天然气管网远程无线数字安全生产监控系统

运城市天然气管网远程无线数字安全生产监控系统解决方案太原市亚泰电子集团有限公司2010年11月一、系统概述1.1、概述运城市经纬天然气公司作为一个生产性企业，承担着政府的部分职能。作为一个特殊的行业，是社会公用事业的基础设施。公司担负着全市燃气用户的燃气输配工作及供应任务。多年来，随着企业发展和用户数量的增加，企业安全管理工作难度也在逐年增大。城市天然气管网犹如城市的血脉，保障管网的安全运行至关重要。天然气安全输配关系到整个城市的安全，关系到国家财产及市民的生命安全，安全问题已经成了企业发展的头等大事。而要保障天然气供应的安全生产、管网的运行安全，以及有效监测天然气管网的压力、温度、报警、流量等工作，并保证这些数据传输的实时、准确性、快速性，则成了天然气安全生产中的关键。运城市经纬天然气公司各调压站零星分布在城区各处，现有安全监测系统，受到地理位置局限，仅对供气储配站的数据进行监控，而对于分散在城区各个地方的调压站未能做到有效监控，造成安全BUG而对所管辖内的行业型用气则一直处于买与卖的关系中，不能真正的作到有效监控及管理，在这样的情况下时常会发生用户欠费、偷气、漏气等情况，给国家及单位带来了不必要的损失。针对以上情况，运城市经纬煤气化公司现有监测系统已不能满足安全生产、输送的要求。为了保证供气系统的安全运行，我公司特为运城市经纬天然气公司:设计建立该套“天然气管网远程无线数字安全生产监控系统”。该套系统的建设，将弥补运城市经纬天然气公司原有安全监测系统的不足。通过远程集中监控，采用先进的科技段，能够将整个城市天然气的运行情况在集中在监控室中显示，记录，分析，以及实现故障排查等实际有效的功能。1.2、运城市经纬天然气公司的用户类型运城市经纬天然气公司的运营管理分为3个部分：1．大型行业型用气单位包括：医院、学校、政府职能机构、大型餐饮业及各种大型的用气单位。2．分布辖区内的所有中型中低压调压站。3．辖区内的小型餐饮用气型用户1.3、运城市经纬天然气公司的用户现状1．城区各中低压调压站为室外柜式调压站；目前该站基本上压力表都是模拟表、报警器正在实施安装、流量表大都为智能型小流量表，为此该部分要实现实时回传就必须增加压力变送器（二次仪表接口）、流量表需要增加RS485接口模块。2．所辖餐饮业进口处流量计、报警信号实时回传;流量表需要增加RS485接口模块。二、系统建设策略和设计原则2.1、系统建设策略天然气管网远程无线数字监控系统主要涉及上述三种用户用气安全生产的相关数据。要作好对整个系统的设计与施工，必须对系统的需求和使用情况做一个详细的调研和统计，必须对本次工程要求、未来系统的升级与应用情况进行通盘考虑、整体规划，寻找一个最佳的技术与经济结合点。因此，在本次设计中应注意如下策略：根据系统的具体需求选用合适的设备与材料在系统中，根据用户的实际需要以及未来的应用情况，选择合适的设备与材料进行设计和施工。采用先进的技术和高质量的设备与材料采用当今世界上先进而成熟的技术（软件及硬件技术），具备开放性的环境，科学合理的结构，丰富的产品系列服务；具有良好的可扩展性及兼容性，以及产品售前、售后的服务，便于今后发展的需要，保护用户的前期的投资；使用高质量的设备与材料保证系统的稳定性与可靠性。充分细致的用户需求调研与工程勘察为了使工程更好地与实际情况相符合，要作到充分细致的需求调研和现场仔细的工程勘察，尤其是与企业现有仪器仪表的接口的详细调研，力求作到满足用户需求的同时降低用户系统的投资。1.2.2系统设计原则在本次建设工程中，从系统信息体系建设的全局考虑，将系统建成一个高起点、高标准，易于扩充、升级、管理和使用的系统。为此，应遵循以下设计原则：实用性与先进性在系统的设计与施工中，首先要考虑的是实用性和易于操作性、易于管理和维护，易于用户掌握和学习使用及灵活的应用。开放性与标准化在总体设计中，应采用开放式体系结构，使系统易于扩充，使相对独立的分系统易于进行组合调整。