一、 引言

天然气阀组间是天然气输送的咽喉要道，其状态信息（室内天然气浓度、管道压力等）的获取，对天然气的安全、正常的输送起着重要作用。

传统的人工巡更的方式由于天然气阀组间地域分布较广，每次巡更需要耗费大量人力及物力等资源，工人工作效率低，同时公司领导及相关部门无法及时、动态地了解天然气阀组间的状态信息，阻碍了公司信息化管理水平的进一步提高。

另外，由于未对天然气阀组间实施24小时连续在线监测天然气浓度，当天然气阀组间发生天然气泄漏时，管理部门无法在第一时间获取该紧急情况，存在着极大的安全隐患。

为了进一步提高天然气集输公司安全管理水平及信息化管理水平，提高资源利用率、提高员工工作效率、降低生产运行成本，建议实施天然气阀组间远程监测及管理系统。

该系统利用先进的计算机技术、通信技术和信号处理技术，利用计算机系统实现对各天然气阀组间的天然气浓度、管道压力的自动测量、数据存储、分析、统计等，公司领导及管理部门可及时了解的天然气阀组间安全及生产情况，为公司领导快速、准确地天然气阀组间状态信息、制订生产决策提供科学依据。

二、 设计原则

安全可靠 经济可行 技术先进 易于扩展

1． 安全可靠
由于系统应用场合为易燃易爆场所，作为系统投入使用的前提，我们对系统特别是现场采集系统采取了隔爆、防爆措施，最大程度地保证了系统的安全可靠。
同时通过各类措施防止系统设备自身的被盗问题。
2． 经济可行
本系统充分在已有的设备的基础上，通过无线方式传输现场数据，利用计算机对数据进行综合管理，并根据需要打印各类报表。此系统的使用必能大量节约人力、物力支出，降低了工人的劳动强度，提高了工人的工作效率，具有很好的经济效益。
3． 技术先进
本系统结合了计算机技术、无线通信技术，使用微软的大型数据MS SQL Server作为数据管理系统，使用专用软件进行数据分析、统计，保证了系统的先进性。
4． 易于扩展
本系统采用开放的设计模式，无论是软件功能还是硬件采集单元所采集的信号均可方便地扩展。

三、 系统结构

本系统按照功能可分为五个部分，分别为：
 现场数据采集处理单元
 数据传输网络
 天然气阀组间供电单元
 数据管理平台
 计量数据综合管理软件。

（一） 现场数据采集处理单元
采用威控科技无线低功耗测控终端RTU-1600，由中央处理器、信号（数据）转换模块、通信接口模块组成。

工作原理：
 中央处理单元（CPU）定时对8路模拟量进行数据采集，模拟信号经过A/D转换后变为数字量；
 定时通过RS-232接口与现场压力仪表等智能设备通讯，并将其值存入内存；
 数字信号经运算、处理后转换为实际测量值，存入内存；
 以主动（定时）或被动（呼叫）的方式向CDMA1X通信模块发送数据，并可根据管理计算机发送的数据改变现场的参数。

相关技术参数：
1． 输入信号
（1） 8路4～20mA或者0～20/0～10VDC模拟量：管道压力、室内天然气浓度及电池电压等
（2） 通过RS232与气体紧急切阀控制器LINEGUARD 2100进行数据通信，获取管道压力等数据
（3） RS-485
2． 输出信号
（1） 4路开关量输出
（2） RS-232
3． 仪表特点
（1） 具有看门狗电路，仪表永不死机
（2） 具有断电数据保护功能
4． 通讯模块：内嵌通讯协议，可与CDMA1X通信模块进行数据通信
5． 数据发送方式：
（1） 定时主动发送：可设定时间定时向中心站发送数据
（2） 被动发送：由计量管理中心的计算机发出发送指令，接收该指令后发送数据。

（二） 数据传输网络：采用中国联通公司的CDMA 1X数据通信网络。
CDMA1x技术是当今最先进的通讯技术，具有容量大，传输速度快，质量高等优点。其快速的信息响应时间和分组交换技术，可保证用户实时在线和信息的迅速传递，利用CDMA技术进行数据传输是理想的方式。
其特点如下：
1. 可实现点对点、中心对多点等数据传输。
2. 实时在线，实时进行数据传输，因使用独立的数据信道，不争夺话音信道资源，因而性能更稳定。
3. 资费低，按数据流量收费，没有数据量传递时，不产生费用。
4. 传输速率可达153.6kbps, 约为GPRS的5倍。
5. 组网简单，无缝覆盖。
6. 可方便联入互联网。可以跨区域、省市使用,不存在漫游费用,节省通信开支。

（三） 天然气计量间供电单元。
由于天然气计量间具有很高的防爆要求，并且无法提供220V交流电源，因而考虑采用太阳能电池对位于计量间的数据采集单元及无线通信模块提供电源。
太阳能供电系统包括：电池板、蓄电池、控制器、DC-DC转换器、控制箱及附属配置（电线、接插件等）。
太阳能供电系统规格：
1．光伏电池板符合国家标准。使用寿命10年。
2．蓄电池符合信息产业部电信设备进网标准。正常浮充使用寿命3年。
3．控制器为智能控制，并具有过放、过充保护及防反接、输出短路、过载、温升保护功能。
该太阳能供电系统在日照4h/d，连续阴雨天3天的情况下，能够24小时连续提供12V/100mA直流电源，并且保证每小时提供为期2分钟的12V/0.5A供电。

