王小軍　曲柏達(dá)　張金權(quán)

摘要：GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù) GPRS可以提供高速Web流覽，這是面向分布的服務(wù)而不是集中控制分散采集的集散系統(tǒng)模式。本文對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)SCADA數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)募⑾到y(tǒng)模式的可行性進(jìn)行了論述，并對(duì)需要解決的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)提出了處理意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)?nbsp; 管網(wǎng)  數(shù)據(jù)   傳輸

一、 引言

    隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，城市燃?xì)饧捌渑涮自O(shè)施的建設(shè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。為了保證城市燃?xì)庀到y(tǒng)的安全性及經(jīng)濟(jì)性，部分城市燃?xì)夤芫W(wǎng)采用光纖通信、微波通信、專線接入、衛(wèi)星通信等幾種方式對(duì)SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition）數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)傳，實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制。但是，由于建設(shè)成本較高，工程建設(shè)受到地形地貌、城市建筑和無(wú)線頻率的限制，日常維護(hù)工作繁雜，所以大大增加了燃?xì)夤芫W(wǎng)的運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)還存在著通信資源的浪費(fèi)。
    目前，我國(guó)所有城市市區(qū)都被移動(dòng)公網(wǎng)無(wú)縫覆蓋，若能利用國(guó)家公共移動(dòng)通信網(wǎng)為城市燃?xì)釹CADA系統(tǒng)提供無(wú)線傳輸通道，則不需要在傳輸線路上進(jìn)行投資，節(jié)省建設(shè)費(fèi)用，也可避開(kāi)地形地貌、城市建筑、城市交通等地理環(huán)境的干擾，經(jīng)濟(jì)、靈活，因而具有廣闊的市場(chǎng)前景。

二、 發(fā)展現(xiàn)狀

    在輸氣管道控制方面，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了研究，但目前均采用建設(shè)成本較高和建設(shè)難度大的光纖通信、衛(wèi)星通信和微波通信等方式作為通信信道。利用國(guó)家公共移動(dòng)通信網(wǎng)的資源為城市燃?xì)釹CADA數(shù)據(jù)提供無(wú)線通道的相關(guān)技術(shù)，國(guó)內(nèi)外均未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。 經(jīng)過(guò)科技文獻(xiàn)查新檢索，也未發(fā)現(xiàn)此類專利或文獻(xiàn)。

    目前，無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)還沒(méi)有給SCADA系統(tǒng)提供通信接口，SCADA系統(tǒng)的控制單元（RTU）的遠(yuǎn)程通訊鏈路也只提供了常規(guī)的VHF/UHF的DFMRADIO、集群RADIO、專線（光纖、DDN）、模擬微波和數(shù)字微波通信接口，并沒(méi)有提供無(wú)線公共移動(dòng)數(shù)字網(wǎng)的通信接口，因此，要實(shí)現(xiàn)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)SCADA數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，必須解決相關(guān)的接口問(wèn)題。

    研制GSM/GPRS 石油天然氣管道測(cè)量參數(shù)傳送設(shè)備是很有意義的。GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，是在GSM移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其帶寬和通過(guò)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的無(wú)縫連接，GPRS可以提供高速Web流覽，這是面向分布的服務(wù)而不是集中控制分散采集的集散系統(tǒng)模式。中國(guó)石油通信公司已經(jīng)研制了GPRS（30K―100K）通信控制模塊，中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)提供的技術(shù)對(duì)接關(guān)系（保密的底層協(xié)議）是研制GPRS通信控制模塊的技術(shù)基礎(chǔ)。中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)提供的技術(shù)對(duì)接關(guān)系（保密的底層協(xié)議）的GPRS通信控制監(jiān)控基站，這是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特定設(shè)備。

三、 無(wú)線解決方案

    城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)是一個(gè)綜合設(shè)施，主要由天然氣輸配管網(wǎng)、儲(chǔ)配站、調(diào)壓計(jì)量站、控制設(shè)施和運(yùn)行管理等部分組成。城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的通信傳輸與監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)主要完成控制和運(yùn)行管理操作部分的功能。

1、 系統(tǒng)組成

    基于無(wú)線傳輸?shù)某鞘腥細(xì)廨斉涔芫W(wǎng)系統(tǒng)如圖一所示。城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的通信傳輸與監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)I/O控制設(shè)備、通信傳輸設(shè)備和中心站設(shè)備三部分組成。現(xiàn)場(chǎng)I/O控制及通信傳輸設(shè)備由遠(yuǎn)端收發(fā)處理裝置、移動(dòng)通信直放站（移動(dòng)通信方式）、城市公共通信網(wǎng)和中心端收發(fā)裝置組成；中心站系統(tǒng)由中心站設(shè)備、網(wǎng)管系統(tǒng)、CRT和操作控制臺(tái)組成。