有适应外界环境变化的能力,即在外界环境改变时,系统可以不作修改或仅作小量修改就能在新环境下运行。可靠性与安全性系统安全可靠运行是整个系统建设的基础。鉴于管理信息的重要性，要求系统要有较高的可靠性，各级系统应具有监督和管理能力，要适当考虑关键线路的冗余，能够进行修复、更换和扩容。要确保系统的正确性、保密性，以及为防止异常情况所必须的的保护性设施。2.2、系统设计依据«城镇煤气系统安全运行技术规范»CJJ/T88-2000；«分散控制系统工程设计规范»HG094；«安全防范工程技术规范»GB50348-2004；«民用建筑电气设计规范»JGJ/T16-92；«电气装置的电测量仪表设计规范»GBJ63-90；«计算机机房设计规范»GB50174-93；«建筑物防雷设计规范»GB50057-94(2000版)；本系统除依据以上规范及标准外，还结合运城天然气公司现场考察的结果，总结我公司以往的工程经验，吸取国内外众家之长，选用先进而成熟的技术。其设计本着：系统配置合理，性能稳定可靠，功能可扩展以及操作简单便于维护的原则实施。三、系统设计3．1系统参数量系统主要实现对现场各项物理量的采集及数据打包。现场各项物理量包括：浓度（以百分比表示）、温度（以摄氏度表示）、、压力（以Mpa或kpa表示）、流量等。通过传感器可直接采集以上相关物理量3．2系统设置及功能天然气管网远程无线数字安全生产监控系统分为3个部分：1)前端数据采集部分：在前端数据采集部分中根据运城天然气公司对用户的分类在这里我们也针对性的设计了2套前端数据采集设备：调压站类数据采集部分配置（按单个调压站计算）：设置天然气报警探测器1台，监测调压柜内环境煤气泄漏情况；设置环境温度传感器1台，监测调压柜内环境温度；设置压力变送器2台，分别监测调压站进、出口煤气管道压力；设置采集监测主机1台，用来采集上述传感器相关数据，并进行分析、计算、处理、打包、发送。大型行业型用气单位数据采集部分配置设置天然气泄露报警探测器1套，监测餐饮业厨房内环境煤气泄漏情况；设置流量数据采集器1套，检测餐饮业天然气的流量数据并采集上述传感器相关数据，并进行分析、计算、处理、打包、发送。2)传输部分：该系统主由采集主机完成各项物理量采集、数据打包后通过GSM调制解调器通过无线GPRS网络发送数据传输至INTER网3)终端显示及数据处理部分：在天然气公司监控中心设上网服务器1台，该服务器负责链接网络、识别接收无线数据采集终端数据包、分配无线数据采集终端地址、管理各个无线数据采集终端GPRS信息数据；设置数据存储服务器1台，该服务器是整个测控中心的核心，负责总体数据的管理、备份及分发3．3系统拓扑图：1#加压站设备传感器无线数据采集主机GPRS无线网络n#加压站设备传感器无线数据采集主机GPRS无线网络监控中心上网服务器器查询PC1查询PCn企业局域网监控中心数据库服务器3．4系统配置3．4．1硬件要求A．数据采集PC机采用工业控制计算机；B．控制器采用单片机（C8051系列），其主要作用是对传感器通信进行选择，以防传感器数据冲突；C．传感器为模拟量传感器，由无线采集器采集并完成信号的量化及A/D信号转换。3．4．2采集器的物理量列表以一台气柜为例：采集信号对照表：序号采集点名称采集数据备注1调压柜煤气进口天然气入口压力/管网介质温度模拟量2调压柜煤气出口煤气出口压力模拟量3调压柜内上方可燃气体报警超限报警模拟量4调压柜内环境温度模拟量5餐饮业流量计天然气的使用流量数字量3．5软件设计3．5．1、概述通过该系统主要解决以下问题：实现各设备参数时实监控报警诊断与提示管理自动控制管理信息存储及打印管理分部门管理3．5．2、软件构架3.5.2.1体系结构本系统采用基于C/S结构的三层应用体系，通过使用TCP/IP协议与RS232通信协议互换方式作为数据传输中间件，数据存储使用MSSQL2000系统，监控端与管理端作为应用层与中心服务器连接并交互处理数据。