有毒有害气体生产过程的无线监测系统的设计

皇家伟 高新明 朱玉奇

摘 要：先进的生产过程监测系统，对于有毒有害气体如燃气运营的正常进行非常重要。一个自动化程度高、功能完善的监测系统，可以极大地提高生产过程的安全、工作效率，保证了伴有有毒有害气体产生的生产过程能安全、可靠地运行。

关键词：有毒有害;生产过程;无线监测

基金项目：此文为2019年科技兴趣小组项目——“有毒有害气体生产过程的无线监测系统的设计”的研究成果。

1 前言

先进的监控系统，对于生产的正常进行非常重要，尤其在生产过程中伴有有毒有害气体。一个自动化程度高，功能完善的监测系统可以极大地提高生产过程的安全，保证了工作效率，使得有毒有害气体参与的危险生产过程能安全、可靠地运行。

通过现场监控终端（DTU、RTU）和GSM/GPRS网络，可对各地多个加气站、储配站、调压站以及计量点进行组网，实现远距离实时集中控制管理，能够实现对管网压力、流量以及环境参数、动力环境进行远程无线实时监测、控制、报警、故障诊断和排除的功能。监控系统贴合气站实际情况，无论其实用性、可靠性、技术先进性、经济性等方面都有许多创新。调度管理中心和工作、维护人员利用“有毒有害气体GPRS远程监测系统”提供的远程无线监测、控制、报警、报表、打印等功能，可实现对气站的全面监控、管理。

目前，杭州优稳自动化系统有限公司UW500系统在无线远程监控系统项目中应用广泛。

2 系统设计方案

2.1 方案概述

GPRS是基于IP地址的数据分组通信网络，监控中心计算机主机配置固定的IP地址，各个站点的GPRS终端和计算机主机进行通信和数据传输。

各监测点使用GPRS透明数据传输终端，通过移动的GPRS网络与监控中心相连。各数据采集点使用移动通信公司统一的SIM卡，同时监控中心对各点进行登记，保存相关资料以便识别和维护处理。各信息采集点运行监控系统软件，支持24小时实时在线，实现信息采集点24小时传送采集的信息数据。

2.2 控制方案

1）本系统一共包括三个分站、1个调度中心，分别在四个不同地（相距20公里以上）;

2）每个分站从第三方MOX RTU通过标准的以太网口，Modubus TCP/IP协议采集数据，在其本地工作站上做数据监视，并通过GPRS把数据远程发送到安控中心;

3）每个分站的数据通过GPRS DTU设备，借助移动APN专网（网络设备由甲方提供），与调度中心软件通讯，并在其上显示三个分站的数据;

4）调度中心软件还需要负责和另外一个压力数据采集系统、一个流量数据采集系统的数据进行对接，通讯协议为Modubus TCP/IP协议，我方需要采集压力数据采集系统、流量数据采集系统的数据，在我方软件上进行显示、报表等;

5）三个分站和调度中心的数据监视均采用UWnTek控制工程应用软件平台。

2.3 软件要求

1）中心软件要求：（1）主管网图及三个分站的实时工艺流程图画面，主管网图应显示主要站点流量压力参数，实时工艺流程图应显示主要工艺设备，参数应在图中相应位置实时显示;（2）报警及事件的管理和记录;（3）报表及打印;（4）软件的发布。

2）分站软件要求：（1）分站的实时工艺流程图画面，工艺流程图应显示主要工艺设备，参数应在图中相应位置实时显示;（2）分站所有数据表显示，并可显示趋势曲线图;（3）报警及事件的管理和记录;（4）报表及打印。

3 无线监测控制系统设计

3.1 UW500系统概述

依托浙江大学综合性学科优势，吸收浙江大学控制工程实验室、浙江大学工业自动化国家工程研究中心、浙江大学工业控制技术国家重点实验室、浙江大学工业控制技术研究所数十年的科研成果，结合自身长期的科研攻关与技术创新积累及其丰富的工程应用经验，经过创新突破、持续改進、历经考核，形成了优质稳定、先进实用、友好开放的新一代主控系统——UW500（UWinPAS500）集散控制系统。已广泛应用于化工、制药、炼油、石化、钢铁、能源、建材、轻工、造纸、环保等行业。具有可靠性高、系统开放、功能强大、维护简便的特点。

3.2 控制系统网络配置

本系统既可通过监控中心计算机对调压站远程控制，也可通过移动终端设备对现场仪表进行数据读取，使用GPRS网络进行无线数据传输，使生产管理人员掌握有毒有害气体的生产过程的压力、流量变化，并及时进行处置，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个数据采集点的数据，因此可以满足有毒有害气体的无线远程监控系统对数据采集和传输突发性数据的需要。

该监控系统的硬件由压力变送器、GPRS DTU、Internet网络和管理中心计算机组成。位于不同的调压站现场，对有毒有害气体的压力、流量实时监测;压力、流量信号通过RS232接口直接连接GPRS DTU模块实现无线透明传输，这样现场压力、流量信号通过INTENET网络实时传送到监控中心数据库。在生产现场的有线仪表，如流量计、液位仪、变送器、调节阀等仪表，可通过加装无线电流电压转换器，无线传输4-20mA电流信号及电压信号，实现无线测控，实时监测各测量点的压力、电流等数据以及现场的调节阀和开关输出控制。

系统的软件主要有：数据采集模块与数据分析模块组成。数据采集模块进行数据的采集，将获取的压力、流量信号，经RS232接口发送给GPRS无线数传模块，通过INTNET传送到监控中心计算机。GPRS采用分组交换技术，可以同时占用多个无线信道，同一个无线信道又可以由多个用户共享，从而实现了高速率数据传输。由于GPRS具有全双工运作，间隙收发，永远在线，只在收发数据才占用系统资源，使得GPRS通讯模块开机能自动附着到GPRS网络上，并与监控中心建立通信链路，随时收发现场采集到的压力、流量等数据。

整个监控系统由中心上位机系统和下位机系统两部分组成。上位机系统包括数据采集与处理服务器、工作站和数据库。其中，数据采集与处理服务器主要负责与通讯前置机之间进行数据交换，与移动公司联网获得数据;中心计算机运行后台监测分析软件，负责数据的采集分析与报表等功能;数据库服务器用来存储和管理整个系统的过程数据库;工作站的任务是提供—个良好的人机界面供词度员进行监视和控制。下位机系统由DTU单元组成。整个监控中心拥有固定的IP地址，要和每一个有毒有害气体生产过程监控的调压站数据采集点保持实时的数据连接，GPRS模块登陆GSM网络后，自动连接到监控中心，向监控中心报告其IP地址，并保持和维护链路的连接，GPRS模块监测链路的连接情况，一旦发生异常，GPRS模块自动重新建立链路，监控中心和GPRS模块DTU之间就可以通过IP地址用TCP/IP协议进行双向通信，实现可靠的数据传输。

4 结束语

通过对有毒有害气体生产过程无线监测系统的设计与研究，实现了对危险性较大的生产过程数据采集以及分析的功能，这对生产过程管理具有重要意义。

作者简介

皇家伟（1999-），男，汉族，江苏省淮安市人，本院2018级工业过程自动化专业1822班专科在读，研究方向：工业过程自动化。

高新明（2000-），男，汉族，江苏省徐州市人，本院2018级工业过程自动化专业1822班专科在读，研究方向：工业过程自动化。

朱玉奇（1982-），女，汉族，江苏省南京市人，硕士研究生，本院电气与控制学院教师，研究方向：自动检测与控制技术。