圖1系統(tǒng)組成

2、工作原理
   

    在城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的儲(chǔ)配站和調(diào)壓計(jì)量站等節(jié)點(diǎn)中加入遠(yuǎn)端收發(fā)處理裝置，遠(yuǎn)端收發(fā)處理裝置的標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)量器、調(diào)壓器和氣質(zhì)檢測(cè)儀表的控制接口相連，用于監(jiān)測(cè)和控制流量、壓力和氣質(zhì)等參數(shù)。中心端收發(fā)處理裝置通過(guò)城市公共通信網(wǎng)與遠(yuǎn)端收發(fā)處理裝置建立通信通道，把遠(yuǎn)端的參數(shù)發(fā)送到中心站，同時(shí)中心站把控制信號(hào)發(fā)送到遠(yuǎn)端裝置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)、分析、輸出和現(xiàn)場(chǎng)控制。  

3、需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

    在GSM網(wǎng)絡(luò)中加入服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)就可改造成30Kb/s的寬帶網(wǎng)。GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)，是在GSM移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高速移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)可實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無(wú)縫連接。因此，中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)提供的技術(shù)對(duì)接關(guān)系（保密的底層協(xié)議）是相關(guān)開(kāi)發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)。以下兩項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)是城市燃?xì)夤芫W(wǎng)SCADA數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)年P(guān)鍵：

（1）基于GSM/GPRS公共移動(dòng)數(shù)字電信網(wǎng)的石油天然氣管道運(yùn)行參數(shù)接口單元

    參數(shù)接口單元裝置如圖二所示。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

    節(jié)點(diǎn)測(cè)量參數(shù)通過(guò)RTU以RS232方式接收數(shù)據(jù)，并兩次拆分?jǐn)?shù)據(jù)，以分組報(bào)文編碼形式，打包成符合移動(dòng)通訊方式傳送。

    檢測(cè)基站是否已接收到信息，并作相應(yīng)處理。當(dāng)基站沒(méi)有接收到該信息時(shí)，設(shè)備自主從內(nèi)部存儲(chǔ)器調(diào)出數(shù)據(jù)，采用再發(fā)送方式。

    提供相應(yīng)的數(shù)字可靠性的設(shè)計(jì)方案。對(duì)數(shù)據(jù)的接收發(fā)送分別由各自的控制器完成，主控制器和相應(yīng)支持軟件協(xié)調(diào)完成整個(gè)系統(tǒng)的工作。數(shù)據(jù)比較模塊是通過(guò)傳送的兩次數(shù)據(jù)進(jìn)行比較作相應(yīng)處理。

    設(shè)有可編程與顯示接口，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，預(yù)設(shè)發(fā)送閾值、發(fā)送模式，實(shí)現(xiàn)以下功能：
    ① 上位命令再發(fā)送數(shù)據(jù)；
    ② 定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)；
    ③ 事件發(fā)送數(shù)據(jù)。

（2） 基于GSM/GPRS公共移動(dòng)數(shù)字電信網(wǎng)的傳輸基站接口單元

    傳輸基站接口單元裝置如圖三所示。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

    基站通過(guò)GSM/GPRS網(wǎng)接收節(jié)點(diǎn)測(cè)量參數(shù)，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分組報(bào)文解碼，并兩次進(jìn)行拆分?jǐn)?shù)據(jù)的逆運(yùn)算（數(shù)據(jù)整合）。

    檢測(cè)基站已接收信息的完整性，作相應(yīng)處理。當(dāng)基站接收到的信息判斷不完整時(shí)，主動(dòng)發(fā)送再傳送命令。

    系統(tǒng)提供相應(yīng)的數(shù)字的可靠性的設(shè)計(jì)方案。

    設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄、查詢、檢索相關(guān)石油天然氣管道輸運(yùn)參數(shù)數(shù)據(jù)及相關(guān)傳送數(shù)據(jù)。

    在以上兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)解決的基礎(chǔ)上，通過(guò)開(kāi)發(fā)基于GSM/GPRS/CDMA等移動(dòng)通信技術(shù)的具有無(wú)線通信收發(fā)控制模塊和RTU功能的遠(yuǎn)端收發(fā)處理裝置、基于PSTN技術(shù)的具有有線通信收發(fā)控制模塊和RTU功能的遠(yuǎn)端收發(fā)處理裝置、中心站的收發(fā)處理裝置、基于GSM/GPRS/CDMA等移動(dòng)通信技術(shù)的直放站及應(yīng)用軟件，開(kāi)發(fā)GSM/GPRS通信監(jiān)控基站、 GPRS直放站。中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)提供的技術(shù)對(duì)接關(guān)系（保密的底層協(xié)議）是研制GSM/GPRS通信控制模塊的技術(shù)基礎(chǔ)。中油管道電力通信工程公司已和中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)就接入技術(shù)初步達(dá)成協(xié)議。

四、 結(jié)論

    從以上分析可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)與無(wú)線通信服務(wù)商合作，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，完全可以解決城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)RTU設(shè)備與控制中心站之間的SCADA數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸問(wèn)題。同時(shí)，伴隨者相關(guān)技術(shù)協(xié)議及通信接口的實(shí)現(xiàn)，這種傳輸系統(tǒng)還可推廣應(yīng)用到城市交通信號(hào)燈控制、智能小區(qū)、家庭抄表和自動(dòng)售貨等系統(tǒng)中，二次開(kāi)發(fā)的前景廣闊。目前，中油管道電力通信工程公司已和中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)就接入技術(shù)協(xié)議的研發(fā)初步達(dá)成協(xié)議。