摘要：分析國內燃氣GPRS遠傳抄表系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題，介紹自行開發(fā)的燃氣遠傳抄表系統(tǒng)，探討了該系統(tǒng)的數(shù)據采集原理、設備技術要求和安裝方法。

關鍵詞：遠傳抄表；設備要求；安裝方法；數(shù)據采集；  非居民用戶

Equipment Technical Requirements and Installation Method for Gas Remote Meter Reading System

Abstract: The development status and existing problems of domestic gas GPRS remote meter reading system are analyzed. The self-developed gas remote meter reading system is introduced. The data collection principle，equipment technical requirements and installation method of this system are discussed.

Key words: remote meter readin9；equipment requirement；installation method；data collection；nonresidential user

1 概述

杭州管道天然氣市場近年來發(fā)展迅速，2010年的供氣規(guī)模達31 719×10⁴ m³，較2009年增長25.95％；銷售氣量達31 006×10⁴ m³，較2009年增長26.45％。隨著天然氣市場規(guī)模的迅速擴大和用戶數(shù)量的大幅增加，上游天然氣供應總量限制和下游用氣需求快速增長的矛盾以及各城區(qū)供氣不平衡的矛盾在冬季越來越突出，而且輸差控制與用戶管理的難度不斷加大。因此，實時監(jiān)控燃氣管網動態(tài)運營狀況、用戶信息化智能化管理的需求已非常迫切。

2 國內燃氣遠傳抄表系統(tǒng)現(xiàn)狀與存在問題

GPRS遠傳抄表系統(tǒng)在國內燃氣行業(yè)還處于不斷摸索和完善的階段。在2005年以前，遠傳抄表系統(tǒng)主要針對居民用戶燃氣抄表，使用較多的是脈沖式遠傳抄表技術，數(shù)據采集技術落后，信號易受電磁干擾，數(shù)據穩(wěn)定性和準確性不高，配件不具有通用性，運行維護成本高^[1]。近幾年，工業(yè)和商業(yè)用戶在供銷氣量結構中的比例越來越高，國內開始重點推廣非居民用戶GPRS遠傳抄表管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種以現(xiàn)代數(shù)字通信技術、計算機軟硬件技術、燃氣計量技術和互聯(lián)網技術為主體的實時信息采集與分析處理系統(tǒng)。國內在這方面積極探索和應用的主要有杭州市燃氣集團有限公司、成都城市燃氣公司、北京市燃氣集團及貴州燃氣公司等幾家單位，但大多數(shù)還處于搞試點、持續(xù)改進和逐步成熟完善的階段^[2]。其中關鍵的因素有3個：技術水平高的遠傳抄表終端設備廠商較少，缺乏競爭性，核心元件數(shù)據采集單元長期運行的可靠性和穩(wěn)定性不是很高；上位監(jiān)控軟件開發(fā)技術難度大，能完全兼容不同廠家、不同類型的數(shù)據采集終端并穩(wěn)定運行的平臺還很少；安裝施工不規(guī)范，沒有嚴格執(zhí)行防爆、接地和間距標準，安裝完畢以后問題不斷，維護成本高。

杭州市燃氣集團有限公司開發(fā)的遠傳抄表系統(tǒng)，引入多家終端設備廠家和上位監(jiān)控軟件開發(fā)公司，設定統(tǒng)一的技術標準和施工安裝規(guī)范，促使其相互競爭，提高技術開發(fā)水平。目前已完成l 040只日用氣量逾100 m³／d的非居民用戶遠傳表的安裝工作，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據上傳正確率高，基本解決了燃氣GPRS遠傳抄表系統(tǒng)兼容性和穩(wěn)定性問題。

3 杭州燃氣遠傳抄表系統(tǒng)數(shù)據采集原理

杭州燃氣遠傳抄表系統(tǒng)由計量表具、GPRS數(shù)據采集終端、GPRS無線通信網絡、數(shù)據管理中心、上位監(jiān)控軟件及客戶端組成，終端與公司上位采集平臺的通信協(xié)議為標準MODBUS TCP協(xié)議。系統(tǒng)核心部分是數(shù)據采集終端和上位監(jiān)控軟件。

