GPRS-Internet技术在煤层气管道监测监控领域的研究与应用

梁 波

(山西晋城煤业集团长平煤业有限责任公司，山西晋城048411)

1 概述

目前国内外自动化监测监控技术已被广泛地应用于各行各业的生产管理中，并取得了巨大的成效。比如：石油、水利、消防、工控系统、煤矿等领域均得到了广泛的应用，尤其是具有覆盖面广、地形复杂、环境恶劣、危险性大、人工难以操作、控制等特点的煤气田、煤气井的生产管理，更具有广阔的应用场地[1-2]。

近年来随着煤层气行业的崛起，晋煤集团蓝焰煤层气公司的气井分布范围越来越广，集输站的数量也越来越多。目前绝大部分站点管路数据的记录还是通过人工定时定点抄录的方式，由此造成很多的问题。

（1）录入数据不及时：人工抄录数据是固定的时间点或者固定的频率抄录管路的数据，但是现实中由于人员不确定性，经常导致某段时间段数据的漏记。

（2）数据不精确：现场管路数据量大、数据长，在抄录过程中经常出现一组或者几组数据错误，而且人工记录时从第一组数据记录开始到最后一组数据记录完毕中间可能间隔很长的时间，使记录数据的价值大打折扣。

（3）数据不易保存：大量数据的频繁记录必将生成大量的书面资料，为此需要占用大量的空间存储，且经常由于存放环境的恶劣或意外情况导致资料报废。

（4）不易数据查询：大量的数据书面资料即使有目录，但是要找到想查找的数据可能翻遍所有记录数据。

（5）数据不利于多人查看：书面资料的唯一性导致只能是少量的人可以查看、分析利用数据。

因此，本文利用先进的无线网络通信技术和监测监控技术解决了现有存在的问题。

2 自动监测监控系统结构

本系统是一套集采集、存储、计算、分析、网络发布功能为一体的调度指挥中心监测监控系统。解决因煤层气田管网管路规模不断扩大，对输气管路安全性、生产量、工作状态实施监测监控和原软件系统功能严重不足的问题。为公司提供及时、准确、高效、安全的生产管理并提供可靠的安全生产指标，使得能够准确定位生产与市场的供求关系。自动化监测监控系统结构如图1所示。

自动化监测监控系统包括2部分：

第一：北坪、南哇、岳城3个站点的GPRS无线通讯系统。每个站点距离蓝焰公司都有几十甚至上百公里，通过常规的光线传输施工难度大成本高，且有的站点随着产气量的减少会逐渐的废弃，高额投资将造成资源的浪费。现在各站点流量计数据通过DTU模块由移动的GPRS方式经由Internet网络传输到WEB服务器，简捷方便。

第二：李庄蓝焰公司中心站流量计的自动化采集系统。中心站的流量计有苍南和爱托利2个品牌，过去一直采用人工每小时到现场抄录每块仪表的运行数据，现场有20多块流量计仪表，年年这样简单重复的工作，不仅造成人力的浪费，还影响员工的工作积极性和企业的形象。改造后每台仪表的数据通过其远传端口由现场的RS485总线，传输到以太网进而上传到WEB服务器。Web服务器发布的画面和数据通过广域网的浏览器可以方便地查看。

图1 自动监测监控系统

3 GPRS-Internet技术的实现

GPRS网络与Internet网络联结起来成为数据传输网络，充分利用已有的公共网络资源，节省了网络建设及维护成本，而且GPRS-Internet按流量收费，正适合于煤层气管路数据的传输，系统选用TCP协议进行数据传输，在用户层采用一定的数据错误检测机制，并在此基础上设计一个监控中心的主站端计算机—远程监控终端通信规约，实现远程监控终端与主站端计算机之间的通信，既保证数据传输降低了系统运营成本，使系统具有一定的实时性、经济性和可靠性。

基于GPRS-Internet的煤层气管路数据远程监控系统由监控中心的主站端计算机和位于煤层气管路现场的多台远程监控终端，通过GPRS-Internet联结组成。主站端计算机通过与Internet联结可以采集各管路流量计的实时运行参数，进行远程监测和信息管理。远程监控终端一般安装于现场的低压配电室或者管路测，现场管路测安装要求防爆；安装的区域要求位于移动通信覆盖的区域范围内。

主站端计算机—远程监控终端通信规约以POLLING为基础，增加远程监控终端主动发送机制。主站端计算机根据需要随时发送命令，远程监控终端接收命令后，执行相应的操作并做出应答，返回煤层气管路当前的运行数据。主站端计算机若在10s内未收到应答，会重发2次进行确认，若仍未收到应答，则认为通信网络故障。

采用GPRS-Internet的通信模式，不需要自行组建网络，节省了网络建设及维护成本，煤层气管路流量计发生故障时还可以通过GPRS-Internet实现自动地向维护人员发送手机短信的功能。

4 GPRS-Internet技术优势分析

基于GPRS-Internet的仪表数据远程采集系统通过GPRS数据终端进行数据传输，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登陆”、“高速传输”等优点。

（1）实时在线：“实时在线”指用户随时与网络保持联系。举个例子，用户访问互联网时，GPRS模块就在无线信道上发送和接收数据，就算没有数据传送，GPRS模块还会一直与网络保持连接，不但可以由用户侧发起数据传输，还可以从网络侧随时启动push类业务，不像普通拨号上网那样断线后必须重新拨号才能再次接入互联网。

（2）按量计费：对于分组交换模式的GPRS，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源。这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。相应于分组交换的技术特点，GPRS用户的计费以通信的数据流量为主要依据，体现了“得到多少、支付多少”的原则。没有数据流量传递时，用户即使挂在网上也是不收费的。1K流量计费3分钱（不同地区可能收费不同），如果一次流量不足1K按1K计算。用户也可以采用包月计费方式。

（3）快捷登录：GPRS模块一开机就能够附着到GPRS网络上，即已经与GPRS网络建立联系，之后就已经完全接入了互联网。而固定拨号方式接入互联网需要拨号、验证用户姓名密码、登录服务器等过程，至少需要15～30s甚至更长的时间。

（4）高速传输：GPRS采用分组交换技术，数据传输速率最高理论值能达171.2Kb／s，此时已经完全可以支持像多媒体图像传输业务这样一些对带宽要求较高的应用业务。

5 结论

通过GPRS-Internet和组态软件的应用与传统煤层气数据人工抄录的对比，充分体现了自动检测监控在管路数据传输上的优越性，它克服了人工数据抄录的众多弊端，保证了系统的高效、实时、可靠的运行，可使现煤层气管路数据监控有质的飞跃。经过1年多的运行，系统通信稳定，运行良好。

[1] 王伟强,董丹华,郭春园.浅谈远程监控系统在农业气象与灌溉中的应用[J].新疆农机化,2017(1):27-30.

[2] 梁磊.基于DSP的远程视频监控系统研究[J].无线互联科技,2016(24):30-31.

[3] 韩斌杰.GPRS原理及其网络优化[M].北京：机械工业出版社，2003.

[4][美]里吉斯.通用分组无线业务（GPRS）技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2004.

[5] 王华忠.监控与数据采集（SCADA）系统及其应用[M].北京：电子工业出版社，2010.