天然气管网远程无线数字安全生产监控系统

运城市天然气管网远程无线数字安全生产监控系统

解 决 方 案

太原市亚泰电子集团有限公司

2010年11月

一、 系统概述

1.1、 概述

运城市经纬天然气公司作为一个生产性企业，承担着政府的部分职能。作为一个特殊的行业，是社会公用事业的基础设施。公司担负着全市燃气用户的燃气输配工作及供应任务。多年来，随着企业发展和用户数量的增加，企业安全管理工作难度也在逐年增大。

城市天然气管网犹如城市的\"血脉\"，保障管网的安全运行至关重要。天然气安全输配关系到整个城市的安全，关系到国家财产及市民的生命安全，安全问题已经成了企业发展的头等大事。而要保障天然气供应的安全生产、管网的运行安全，以及有效监测天然气管网的压力、温度、报警、流量等工作，并保证这些数据传输的实时、准确性、

快速性，则成了天然气安全生产中的关键。

运城市经纬天然气公司各调压站零星分布在城区各处，现有安全监测系统，受到地理位置局限，仅对供气储配站的数据进行监控，而对于分散在城区各个地方的调压站未能做到有效监控，造成安全BUG而对所管辖内的行业型用气则一直处于买和卖的关系中，不能真正的作到有效监控及管理，在这样的情况下时常会发生用户欠费、偷气、漏气等情况，给国家及单位带来了不必要的损失。

针对以上情况，运城市经纬煤气化公司现有监测系统已不能满足安全生产、输送的要求。为了保证供气系统的安全运行，我公司特为运城市经纬天然气公司: 设计建立该套“天然气管网远程无线数

字安全生产监控系统”。该套系统的建设，将弥补运城市经纬天然

气公司原有安全监测系统的不足。通过远程集中监控，采用先进的科技段，能够将整个城市天然气的运行情况在集中在监控室中显示，记录，分析，以及实现故障排查等实际有效的功能。 1.2、 运城市经纬天然气公司的用户类型

运城市经纬天然气公司的运营管理分为3个部分：

1． 大型行业型用气单位

包括：医院、学校、政府职能机构、大型餐饮业及各种大型的用气单位。

2． 分布辖区内的所有中型中低压调压站。 3． 辖区内的小型餐饮用气型用户

1.3、 运城市经纬天然气公司的用户现状

1．城区各中低压调压站为室外柜式调压站；目前该站基本上压力表都是模拟表、报警器正在实施安装、流量表大都为智能型小流量表，为此该部分要实现实时回传就必须增加压力变送器（二次仪表接口）、流量表需要增加RS485接口模块。

2．所辖餐饮业进口处流量计、报警信号实时回传; 流量表需要增加RS485接口模块。

二、系统建设策略和设计原则

2.1、系统建设策略

天然气管网远程无线数字监控系统主要涉及上述三种用户

用气安全生产的相关数据。要作好对整个系统的设计和施工，必须对系统的需求和使用情况做一个详细的调研和统计，必须对本次工程要求、未来系统的升级和使用情况进行通盘考虑、整体规划，寻找一个最佳的技术和经济结合点。因此，在本次设计中应注意如下策略：

 根据系统的具体需求选用合适的设备和材料

在系统中，根据用户的实际需要以及未来的使用情况，选择合适的设备和材料进行设计和施工。

 采用先进的技术和高质量的设备和材料

采用当今世界上先进而成熟的技术（软件及硬件技术），具备开放性的环境，科学合理的结构，丰富的产品系列服务；具有良好的可扩展性及兼容性，以及产品售前、售后的服务，便于今后发展的需要，保护用户的前期的投资；使用高质量的设备和材料保证系统的稳定性和可靠性。

 充分细致的用户需求调研和工程勘察

为了使工程更好地和实际情况相符合，要作到充分细致的需求调研和现场仔细的工程勘察，尤其是和企业现有仪器仪表的接口的详细调研，力求作到满足用户需求的同时降低用户系统的投资。

