燃气远程抄表系统设备技术要求和施工安装方法

燃气远程抄表系统设备技术要求与施工安装方法高立鸿，沈晓东（杭州市燃气（集团）有限公司，浙江杭州310007）摘要：分析了国内燃气GPRS远程抄表系统的发展现状和存在问题，探讨了杭州市燃气（集团）有限公司开发的一套成熟、稳定的远程抄表系统。关键词：远程抄表；设备要求；安装技术；数据采集；安全栅；防爆EquipmentTechnicalRequirementandInstallationSpecificationforGasRemoteMeterReadingSystemGAOLihong,SHENXiaodongAbstract:AnalysisofthedomesticgasGPRSRemotemeterreadingsystemdevelopmentstatusandproblems,investigateasetofRemotemeterreadingsystemwhichHangzhouGas(Group)Co.,Ltddeveloped.Keywords:remotemeterreading；equipmentrequirement；installationtechnique；datacollection；barrier；explosion-proof1前言杭州管道天然气市场近年来发展迅速，2010年供气规模达到31719万立方，较09年增长25.95%；销售气量达到31006万立方，较09年增长26.45%。随着天然气市场规模的迅速扩大和用户数量的大幅增加，上游天然气供应总量限制和下游用气需求快速增长的矛盾以及各城区供气不平衡的矛盾在冬季越来越突出，近年来已多次发生限供事件，实时监控燃气管网动态运营状况的需求已非常迫切。2国内燃气GPRS远程抄表系统发展现状与存在问题GPRS远程抄表系统在国内燃气行业还处于不断摸索和完善的阶段。05年前远程抄表系统主要针对居民用户燃气抄表，使用较多的是脉冲式远传抄表技术，数据采集技术落后，信号易受电磁干扰，数据稳定性和准确性不高，配件不具有通用性，运行维护成本高[1]。近几年，工商用户在供销气量结构中的比例越来越高，国内开始重点推广非居民用户GPRS远程抄表管理系统，该系统是一种集现代数字通信技术、计算机软硬件技术、燃气计量技术和互联网技术为主体的实时信息采集与分析处理系统。国内在这方面积极探索和应用的主要有杭州市燃气公司、成都城市燃气公司、北京市燃气集团及贵州燃气公司等几家单位，但大多数还处于搞试点，持续改进和逐步成熟完善的阶段[2]，这其中关键的因素有三个：一是技术水平高的远程抄表终端设备研发商较少，缺乏竞争性，核心元件RTU长期运行的可靠性和稳定性不是很高。二是上位监控系统软件开发技术难度高，能完全兼容不同厂家不同规格的数据采集终端并稳定运行的平台还很少。三是安装施工不规范，没有严格执行防爆、接地和间距标准，安装好以后问题不断，维护成本高。杭州市燃气公司开发的远程抄表系统，引入多家终端设备厂家和上位软件开发公司，设定统一的技术标准和施工安装规范，促使其相互竞争，提高技术开发水平，目前已完成1040块日用气量100立方以上非居民用户远传表的安装工作，系统运行稳定，数据上传正确率高，基本攻克了燃气GPRS远程抄表系统兼容性和稳定性问题。3杭州燃气GPRS远程抄表系统数据采集原理杭州燃气远程抄表系统由计量表具、GPRS数据采集终端、GRPS无线通信网络、数据管理中心、上位监控软件及客户端组成，终端与公司上位采集平台的通信协议为标准MODBUSTCP协议。系统核心设备是数据采集终端和上位监控软件。每个数据采集终端都有唯一IP地址，系统上位软件将所有远传表分成几十个通道，每个通道对应10-20块数据采集终端，以队列形式排列。每隔10分钟，系统会对所有通道轮询一次，数据中心服务器通过GPRS通讯网络向队列中的数据采集器依次发送链接指令，每次链接时间为5秒，建立正常通讯链接后，对数据采集控制器进行扫描，第一次扫描不成功会再重复扫描3次，成功采集到数据采集终端完整的数据包后，再向队列中的下一个数据采集终端发送链接指令。