（四） 数据管理平台：采用微软公司的SQL Server 2000大型数据库管理系统。
该系统易于维护，可满足大型数据管理的要求，同时该管理平台可与油田公司现行的工程数据库ORACLE系统方便地实现数据共享。
SQL Server 2000是微软公司最新版的大型数据库服务器，其性能指标在各方面都有赶超Oracle数据库的趋势。
SQL Server2000是一个功能完备的数据库管理系统。它包括支持开发的引擎、标准的SQL语言、扩展的特性（如复制、OLAP、分析）、存储过程、触发器等特性。
易用性
SQL Server与Windows界面风格完全一致，且有许多"向导（Wizard）"帮助，因此易于安装和学习。
兼容性良好
由于今天Windows操作系统占领着主导地的位，选择SQL Server一定会在兼容性方面取得一些优势。另外，SQL Server 2000 除了具有扩展性，可靠性以外，还具有可以迅速开发新的因特网系统的功能。尤其是它可以直接存贮XML数据，可以将搜索结果以XML格式输出等特点，有利于构建了异构系统的互操作性，奠定了面向互联网的企业应用和服务的基石。这些特点在.NET 战略中发挥着重要的作用。
数据仓库
Microsoft SQL Server 2000增加了OLAP（联机分析处理）功能。OLAP可以通过多维存储技术对大型、复杂数据集执行快速、高级的分析工作。数据挖掘功能能够揭示出隐藏在大量数据中的倾向及趋势，它允许组织或机构最大限度的从数据中获取价值。通过对现有数据进行有效分析，这一功能可以对未来的趋势进行预测。

（五） 计量数据综合管理软件系统。位于公司中控室的计算机

（中央控制机）根据系统预设的时间，向各计量间RTU发出数据读取指令，接收到指令后，各计量间RTU将流量计数据通过传输网络返回到中控机，经过处理后显示并存入数据库服务器。综合管理系统软件可对数据进行进一步的统计、分析、处理，形成各类报表及图形，并打印输出，供公司领导及管理部门做出科学决策提供依据。
经过授权的用户可以通过局域网浏览相应的天然气供应情况。
具体功能为：
1. 系统及用户权限管理：
公司生产运行管理部门具有最高级别的权限，可对所有信息进行查询、维护、更新等操作；
公司领导具有最高级别的浏览权限，通过Web可查询所有信息，但无权对数据修改；
天然气集输公司局域网内用户经过授权后通过Web可查询相应信息。
2. 天然气计量间可燃气体泄漏检测报警
现场数据采集单元实时检测天然气计量间可燃气体浓度，当浓度达到报警设定值时，实时报警，减少安全隐患，提供公司安全管理水平。
3. 实现远程抄表，提高员工工作效率，降低劳动强度
现场采集终端获取流量及天然浓度等现场生产数据后，通过CDMA1x或其它通信方式及时将数据发送到中控室监控主机，实现了远程抄表，无需人工现场抄表，极大地提高了员工工作效率，降低了劳动强度。
4. 输差实时监测与管理
通过对数据进行分析与处理，可以及时了解公司的输差情况，及时发现输差异常，减少公司经济损失。
5. 用户用气量异常分析功能
通过对用户用气量的历史数据进行分析与对比，可以及时发现用户用气量发生异常，第一时间发现盗气、漏气、仪表损坏等情况,减少经济损失.
6. 所有静态信息更新、维护、补充、查询、打印，包括：
流量计规格、型号，检定时间，使用年限等；
7. 天然气计量动态信息查询，包括：
每台流量计的瞬时输量、累积输量、最近一次的检定时间等；
8. 事件、报警记录管理、查询；
公司领导及管理部门可随时查询任意时间段任意计量间所计量的天然气输量，并可对计量间的输量设定报警上下限，当单位时间内输量发生较大变化时，系统发出报警提示，供管理部门进行调整。
8. 远程信息发布；
借助油田公司的内部局域网，集输公司各级领导及工作人员可在办公室、家中或车内通过台式机、笔记本、PDA或手机随时相关的计量信息。
通过有线或无线方式与油田公司局域网连接后，相关工作人员经过授权即可浏览数据库服务器中相关的内容。
9. 信息归档及存储；
所有的天然气计量信息（静态及动态）全部纳入大型数据库管理平台进行管理，可满足公司对计量数据执行快速分析的要求。通过对数据潜在价值的挖掘，能够最大限度的从数据中获取价值。
10. 报表生成、浏览、打印；
根据天然气集输公司的具体需要及要求，可编制各类报表并打印。
11. 趋势图生成、浏览、打印；
根据天然气集输公司的具体需要及要求，可绘制各类趋势图并打印。

四、 效益分析

该系统投入使用后，可以达到提高天然气集输公司计量管理水平目的，具有良好的经济效益及社会效益，具体表现在以下几个方面：

1． 由于对计量间天然气浓度实施了24小时连续在线监测，当气体发生泄漏时，监控室及管理部门可在第一时间做出反应，极大地提高了生产的安全性；
2． 由于采用远程抄表，可大大提高目前抄表人员的工作效率，减少车辆等资源浪费，大幅度降低公司总体运行成本；
3． 通过对各计量间实时监测，公司领导可实时掌握公司的输差情况，为稳定输差提供科学依据；
4． 由于各计量间的运行数据全部存入数据库管理，可按照ISO9000的要求对流量计等数据资料进行管理，系统可自动提示流量计检定时间等信息，对提高公司管理水平具有重要的意义。