1.2.2 系统设计原则

在本次建设工程中，从系统信息体系建设的全局考虑，将系统建成一个高起点、高标准，易于扩充、升级、管理和使用的系统。为此，

应遵循以下设计原则：

 实用性和先进性

在系统的设计和施工中，首先要考虑的是实用性和易于操作性、易于管理和维护，易于用户掌握和学习使用及灵活的使用。

 开放性和标准化

在总体设计中，应采用开放式体系结构，使系统易于扩充，使相对独立的分系统易于进行组合调整。有适应外界环境变化的能力, 即在外界环境改变时, 系统可以不作修改或仅作小量修改就能在新环境下运行。

 可靠性和安全性

系统安全可靠运行是整个系统建设的基础。鉴于管理信息的重要性，要求系统要有较高的可靠性，各级系统应具有监督和管理能力，要适当考虑关键线路的冗余，能够进行修复、更换和扩容。要确保系统的正确性、保密性，以及为防止异常情况所必须的的保护性设施。

2.2、系统设计依据

«城镇煤气系统安全运行技术规范» CJJ/T88-2000； «分散控制系统工程设计规范» HG094； «安全防范工程技术规范» GB50348-2004； «民用建筑电气设计规范» JGJ/T 16-92； «电气装置的电测量仪表设计规范» GBJ63-90； «计算机机房设计规范» GB50174-93；

«建筑物防雷设计规范» GB50057-94(2000版)；

本系统除依据以上规范及标准外，还结合运城天然气公司现场考察的结果，总结我公司以往的工程经验，吸取国内外众家之长，选用先进而成熟的技术。其设计本着：系统配置合理，性能稳定可靠，功能可扩展以及操作简单便于维护的原则实施。

三、 系统设计 3．1系统参数量

系统主要实现对现场各项物理量的采集及数据打包。现场各项

物理量包括：浓度（以百分比表示）、温度（以摄氏度表示）、、压力（以Mpa或kpa表示）、流量等。通过传感器可直接采集以上相关物理量

3．2系统设置及功能

天然气管网远程无线数字安全生产监控系统分为3个部分：

1) 前端数据采集部分：

在前端数据采集部分中根据运城天然气公司对用户的分类在这里我们也针对性的设计了2套前端数据采集设备：

调压站类数据采集部分配置（按单个调压站计算）：设置天然气报警探测器1台，监测调压柜内环境煤气泄漏情况；设置环境温度传感器1台，监测调压柜内环境温度；设置压力变送器2台，分别监测调压站进、出口煤气管道压力；设置采集监测主机1台，用来采集上述传感器相关数据，并进行分析、计算、处理、打包、发送。

大型行业型用气单位数据采集部分配置设置天然气泄露报警探测器1套，监测餐饮业厨房内环境煤气泄漏情况；设置流量数据采集器1套，检测餐饮业天然气的流量数据并采集上述传感器相关数据，并进行分析、计算、处理、打包、发送。 2) 传输部分：

该系统主由采集主机完成各项物理量采集、数据打包后通过GSM调制解调器通过无线GPRS网络发送数据传输至INTER网 3) 终端显示及数据处理部分：

在天然气公司监控中心设上网服务器1台，该服务器负责链接网络、识别接收无线数据采集终端数据包、分配无线数据采集终端地址、管理各个无线数据采集终端GPRS信息数据；设置数据存储服务器1台，该服务器是整个测控中心的核心，负责总体数据的管理、备份及分发

3．3系统拓扑图：

3．4系统配置 无线数据采集主机 无线数据采集主机 1#加压站设备 n#加压站设备 传感器 传感器 3．4．1硬件要求 A．数据采集PC机采用工业控制计算机； B．控制器采用单片机（C8051系列），其主要作用是对传感器通信进行选择，以防传感器数据冲突； GPRS无线网络 GPRS无线网络 C．传感器为模拟量传感器，由无线采集器采集并完成信号的量化及A/D信号转换。 3．4．2采集器的物理量列表 以一台气柜为例： 采集信号对照表： 序号 查询PC1 监控中心上网服务器器 监控中心数据库服务器 企 业 局 域 网 采集点名称 采集数据 查询PCn 备注

1 2 3 4 5 调压柜煤气进口 调压柜煤气出口 调压柜内上方 调压柜内 餐饮业流量计 天然气入口压力/管网介质温度 煤气出口压力 可燃气体报警超限报警 环境温度 天然气的使用流量 模拟量 模拟量 模拟量 模拟量 数字量 3．5软件设计 3．5．1、概述

