功能。

2、信息服务器采用双服务器加磁盘阵列柜的配置，系统运行证明该配置可有效的保证系统信息的安全。

3、配置性能指标较高的UPS，该UPS具有100%在线、维护方便、元件和电池可热更换，可为中心调度室提供高品质电源。

4、选用logicaCMG公司的mosaic桌面平台软件。该平台软件将实时数据，历史数据，及通讯结构集成于一体。

本着系统先进、可靠的原则，结合国际上和我国国内的软件应用状况和发展潮流，系统调度平台的操作系统选用Microsoft Windows XP Professional(中文版)。Windows XP Professional是基于NT Server构架的工业级操作系统，在国内居于主导地位，该系列操作系统已被证实是强壮的，具有很高的运行可靠性和数据安全性，是具有代表性的主流操作系统。Windows XP Professional 其内核虽然建立在NT Server的构架之上，但在可靠性和安全性上有了更进一步的改进，是当前最先进的操作系统之一。

1. 其图形界面采用矢量图方式。同CAD一样，可以在同一个界面里无限放大缩小，便于监控。

2. 提供了容错的机制，当系统的某一进程发生故障时，MOSAIC将分配进程到系统网络中的其它部分。

3. 自身含有数据库系统，并附有数据库管理工具，可用DQL语言查询内部数据。

4. 历史、通信、事件具有各自独立的进程。当其中的某一功能发生故障可直接重启进程实现故障修复。

5. 数据存储以各自的文件形式保存。图形数据同历史数据相互独立。

 

MOSAIC系统应用客户/服务器概念(见图3-1)：服务器是一个进程，可以对数据库进行某些改变。

 

服务器拥有自己的、对部分数据库的管辖权。客户向服务器发请求对数据库进行某些改变。内部进程的通讯：内部进程通讯由应用调用提供的。内部进程通讯使用TCP/IP标准客户直接销服务器请求，服务器以事件方式广播对数据库的改变。在不同机器上的数据库是通过网络实时同步的。

1、提供管网监测界面，实时刷新各站点的工况信息；

2、储配站监测管理及数据查询；

3、流量站计量监测及数据查询；

4、管网操作事件的记录和查询；

5、报警事件的处理、告示和记录；

6、管网实时信息的存储、统计、分析，建立管网站点信息实时数据库；

7、各站点的信息管理；

                              城市燃气管网数据采集监控系统月报表

城市燃气管网数据采集监控系统年报表

 

城市燃气管网数据采集监控系统报警画面

城市燃气管网数据采集监控系统统计画面

城市燃气管网数据采集监控系统统计功能

 

在数据采集监控系统中，实时调度网的通信技术性能是全面衡量整个系统技术经济指标的重要内容，实时工业网络的通信技术性能包括通信拓扑结构、网络规划、网络规约等。根据宁波燃气供气输配调度的管网区域规模和监测站点数量规模，以及实际调度管理和信息管理情况，本系统采用了多种类型的通讯方式，并对不同的通讯方式进行整合，使得所有调度监测数据都可以透明地传送到供气调度室，而与采用什么样的通讯手段无关。

SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步数字体系)是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络。它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护。

在本系统中SDH承担了重要数据，大容量数据的传输任务。由于数据是通过光纤，以点对点的方式进行传输，数据的真实性、实时性得到了最大限度的保障。

 CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点：

(1)抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。

(2)宽带传输，抗衰落能力强。

(3)由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。

(4)利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。

(5)多个用户同时接收，同时发送.

在对于采用GSM和CDMA的选择中，通过测试我们选择了CDMA的通讯方式。这种通讯方式一般应用在小数据量的传输中，特别适用于距离监控中心比较远，而周围环境不利于有线传输的情况下。

考虑到管网监测的通讯成本，本系统对CDMA的运行经济性作了进一步的探究。由于无线传输采用按信息流量计费的方式进行结算，为此，本系统凡是用无线方式进行通讯的，都采用主站轮询的方式，即中心向各个站点发送需要数据的要求，个站点才会上报的方式。又考虑到数据的实时性，中心设定每30秒向下发送数据一次。而各个站点的流量又采用包月的方式，这样既保证了实时性，又保证了经济性。

通过实践，数据采集监控系统系统已经很好的应用于城市燃气管网中。充分利用管网的数据信息，可以监测管网的实时运行状态，对管网运行工况进行仿真和评估，生成调度策略和紧急抢修策略，保障燃气管网安全、连续、稳定、运行，提高燃气企业管理水平和运营经济效益。