如果网络通讯连接超时，系统认为远传表不在线，需要等待下一个轮询周期。工作站访问主要采用IE访问模式，通过Internet互联网，只要授权的计算机都可以打开监控界面。打开后的监控画面如下：图1远程抄表系统远传实时信息4设备技术要求与施工安装方法4.1计量表具模式燃气表采用机械计数器，没有远传接口。施工时需要将机械计数器拆下，换上光电直读式数码计数器，该计数器内部集成控制芯片，输出接口采用RS485总线。安装前需要将数码计数器读数调整为同机械计数器读数一致。非智能涡轮表和罗茨表需安装温压补偿仪，温压补偿仪应配备RS485输出接口。4.2GPRS数据采集终端远传数据采集终端（DTU）是远程抄表系统的重要设备，数据采集终端具有RS485/232接口，通信速率为300～115200bps，通信协议采用MODBUSRTU/ASCⅡ工业通信协议，内部供电为24V直流电。一只数据采集终端一般接1-3只燃气表。内部结构如下：图2数据采集终端内部结构4.3GPRS数据包格式完整的远程抄表数据包内有两种类型的数据，一种是模拟量数据，如流量、压力、温度等，通过内部控制模块转换成数字量数据包，另一种是状态信号数据，如市电状态、采集终端柜门状态等开关量数据。数据包格式定义如下：表1GPRS数据采集格式站点编号寄存器地址数据格式数据单位数据长度(byte)数据含义站点11个站点最多支持4台不同第1个子机的参数地址(40001～40024)40001长整型m34标况累计用量40003长整型m34工况累计用量40005浮点型℃4温度转换成24V直流~220V（市电）蓄电池皮膜表或流量计开关电源220V电源浪涌保护器24V电源浪涌保护器RS485安全栅控制器天线存储器信号浪涌保护器子机号流量计40007浮点型KPa4压力40009浮点型m3/h4标况瞬时流量40011浮点型m3/h4工况瞬时流量40013～40024预留第2个子机的参数地址(40025～40048)，参数顺序同第一个；40037～40048预留第3个子机的参数地址(40049～40072)，参数顺序同第一个；40061～40072预留第3个子机的参数地址(40073～40096)，参数顺序同第一个；40083～40096预留站点2同上…………开关量寄存器市电状态寄存器10001终端市电有无状态布尔型1表示正常状态（有市电），0表示异常柜门状态寄存器10002终端柜门开关状态布尔型1表示正常状态（柜门关闭），0表示异常流量计电量状态寄存器100031号流量计电量状态布尔型1表示正常状态，0表示异常100042号流量计电量状态布尔型1表示正常状态，0表示异常100053号流量计电量状态布尔型1表示正常状态，0表示异常10006地址预留(未定义)10007地址预留(未定义)10008地址预留(未定义)…………4.4安全栅用于远程抄表系统的安全栅根据计量表具通讯接口的类型选择，像天信罗茨表、克罗姆皮膜表是四线制RS485接口，安全栅就选择LBGS8093-EX系列或2108D系列安全栅。该规格的安全栅内部已经有防浪涌功能。埃尔斯特流量计采用的是六线制RS485接口，安全栅就选择GS8193-EX系列安全栅，同时单独安装信号浪涌保护器。两种不同规格的安全栅电气接线图：图3安全栅电气接线图4.5数据采集终端取电方式数据采集终端有两种供电模式，一种为市电供电，另一种为太阳能供电，无论是市电供电还是太阳能供电，都需要在终端机箱内安装备用蓄电池。正常情况下，供电系统为数据采集终端供电和蓄电池充电，当市电停电时，通过电源管理模块将供电模式切换到蓄电池供电。取电应根据远程终端现场供电情况选择，一般优先选择从配电箱内取，如现场取市电非常困难，则可选择太阳能电池板供电。选择太阳能供电应满足光照充足、遮挡少和安装条件良好三个条件。如果市电取电和太阳能取电都无法实现，则可以在电磁阀接线中取电。