智能燃气管理信息系统的开发与设计

夏冰沁 余有灵

（同济大学电子与信息工程学院，上海 201804）

智能燃气管理信息系统的开发与设计

夏冰沁 余有灵

（同济大学电子与信息工程学院，上海 201804）

燃气调压器用于降压与稳压，是燃气供应系统中的重要设备。建立基于VB.net和SQL Server的管理信息系统，对燃气数据进行管理、显示，并通过分析调压器出口压力的变化趋势，实现对调压器故障的初步诊断。实际应用证明，该系统运行稳定，较好地实现了燃气信息管理以及故障诊断。

天然气；燃气调压器；管理信息系统；故障诊断

1 引言

燃气调压器素有天然气管网“心脏”之称，用于在流量和进口压力变化时调节和控制出口压力，使得出口压力能够维持在恒定状态[1-2]。它的安全运行直接关系到用户能否正常使用天然气。为确保燃气调压设施的安全稳定运行，无论是燃气总公司还是小区物业都要定期对调压器进行检修。通过对通过燃气调压器各参数进行实时读取、记录、存储、显示，不但可以帮助燃气公司记录燃气使用量，还可以更好地帮助管理与维护燃气调压器与管网的正常运行[3]。

本文采用客户机/服务器网络体系结构和大型数据库系统，开发了一条实用、高效的智能燃气管理信息系统[4]。该系统在Visual Studio 2010平台下开发，使用VB.net语言完成对系统的开发，并利用SQL Server 2012作为后台数据库，采用三层架构完成对数据的管理以及燃气调压器故障的初步诊断[5]。

2 智能燃气管理信息的设计

2.1 系统功能设计

根据燃气数据管理的实际情况，要求系统主要有以下功能：（1）良好的人机界面，可以方便快捷的访问燃气数据。将数据直观地用图线形式展示出来，使用户可以观察到数据的趋势变化等。并仿照股票，采用K线图和柱状图表示，显示数据的长期变化，从而发现调压器的潜在故障。（2）方便快捷的信息查询功能。通过设置时间、站点等参数值，用图线和列表显示历史数据。（3）图线数据的实时处理以及可能故障的提醒功能。通过对燃气各类型数据的处理与分析，给出某燃气调压器可能出现的故障。（4）各站点调压器的详细信息，包括调压器的基本信息、站点信息以及与调压器相关的资料信息等。（5）在相应的权限下，对后台数据进行调节、删除、修改等操作。

智能燃气管理信息系统主要分为：用户管理、燃气数据显示、调压器故障诊断、调压器基本信息管理、调压器日常管理、系统维护管理共6部分。系统模块结构如图1所示。

图1 系统模块结构图

2.2 系统三层架构设计

在软件架构设计中，分层次结构比较常见，且可以实现规范代码，提高重用度，降低耦合度的功能。分层式结构一般分为三层，由上至下依次是表现层(UI)、业务逻辑层(UI)、数据访问层(BLL)。

（1）表现层

系统的用户接口部分，负责使用者与整个系统的交互。在这一层的设计上不但要考虑功能的全面性，也要注重用户的使用习惯。本系统界面采用VB.net来设计，并使用Dev Express界面控件套件，该控件提供了一系列的DotNet界面控件，界面设计高效，效果美观。在设计中主要使用WinForm开发工具进行设计及开发。

（2）业务逻辑层

是整个系统的核心，不但为表现出提供功能调用，同时使用数据访问层提供的功能访问数据库。本管理信息系统中，业务层借助matlab的计算功能，使matlab与VB.net对接，完成数据曲线特征的提取、计算与分析，根据结果与历史数据判断当前调压器的运行状态。并负责数据的查询、添加、删除、修改等操作。若涉及到数据库的访问，则调用数据访问层。

（3）数据访问层

该层的主要作用是为业务逻辑层提供服务，实现管理信息系统与数据库的交互。使用ADO.NET（ActiveX Data Objects for the .NET Framework）完成应用程序与数据交互。其按照给定要求从各种类型的数据库中提取数据或者向数据库存取数据，并保持操作的一致性。本系统的数据访问层实现对燃气通过调压器的进出口压力、瞬时累积流量、温度、采样时间等数据进行访问。