通过该系统主要解决以下问题：

 实现各设备参数时实监控  报警诊断和提示管理  自动控制管理  信息存储及打印管理  分部门管理

3．5．2、软件构架

3.5.2.1体系结构

本系统采用基于C/S结构的三层使用体系，通过使用TCP/IP协议和RS232通信协议互换方式作为数据传输中间件，数据存储使用MSSQL2000系统，监控端和管理端作为使用层和中心服务器连接并交互处理数据。

3.5.2.2部署结构

 数据中心服务器

数据中心服务器负责集中对各设备参数进行采集、存储及转发，在该服务器上配有数据库，TCP/IP服务及RS232

接口，为下述多个监控子系统提供数据服务。

 监控中心服务子系统 监控中心负责处理以下功能： （1） 连接中心服务器

（2） 显示中心服务器的采集数据 （3） 报警信息定位 （4） 运行参数设定

（5） 远程调度及控制（保留）  信息管理子系统 信息管理端有以下功能：

（6） 负责数据查看打印、分析等策略。 （7） 用户管理 （8） 权限管理 （9） 基本信息维护

3．5．3软件需求

3.5.3.1系统管理

 用户管理

登记用户基本信息，包括用户姓名、登录名、口令、通信地址、联系电话等。  权限管理

不同用户对系统各模块具有不同的使用权限。

由系统管理员授予每个用户对相应模块的使用权限。登记信息包括用户名、模块名、是否有权限等。  基础信息管理

登记系统中使用的基础数据信息，并对数据进行维护。  系统日志

记录各操作员的系统操作记录。  数据管理

采集各设备流量数据，进行分析存储  监控管理

实时在线监视各流量，并显示，自动接收报警数据并提示工作人员。

领导监视值班人员工作记录及状态。 制定监控计划  报表管理

存储的历史数据可分阶段查询，打印；并可做图表分析策略。

3．5．4软件系统结构图

3.5.4.1数据中心服务器

数据中心服务系统TCP/IP服务RS232接口服务回传机器地址管理数据储存管理网络参数管理报警信息发布采集周期管理接口信息配置管理 3.5.4.2 监控中心服务子系统

监控中心服务系统系统参数设置报警参数设置数据及图表分析监控日志管理

3.5.4.3信息管理子系统

系统管理子系统基础资料管理用户管理权限分配管理数据管理监控管理基础资料输入登记基础资料删除修改数据历史报表查询数据图表分析打印监控中心值班日志监控中心工作状态

3．6系统结构图

大型采集站设备数据中心服务器采集接口交换机…...以太网监控服务中心领导办公室交换机监控子系统1监控子系统2信息管理子系统... 3．7、系统设备参数

3.7.1压力传感器（DP800）

被测介质：液体、气体、蒸汽

测量范围：0-500Pa、0-5KPa、0-60MPa

精度等级：±0.1%、±0.5 长期稳定性：≤0.2%FS(一年) 温度漂移：：≤0.02%/℃FS(0-70℃) 使用温度：-20℃- +85℃ 输出信号：4—20mA

允许过载：额定压力2倍

3.7.2可燃气体报警传感器(RB-TZ点型气体探测器)

特点：

■可检测多种气体■采用进口元件、性能稳定■精度高、反应速度快■4-20mA或RS-485标准信号输出或接点输出■功耗低、性能可靠■抗干扰能力强

主要技术指标：

检测对象： 燃气、毒气及可燃蒸汽 防爆等级:EXdⅡ CT6 检测范围： 0~100%LEL或0~2000ppm 输出信号：DC24V 基本误差： ≤±5%F.S 取样方式 ：扩散式 防爆型式 ：隔爆型 额定电压：DC24V 功耗：≤1.5W 工作环境：温度：-40℃~70℃

湿度： ≤93%R.H 3.7.3环境温度传感器(YT-WD001)

■采用进口元件、性能稳定■精度高、反应速度快■4-20mA标准信号输出或接点输出■功耗低、性能可靠■抗干扰能力强

温度范围：-50℃ - +80℃

3.7.4无线采集主机（YTWDP-2）

1、 信号转换装置把传感器的输出信号进行相应的转换，转换成核心处理器能识别和采集的信号，供核心处理器进行处理。

2、 核心处理器是该系统的核心设备，采用高性能MCU，一方面它要对传感器的信号进行采集、量化、编码、打包，另一方面将相关数据处理后，负责和数据接口设备进行通信，将相关数据包通过数据接口设备将数据发送出去。还有，将前端计算机发出的指令解包、处理，转换为相关数据去控制相关设备的运行。