4.6接地系统接地系统包括浪涌保护、跨接和接地三部分。浪涌保护器有电源线路SPD和信号线路SPD两种规格，分别接在数据采集终端开关电源电源进出总线上和流量计RS485信号总线上。跨接是用铜导线或编织铜线将设备与金属护套管、金属护套管与对接的金属护套管、金属护套管与接地线等两个不同的设备短接起来。跨接线一般选用编织软铜线或6mm2截面积的软铜线，每个跨接的点都应该用跨接线连接起来，跨接点应使用金属抱箍扎紧或用螺丝拧紧，禁止用尼龙扎带捆扎或用导线缠绕的方法。接地是通过金属导线与接地装置连接。需要接地的点有流量计表头、数据采集终端机箱和金属护套管，与建筑物共用防雷接地体的接地电阻应小于1欧姆，单独打接地桩的接地电阻应小于4欧姆。与接地体连接的接地线应使用1根6mm2截面积以上的BVR单芯铜软线或铜编织线。单根接地桩接地电阻达不到4欧姆的，则应再增加接地桩数量，直至满足接地电阻要求。相邻两根接地桩之间的距离不应小于2米。其结构如下：图4接地桩施工图4.7数据采集终端的防爆要求（1）绝缘电线和信号线均应要求用镀锌钢管或金属波纹管穿管安装。当现场信号线和电源线贴近燃气管道敷设时，与室内燃气管道的平行敷设净距应大于5厘米，交叉敷设时应大于1厘米。与室外地下燃气管道的水平净距应大于1米，垂直净距应大于0.15米[3]。（2）燃气数据采集终端机箱必须使用不锈钢防爆机箱。防爆机柜的防爆等级不低于ExdIIbT4。防爆机柜与仪表之间的信号线应使用防爆软管穿管，或使用DN25镀锌钢管、DN20金属波纹管穿管。穿线管与防爆机柜、仪表连接孔处应使用防爆泥完全封闭，防止燃气漏入机箱内。4.8上位软件建表技术上位软件建点一般有以下三个步骤：首先进行SIM卡配置（即硬件绑定）。将电信公司申请购买来的GPRSSIM插入专用的读卡器上，给SIM绑定一个IP地址，一张SIM卡对应一个IP地址，1个IP地址对应1个数据采集终端。SIM配置好后插入专用无线网卡中进行测试，确认通信正常后将SIM直接插到数据采集终端通信模块上的卡槽内。其次在上位监控系统建表功能模块中建表（即软件绑定）。简单地说就是按照功能模块上的提示在刚才绑定好的IP地址上配置远传表的基本信息。基本信息分用户信息和表信息两块。用户信息包括用户编号，用户类别，地址、联系人、联系电话等基本信息，表信息包括表号，IP地址，用气性质，流量计类型等信息。软件上的IP地址必须和硬件上的IP地址一致。最后一步是导入。导入就是将刚才配置好的远传表写入上位监控系统控制程序中，导入有两种方式，一种是批量导入，一种是直接导入。批量导入就大批量新建的表信息添加到导入表中，再一次性自动写入。直接导入就是一个一个地写入。导入成功后服务器自动生成新的采集表。打开监控画面后，就可以看到刚才新建表的信息了。5结束语GPRS远程抄表系统是一种先进的无线抄表技术，不仅能实现实时远程抄表，更能在管网运行动态分析、气量调度和科学决策上的发挥重要作用。杭州燃气公司经过三年的开发，在燃气GPRS远程抄表系统设备技术和安装施工技术方面，积累了丰富的技术水平和管理经验，实现了不同类型的数据采集终端设备能在同一套上位软件平台上稳定运行的问题。目前杭州已建成并投入运行1040块远程抄表终端，平均每台远程采集终端造价降至1.2万元左右（含设备、安装与维护），整套系统运行状况良好，平均在线率在90%以上，促进了燃气远程抄表技术的进步。参考文献：[1]杨建华,冯海鹏.远传抄表技术的应用现状和发展趋势[J].煤气与热力,2008,28(11):B40-B43.[2]曹安民.非居民用户实时抄表与用户管理系统[J].煤气与热力,2012,32(1):A28-A31.[3]中华人民共和国建设部.GB50028-2006城镇燃气设计规范[S].2006年版.北京:中国建筑工业出版社,2006:48-50.——————————作者简介：高立鸿（1978-），男，浙江杭州人，工程师，大学本科，主要从事燃气技术、计量管理工作