每個數(shù)據采集終端都有唯一IP地址，系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件將所有遠傳表分成幾十個通道，每個通道對應l0～20個數(shù)據采集終端，以隊列形式排列。每隔10 min，系統(tǒng)會對所有通道輪詢一次，數(shù)據管理中心服務器通過GPRS無線通信網絡向隊列中的數(shù)據采集終端依次發(fā)送鏈接指令，每次鏈接時間為5s，建立正常通信鏈接后，對數(shù)據采集終端進行掃描，第一次掃描不成功會再重復掃描3次，成功采集到數(shù)據采集終端完整的數(shù)據包后，再向隊列中的下一個數(shù)據采集終端發(fā)送鏈接指令。如果網絡通信連接超時，則系統(tǒng)認為遠傳表不在線，需要等待下一個輪詢周期。

遠傳抄表系統(tǒng)遠傳實時信息主要采用IE訪問模式，通過Internet互聯(lián)網，只要授權的計算機都可以打開監(jiān)控界面。監(jiān)控界面見圖l。

4設備技術要求與施工安裝方法

①計量表具

膜式燃氣表采用機械計數(shù)器，沒有遠傳接口。施工時需要將機械計數(shù)器拆下，換上光電直讀式數(shù)碼計數(shù)器，數(shù)碼計數(shù)器內部集成控制芯片，輸出接口采用RS485總線。安裝前需要將數(shù)碼計數(shù)器讀數(shù)調整為與機械計數(shù)器讀數(shù)一致。非智能渦輪表和羅茨表需安裝溫壓補償儀，溫壓補償儀應配備RS485輸出接口。

②GPRS數(shù)據采集終端

數(shù)據采集終端(DTU)是遠傳抄表系統(tǒng)的重要設備之一，具有RS485／232接口，通信速率為300～115 200 bit／s，通信協(xié)議采用MODBUS RTU／ASC Ⅱ工業(yè)通信協(xié)議，內部供電為24 V直流電。l個數(shù)據采集終端一般接1～3只燃氣表。數(shù)據采集終端內部結構見圖2。

③GPRS數(shù)據包格式

完整的遠傳抄表數(shù)據包內有兩種類型的數(shù)據，一種是模擬量數(shù)據，如流量、壓力、溫度等，通過內部控制模塊轉換成數(shù)字量數(shù)據；另一種是狀態(tài)信號數(shù)據，如市電狀態(tài)、采集終端柜門狀態(tài)等開關量數(shù)據。GPRS數(shù)據采集格式見表l。

④安全柵

用于遠傳抄表系統(tǒng)的安全柵，應根據計量表具通信接口的類型進行選擇。如天信羅茨表、克羅姆膜式表是四線制RS485接口，安全柵就選擇LBGS8093-EX系列或2108D系列，該規(guī)格的安全柵內部已經有防浪涌功能；埃爾斯特流量計采用的是六線制RS485接口，安全柵就選擇GS8193-EX系列，同時單獨安裝信號浪涌保護器。

⑤數(shù)據采集終端供電方式

數(shù)據采集終端有兩種供電方式，一種為市電供電，另一種為太陽能供電。無論是市電供電還是太陽能供電，都需要在終端機箱內安裝備用蓄電池。正常情況下，供電系統(tǒng)為數(shù)據采集終端供電和為蓄電池充電，當市電停電時，通過電源管理模塊將供電模式切換到蓄電池供電。

數(shù)據采集終端應根據遠傳終端現(xiàn)場供電情況選擇供電方式，一般優(yōu)先選擇市電供電，如現(xiàn)場取市電非常困難，則可選擇太陽能電池板供電。選擇太陽能供電應滿足光照充足、遮擋少和安裝條件良好等3個條件。

⑥接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)包括浪涌保護、跨接和接地3部分。浪涌保護器有電源線路SPD和信號線路SPD兩種規(guī)格，分別接在數(shù)據采集終端開關電源進出總線上和流量計RS485信號總線上。

跨接是用銅導線或編織銅線將設備與金屬護套管、金屬護套管與對接的金屬護套管、金屬護套管與接地線等兩個不同的設備連接起來?？缃泳€一般選用編織銅線或截面積為6 mm²的軟銅線，每個跨接點都應該用跨接線連接起來，跨接點應使用金屬抱箍扎緊或用螺絲擰緊，禁止用尼龍扎帶捆扎或用導線纏繞。