3.5.2.2部署结构数据中心服务器数据中心服务器负责集中对各设备参数进行采集、存储及转发，在该服务器上配有数据库，TCP/IP服务及RS232接口，为下述多个监控子系统提供数据服务。监控中心服务子系统监控中心负责处理以下功能：（1）连接中心服务器（2）显示中心服务器的采集数据（3）报警信息定位（4）运行参数设定（5）远程调度及控制（保留）信息管理子系统信息管理端有以下功能：（6）负责数据查看打印、分析等策略。（7）用户管理（8）权限管理（9）基本信息维护3．5．3软件需求3.5.3.1系统管理用户管理登记用户基本信息，包括用户姓名、登录名、口令、通信地址、联系电话等。权限管理不同用户对系统各模块具有不同的使用权限。由系统管理员授予每个用户对相应模块的使用权限。登记信息包括用户名、模块名、是否有权限等。基础信息管理登记系统中使用的基础数据信息，并对数据进行维护。系统日志记录各操作员的系统操作记录。数据管理采集各设备流量数据，进行分析存储监控管理实时在线监视各流量，并显示，自动接收报警数据并提示工作人员。领导监视值班人员工作记录及状态。制定监控计划报表管理存储的历史数据可分阶段查询，打印；并可做图表分析策略。3．5．4软件系统结构图3.5.4.1数据中心服务器数据中心服务系统TCP/IP服务RS232接口服务回传机器地址管理数据储存管理网络参数管理采集周期管理接口信息配置管理报警信息发布3.5.4.2监控中心服务子系统监控中心服务系统系统参数设置报警参数设置数据及图表分析监控日志管理3.5.4.3信息管理子系统系统管理子系统用户管理权限分配管理数据管理数据历史报表查询监控中心值班日志监控中心工作状态数据图表分析打印基础资料管理基础资料输入登记基础资料删除修改监控管理3．6系统结构图数据中心服务器以太网交换机采集接口…...交换机大型采集站设备监控子系统1监控子系统2...监控服务中心领导办公室信息管理子系统3．7、系统设备参数3.7.1压力传感器（DP800）被测介质：液体、气体、蒸汽测量范围：0-500Pa、0-5KPa、0-60MPa精度等级：±0.1%、±0.5长期稳定性：≤0.2%FS(一年)温度漂移：：≤0.02%/℃FS(0-70℃)使用温度：-20℃-+85℃输出信号：4—20mA允许过载：额定压力2倍3.7.2可燃气体报警传感器(RB-TZ点型气体探测器)特点：■可检测多种气体■采用进口元件、性能稳定■精度高、反应速度快■4-20mA或RS-485标准信号输出或接点输出■功耗低、性能可靠■抗干扰能力强主要技术指标：检测对象：燃气、毒气及可燃蒸汽防爆等级:EXdⅡCT6检测范围：0~100%LEL或0~2000ppm输出信号：DC24V基本误差：≤±5%F.S额定电压：DC24V取样方式：扩散式功耗：≤1.5W防爆型式：隔爆型工作环境：温度：-40℃~70℃湿度：≤93%R.H3.7.3环境温度传感器(YT-WD001)■采用进口元件、性能稳定■精度高、反应速度快■4-20mA标准信号输出或接点输出■功耗低、性能可靠■抗干扰能力强温度范围：-50℃-+80℃3.7.4无线采集主机（YTWDP-2）1、信号转换装置把传感器的输出信号进行相应的转换，转换成核心处理器能识别和采集的信号，供核心处理器进行处理。2、核心处理器是该系统的核心设备，采用高性能MCU，一方面它要对传感器的信号进行采集、量化、编码、打包，另一方面将相关数据处理后，负责与数据接口设备进行通信，将相关数据包通过数据接口设备将数据发送出去。还有，将前端计算机发出的指令解包、处理，转换为相关数据去控制相关设备的运行。3、数据接口设备，负责数据的接口通讯，根据现场的实际情况，该接口设备可灵活选择，如可选internet网络接口设备，也可选择光网接口设备等。四、系统施工组织设计4.1、施工工期及范围本施工组织设计按工程全部竣工的施工工期考虑编制的，其施工项目范围为运城天然气公司城区各点调压站数据监测、各大