3、 数据接口设备，负责数据的接口通讯，根据现场的实际情况，该接口设备可灵活选择，如可选internet网络接口设备，也可选择光网接口设备等。

四、系统施工组织设计

4.1、施工工期及范围

本施工组织设计按工程全部竣工的施工工期考虑编制的，其施工项目范围为运城天然气公司城区各点调压站数据监测、各大流量用气户（包括大型餐饮、医院、中学等）。施工组织设计总工期按合同约定（施工开始日期以甲方开工令为准）。

本设计中所考虑安排的施工总进度计划将以甲方要求的工程总进度、以及甲方有关的工程（主要是室内工程）总进度为依据进行设计，便于及时地指导工程施工进度。

4.2、备注说明

本计划因限于各种可能潜在因素的影响，在考虑安排选择施工方案和方法，施工程序、工艺流程、工期计划、质量技术、安全保证措施以及未尽事项等方面难免有遗漏、谬误之处，有待以后予以详细地修正、补充、完善，使其成为本工程施工中必须的指导性文件。

4.3、施工过程对甲方配合要求

由于煤气管道属于危险环境特种作业，为了保证施工安全施工现场煤气管道管件安装需煤气公司专业人员进行作业，具体接口尺寸由双方协商而定。

调压站各点所需GSM数据卡需甲方办理及缴费。

上网服务器所需“花生壳”软件，年费由甲方缴纳，我公司协助联系。

施工现场分散在城区各处，在整个施工工程中，存在着和各施工

地点单位的不可预见的协调关系，也存在着一些不可抗的因素。必要时都需要甲方照实际情况进行各方面的协调工作。

在无线远程燃气安全生产系统安装之前，首先要解决的是压力变送器的安装、流量表的改造（增加RS485接口模块），各点数据采集处理终端的供电，MSG卡（30Mb）的办理。

4.4、总体施工方案

本次系统建设分为各调压站（大型用气户）施工，机房部分施工。

4.4.1调压站工程

搭建各调压站系统，作为本工程的基础工程，也是本工程的重点工序之一。按照施工设计方案的规范要求，对系统管道和线缆进行辅设，并保证线缆的通路。

1）布线前的准备工作

需准备的工具及附件：

系统接线图及分配表、系统室内施工图、万用表、剥线钳、改锥、电工刀、绝缘胶布、透明胶、标签、玻璃胶、电钻、铁锤。

2）现场布线施工

根据招标方案及合同要求，我单位首先进行穿线管道及设备的安装施工。我单位将根据现场实际情况，设计整体系统设备布局。做到安全、美观。

3）线路的检测

按线缆编号顺序，将信号电缆的出线盒端芯线短路连接，用万用表的欧姆档，两两组合测试线缆的通断状况、确定编号是否

正确。

按上述方法逐一检查所有信号电缆，保证线路完好。 4）线路完工确认

布线工程师根据以上操作步骤，逐一检查施工项目，确认无误后，在线路完工确认处签字，同时记录下完工日期。 5）设备的安装

设备的安装以设备产品提供商提供的施工规范为准，具体安装位置及方法，应由工程师按系统施工图纸指导实施。以保证该设备能正常、有效地工作。 5）设备调试

在各系统线缆辅设及设备安装完成后，进行设备调试工作。根据施工前技术交底工作，进行系统统调工作。以保证设备的可运行性；保证工程进度和工程质量，按期完成施工进度。

4.4.2机房系统施工

由于原有机房已经建成，系统施工时因重点做好原有系统及机房环境的保护工作。

机房施工首先进行的是设备安装，在设备安装完成后，进行软件安装，最后进行系统调试及系统试运行。

五、系统实施方式

根据运城天然气公司的具体情况，我公司对上述工程已分步、分

项的方式来完成施工。我们把整个工程分为三期来实施；首先先对大

型用气单位进行施工，其次对中型的中低压调压站进行施工最后对小型用户进行改造。