接地是通過金屬導線與接地裝置連接。需要接地的點有流量計表頭、數(shù)據采集終端機箱和金屬護套管。與建筑物共用防雷接地體的接地電阻應小于1Ω，單獨打接地樁的接地電阻應小于4Ω。與接地體連接的接地線應使用l根截面積為6 mm²以上的BVR單芯軟銅線或編織銅線。單根接地樁接地電阻達不到4Ω的，應再增加接地樁數(shù)量，直至滿足接地電阻要求。相鄰兩根接地樁之間的距離不應小于2 m。接地樁布置見圖3。

⑦數(shù)據采集終端的防爆要求

絕緣電線和信號線均應要求用鍍鋅鋼管或金屬波紋管穿管安裝。當現(xiàn)場信號線和電源線貼近燃氣管道敷設時，與室內燃氣管道的平行敷設凈距應大于5 cm，交叉敷設時應大于1 cm。與室外地下燃氣管道的水平凈距應大于l m，垂直凈距應大于0.15m^[3]。

數(shù)據采集終端機箱必須使用不銹鋼防爆機箱。防爆機箱的防爆等級不低于Exd ⅡbT4。防爆機箱與儀表之間的信號線應使用防爆軟管穿線，或使用DN 25 mm的鍍鋅鋼管、DN 20 mm的金屬波紋管穿線。穿線管與防爆機箱、儀表連接孔處應使用防爆泥完全封閉，防止燃氣漏入機箱內。

⑧上位監(jiān)控軟件建表

上位監(jiān)控軟件建表一般有以下3個步驟：

首先，進行SIM卡配置(即硬件綁定)。將從電信公司申請購買來的GPRS SIM卡插入專用的讀卡器中，給SIM卡綁定1個IP地址，1張SIM卡對應1個IP地址，1個IP地址對應1個數(shù)據采集終端。SIM卡配置好后，插入專用無線網卡中進行測試，確認通信正常后，將SIM卡直接插到數(shù)據采集終端通信模塊上的卡槽內。

其次，在上位監(jiān)控軟件建表功能模塊中建表(即軟件綁定)，就是按照功能模塊的提示在之前綁定好的IP地址上配置遠傳表的基本信息?；拘畔⒎譃橛脩粜畔⒑捅硇畔?。用戶信息包括用戶編號、用戶類別、地址、聯(lián)系人、聯(lián)系電話等基本信息；表信息包括表號、IP地址、用氣性質、流量計類型等信息。軟件上的IP地址必須和硬件上的IP地址一致。

最后是導入。導入就是將之前配置好的遠傳表信息寫入上位監(jiān)控系統(tǒng)控制程序中。導入有兩種方式：批量導入和直接導入。批量導入就是將大批量新建的表信息添加到導入表中，再一次性自動寫入；直接導入就是一個一個地寫入。導入成功后服務器自動生成新的采集表。打開監(jiān)控界面后，即可看到新建表的信息。

5 結語

GPRS遠傳抄表系統(tǒng)是一種先進的無線抄表技術，不僅能實現(xiàn)實時遠傳抄表，而且能在管網運行動態(tài)分析、氣量調度和科學決策中發(fā)揮重要作用。杭州市燃氣集團有限公司經過3年的開發(fā)，在燃氣GPRS遠傳抄表系統(tǒng)設備技術和安裝施工技術方面，具有很高的技術水平和豐富的管理經驗，實現(xiàn)了不同類型的數(shù)據采集終端設備在同一套上位監(jiān)控軟件平臺上穩(wěn)定運行。目前杭州已安裝并投入運行1 040個遠傳抄表終端，平均每個遠傳抄表終端造價降至l.2×10⁴元左右(含設備、安裝與維護費用)，整套系統(tǒng)運行狀況良好，平均在線率在90％以上，促進了燃氣行業(yè)遠傳抄表技術的進步。

參考文獻：

[1] 楊建華，馮海鵬.遠傳抄表技術的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].煤氣與熱力，2008，28(11)：B40-B43.

[2] 曹安民.非居民用戶實時抄表與用戶管理系統(tǒng)[J].煤氣與熱力，2012，32(1)：A28-A31.

[3] 中國市政工程華北設計研究院.GB 50028-2006城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范[s].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006：48-50.

本文作者：高立鴻 沈曉東 程喜兵

作者單位：杭州市燃氣集團有限公司