天然气门站数据采集、传输及应用系统

田鹏飞

（山西省自动化研究所，山西太原 030012）

随着中国长期高速的经济增长对能源的需求，老百姓对生活的质量和生态环境的要求也日益提升。据《中国天然气工业发展趋势和天然气地学理论重要进展》中介绍，西气东输、川气东送以及引进俄罗斯天然气等世纪工程显示了天然气这一具有优质、洁净和环保等特点的重要能源，正受到我国政府前所未有的高度重视［1］。中国燃气在西气东输和川气东送沿线的十几个省份先后成立了四十六家拥有天然气专营权的合资公司，投资超过50个天然气管网项目，而这一数字将随中国燃气市场的迅猛扩张而不断递增。

随着人民生活水平的提高及环保意识的增强，大部分城市对天然气的需求明显增加。天然气作为民用燃料的经济效益也大于工业燃料。天燃气发电具有缓解能源紧缺、降低燃煤发电比例，减少环境污染的有效途径，且从经济效益看，天然气发电的单位装机容量所需投资少，建设工期短，上网电价较低，具有较强的竞争力。

2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联网应用也提出了一些看法和要求。目前，美国、欧盟等都在投入巨资深入研究探索物联网。我国也正在高度关注、重视物联网的研究，工业和信息化部会同有关部门，在新一代信息技术方面正在开展研究，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。

1 系统介绍

本系统应用于天然气门站及终端用户的数据采集，通过工业无线以太网传输，进行数据处理后应用于营收管理系统，并接入互联网。现场仪表采用有远传功能的仪表，用s7300plc做为下位机采集并处理数据，上位机采用Wincc作为人机界面的开发平台，编制满足客户需求的人机界面。终端客户的流量表数据也通过小型plc采集，然后用无线工业以太网传输。最终通过互联网共享数据，在营收管理软件中使用，软件可以在线升级。

根据《基于交换式以太网的嵌入式控制系统》，本系统是一种建立在互联网上的泛在网络。其重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将产品的信息实时准确地传递出去。在系统上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。它不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对生产实施智能控制。本系统将传感器和智能处理相结合，利用plc、软件编程等各种智能技术，扩充其应用领域。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。

从技术架构上来看，物联网可分为三层:感知层、网络层和应用层。

感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括天然气浓度传感器、温度传感器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是本系统获识别物体，采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。

网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。

应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现本系统的智能应用。

2 网络传输与信息处理

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统。最初，SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统;随着应用领域拓宽，SCADA系统演变为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。

目前应用于电力、冶金、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

本系统分为两个部分:第一部分是将天然气门站的生产数据（进口压力、进口温度、1路瞬时流量、1路累计流量、2路瞬时流量、2路累计流量、1路调压出口压力、2路调压出口压力、出口压力、出口温度等）传到公司办公楼;第二部分是将几个主要工业用户的流量数据传回公司办公楼。

第一部分:现场的各类数据通过就地仪表采集通过PLC传输到位于中控室工控机，工控机采用西门子WinCC组态软件。为了使公司管理层、技术主管、生产主管及时了解现场运行状况，现将门站工控机的显示数据通过无线网络的形式传输到公司办公楼。

图1 系统图

第二部分:将散布在周边各主要工业用户的流量数据通过无线网络传输到办公楼，即实现远程抄表，并保证数据传输的稳定性、可靠性和及时性。

流量表配有RS-485接口信号，可将其输出信号采集到小型PLC，PLC对数据进行处理，然后通过无线电台传输到公司办公楼。如图二:

图2 中心站组成图

3 结束语

随着中国天然气行业的崛起，中国天然气行业已经行驶在快车道上，与之配套的门站控制系统有了突飞猛进的发展。国内天然气公司都已经进行了许多具有前瞻性的工作。在搞好门站本身控制系统的可靠基础上，随着无线工业网技术的逐渐成熟，和其他配套保障措施的顺利实施，在我国信息采集、传输的应用肯定会越来越多，越来越成熟。

系统建成后，工作人员可根据系统提供的信息全面、实时掌握系统运行参数和工况，最好地解决供需矛盾，以满足工业及民用的需要。

燃气是易燃易爆气体，要求生产、输配绝对安全，本系统提高了调度人员发现事故和分析事故的预见性，一旦出现异常，可以及时采取有效措施，防止事故的发生和蔓延，从而保障了国家与人民财产的安全，具有显著的安全效益。同时，系统建成后，可以根据运行工况及各环节的运行数据等有关信息，进行综合分析、优化调度，编制合理、经济的供气方案，节约了气源，人力、物力，减少了对环境的污染。

［1］戴金星，秦胜飞，陶士振，等.中国天然气工业发展趋势和天然气地学理论重要进展［J］.天然气地球科学，2009，16（2）:127-142.

［2］宋朝青.利用分布式组件对象模型构建SCADA系统网络模型［J］.电力系统自动化，2010（9）:63.

［3］冯冬芹，金建祥，褚健;工业以太网关键技术初探［J］.信息与控制，2010（3）:78.

［4］张广辉，徐江华，邵惠鹤.基于交换式以太网的嵌入式控制系统［J］.自动化仪表，2011（6）:95.