基于VPN无线网络的煤层气远程监测与控制系统

曹斌 汪嫚

摘要：为适应煤层气采集设备的多样性，满足现场监控平台的需要，提出一种利用网络设备DLK-R230工业GPRS路由器VPN功能来实现现场监控显示单元远程监测与控制的系统。分析了系统实现的主要方法及关键技术。现场应用表明，该系统不仅可减免人员在现场的安装调试工作而且为实现工况参数多变的煤层气井数据采集远程监测与控制提供了一种新的方向。

关键词：煤层气；GPRS路由器；VPN

当前，煤层气远程监测系统一般采用的安装方式是监控软件设备厂家根据现场设备安装情况完善自身上位机软件，然后在现场进行软件调试及运行。但煤层气井一般处于交通不便的区域，且现场施工周期不定。因此，如果长期安排软件调试人员在现场造成了一定的资源浪费。为了解决这个问题，本文提出了一种基于VPN无线网络的煤层气远程监测系统。该系统利用VPN搭建煤层气井现场与企业服务器的专有网络，利用该网络能够实现远程上位机程序的修改、调试及程序下载。利用本技术不仅极大的节省了设备调试成本而且缩短了工期。

系统组成及原理

系统的整体结构设计如图1所示，整个结构主要由现场采集显示单元及GPRS路由器组成，本地采集显示单元采用Linux操作系统，监测平台采用Qt框架开发完成，其对现场设备及工况进行实时监控。监控设备与GPRS路由器相连，通过移动基站与企业所在端网络服务器连接。本系统中网络服务器采用阿里云服务器，其具有固定的网络IP。企业开发人员可通过VPN“专属网络”在本地企业网上对现场监控设备进行远程控制。

该系统核心的组件包括本地采集显示单元、GPRS路由器及网络服务器，其中本地采集显示单元负责采集现场数据并在本地显示，设备与GPRS路由器之间采用网线连接，GPRS路由器内嵌有TCP/IP协议栈，通过IPSec VPN技术建立起与企业网络服務器之间的“专属网络”。实现了现场与本地企业之间的及时互通。

系统关键技术

建立私有数据传输通道的传统方式可能是要建立专网所需的点对点物理链路，因此实现新型的煤层气远程监控系统主要需要解决的是网络传输问题。利用现有的比较成熟的VPN传输技术很简捷地实现了端对端的网络通讯。现场监控设备通过RJ45接口与GPSR路由器相连，其网络处于一个网段内互通。GPRS路由器内含SIM接口，插入移动流量卡，通过移动4G网络架构在公用网络服务商所提供的网络平台上传输信息。GPRS路由器能够进行内外网设置，其中内网与采集显示单元组成本地局域网，外网与网络服务器联通。实际工程运用中具体网络布置图如下图2所示：

工程实践

本系统运用于某储气库项目时，现场布置了7台监控设备，每台设备连接至独立的GPRS 路由器。前期设备安装时对系统整个环境进行了部署，后期根据现场实际情况通过网络服务器平台对现场采集显示单元进行了监控软件的定制化开发及重新下装。实践表明，通过VPN网络能够很好的满足对远程设备的相关操作，具有良好的实时性、可靠性及稳定性，能够很好的满足开发的要求。

结论

本文设计了基于VPN无线网络的煤层气远程监控系统，解决了传统的软件运营需要长期现场安装调试及现场维护的弊端。本系统的优势在于，开发人员只需要运用支持VPN通信功能的网络设备即可轻松完成远程专网传输。通过现场运用验证了网络传输的实时性、可靠性及稳定性。该系统具有IPSec VPN技术成熟、成本低、组网简单、使用灵活等优点。利用成熟的VPN技术能够轻松实现远距离的数据传输功能。