2.3 数据库设计

由于燃气数据采样频繁，且站点数多，根据燃气数据的管理要求，并考虑到系统开发使用微软的VB.net，采用当下流行的SQL Server 2012数据库作为后台数据库管理燃气数据。在数据库中编写存储过程，提供输入输出参数，完成对数据的查找与操作，降低网络通信量，提高通信速率。

在本例燃气管理信息系统中，燃气数据采集器采集的数据通过控制器中的不同控制通道远程传输到服务器中的数据库中。一个地区会有多个站点，一个站点又会有一个或多个控制器用于现场数据采集。在设计数据库时，各地区、站点以及控制器的信息存储在对应的数据库表中，通过各表中的意义相同的字段进行关联，从而提取到确定站点的确定信号数据。

下位机对现场数据信号进行采集，得到的数据以及它对应的通道编号和采样时间等其他信息作为一条记录存储到Controlller_Data的表中，可通过不同地区、站点以及控制器找到对应控制器中的不同数据的存储位置，从而完成对于所需数据的查找。

图2为本例数据库数据关系图的部分截图，其中涉及的表包括地区、站点、控制器、控制器通道以及通道数据的信息。这些表在提取通道数据时起着重要的作用。

图2 部分数据关系图

3 智能燃气管理信息的实现

3.1 调压器可能故障及原因分析

调压器出现故障时的主要现象及原因如表1所示。通过对燃气调压系统各信号数据进行处理与分析，判断各信号数据或其组合有无表现出故障特征，从而提醒工作人员前往检修，排查故障。

故障现象将反映在燃气数据的变化趋势上，对燃气数据进行处理，提取数据曲线波形特征，从而将数据变化趋势转化为一个个的特征值，通过历史故障数据对特征值进行的上下限进行限定，在提取特征过程中，不单考虑实时波形，还通过K线图上多日滑动平均线等综合判断从而初步诊断燃气调压器运行状态。

表1 燃气调压器常见故障表现现象及原因

3.2 数据来源

本实验数据取自某燃气站从2013年10月22日0点至2013年10月31日24点之间下位机传来的数据。采样间隔为一分钟，数据类型包括燃气调压站的进出口压力、瞬时累积流量、温度以及采样时间。

3.3 运行实例展示

图3为燃气管理信息系统的用户界面。

图3 系统运行实例

界面分为四部分，在图中分别用A,B,C,D标示。A部分为模式选择列，点击不同的按钮则在右侧的显示面板上显示所选数据项在某时间间隔对应的内容或实时显示数据。B部分为想要查看的站点数据通道及时间间隔选择行，通过下拉菜单选择对应的选项，从而查看目标数据。C部分为显示主界面，根据A块所选内容的不同而显示相应的内容。图中显示部分为查看历史数据列表。D部分为故障初断结果显示行，若系统发现调压器出现故障几率大则显示在该行，提醒工作人员前往查看。

4 结语

通过完成对系统的软件架构设计，建立基于VB.net和SQL Server的燃气调压器管理信息系统，使用户可以全面直观的了解燃气使用量及历史数据，并可通过出口压力的走势和经验数据进行比对，判断出调压器是否发生相应故障，提高燃气调压器的管理水平，让检修人员有针对性的对故障进行检修，从而减少维修工作量，提高工作效率。

[1] 于碧涌.燃气调压器数值模拟与试验研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2007.

[2] 冯良,姜娣,刘书荟. 单级自力式燃气调压器动态模型研究[J].煤气与热力,2009,(2):10-13.

[3] 杨永美.燃气调压器预警系统在燃气调压器科学管理中应用[J].上海煤气,2014, (3):14-16.

[4] 方宗奎,王鑫.基于.Net平台三层架构C/S模式装备管理信息系统设计与实现[J].自动化技术与应用,2014,33(10):40-42. [5] 高扬.基于.NET平台的三层架构软件框架的设计与实现[J].计算机技术与发展, 2011,21(2):77-80.

Design of intelligent gas management information system

Gas regulator is used to control the outlet pressure, and it is the key component of the gas transmission and distribution system. Building the management information system based on VB.net and SQL Server to manage and show the natural gas data, and to realize the tentative diagnosis of the gas regulator by analyzing the outlet pressure variation tendency. Practical application proves that the system runs stably, and better realizes the information management of the natural gas and fault diagnosis for the gas regulator.

Natural gas; gas regulator; management information system; fault diagnosis

TP311

A

1008-1151(2015)01-0023-03