專利名稱：城市天然氣管網(wǎng)檢測與控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息在輸入/輸出設(shè)備之間傳送的技術(shù)，屬于數(shù)字無線傳送系統(tǒng)領(lǐng)域。具體地說涉及一種城市天然氣管網(wǎng)運行的監(jiān)控系統(tǒng)。
名詞解釋城市天然氣管網(wǎng)包括連接天然氣主干管道的天然氣支線管道和城市轄區(qū)內(nèi)的天然氣輸配管網(wǎng)、天然氣儲配站、調(diào)壓計量站組成。
城市天然氣管網(wǎng)其監(jiān)控平臺的數(shù)字載體為公共數(shù)字移動通信網(wǎng)，公共數(shù)字移動通信網(wǎng)包括GSM(global system for mobile communication)全球移動通信系統(tǒng)/GPRS(general packet radio service)通用分組無線業(yè)務(wù)和CDMA(code division multiple access)碼分多址無線業(yè)務(wù)。
城市天然氣管網(wǎng)檢測與控制系統(tǒng)包括(1)SCADA(supervisor controland data acquisition)監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡稱SCADA中心站或SCADA主站。(2)RTU(remote terminal unit)監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠程控制單元。
上述系統(tǒng)亦稱城市天然氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)或城市天然氣管網(wǎng)檢測與控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著中國經(jīng)濟實力的增長和人民生活水平的提高，人們對能源的需求迅速增長，環(huán)境的污染也在隨之加劇，中國城市的空氣污染尤為嚴重。西部大開發(fā)的標志性工程西氣東輸工程的建成必將促進城市天然氣輸配系統(tǒng)工程大量上馬，中國大部分城市將用上被人們稱之為綠色能源的天然氣，天然氣的利用強緩解城市環(huán)境污染的壓力。一方面，天然氣是一種易燃易爆的氣體，天然氣儲存和輸送的安全要求非常高；另一方面，城市天然氣的計量和統(tǒng)計也非常煩瑣；為確保城市天然氣管網(wǎng)安全高效地運行，有效的監(jiān)測監(jiān)控手段是非常必要的。我國城市天然氣的利用起步比較晚，全國城市天然氣氣化率還不到5％，發(fā)展空間還很大。另外，據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)城市天然氣輸配系統(tǒng)仍在采用比較原始的控制方式(人為巡檢和自力閥控制)，這種被動控制方式不利于應(yīng)對突發(fā)事故和漏氣偷氣現(xiàn)象。城市天然氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的研制也正迎合了這種需求。
在天然氣管道控制方面，國內(nèi)外都大力開展有關(guān)研究，但目前均采用受地形地貌、城市建筑、城市交通、無線頻率限制和建設(shè)成本較高、建設(shè)難度大、維護運行費用高的光纖通信、衛(wèi)星通信和自建微波站等方式作為自動化系統(tǒng)通信傳輸?shù)耐ㄐ磐ǖ?，并且，這些方式主要運用在輸氣干線管道上，也很難運用到城市天然氣管網(wǎng)中。另外，在公共數(shù)字移動通信網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)也是近年來才發(fā)展起來的新技術(shù)，國內(nèi)外還沒有把它應(yīng)用到城市天然氣管網(wǎng)控制上來，國內(nèi)外也均未有報導(dǎo)。經(jīng)過科技文獻查新檢索，國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)與此相同的專利或文獻報道。
城市天然氣管網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)，即監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其主要結(jié)構(gòu)包括控制與傳送單元RTU、通訊網(wǎng)絡(luò)及控制中心(稱SCADA主站)。同時注意到RTU系統(tǒng)與控制中心稱之為SCADA主站的遠程通訊鏈路只提供了常規(guī)的有線、無線、模擬和數(shù)字通信接口，沒有提供公共移動數(shù)字網(wǎng)的通信接口和系統(tǒng)，而利用移動通信網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，不需要自建通信系統(tǒng)，這樣可以大大降低工程成本和縮短工期，更不需要投入人力物力進行運營維護。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利目的是提供一種城市天然氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng).，為上述RTU提供公共數(shù)字移動通信網(wǎng)的通信收發(fā)接口和控制系統(tǒng)和SCADA控制中心主站的通信收發(fā)接口和控制系統(tǒng)，以此形成新的利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)傳輸城市天然氣管網(wǎng)測量參數(shù)的傳遞和控制的系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)路線本發(fā)明是利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)，研制城市天然氣管網(wǎng)中的檢測節(jié)點測量參數(shù)和控制信號的無線通信傳輸通道和控制系統(tǒng)，即城市天然氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的RTU和SCADA控制中心主站的公共數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)無線傳輸?shù)慕涌诤涂刂葡到y(tǒng)，實現(xiàn)以公共數(shù)字移動通信網(wǎng)的天然氣城市網(wǎng)管無線傳輸通道和控制系統(tǒng)。
采用公共數(shù)字移動通信技術(shù)實現(xiàn)對城市管道網(wǎng)測量參數(shù)和控制信號的傳輸和控制，特別是適用于在公共數(shù)字移動通信覆蓋區(qū)域內(nèi)的城市天然氣管網(wǎng)監(jiān)測節(jié)點運行參數(shù)和控制信號的傳輸，并具有很高的數(shù)據(jù)傳輸安全性，經(jīng)濟性。我國已建立了公共數(shù)字移動網(wǎng)，用戶已達2億多。移動通信系統(tǒng)成熟，網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定，通信傳輸安全，覆蓋范圍大，這給我們研究的課題提供了安全可靠的通信開發(fā)基礎(chǔ)。城市天然氣管網(wǎng)利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)參數(shù)和控制，本發(fā)明具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院偷土慕ㄔO(shè)、運營和維護費用。對于城市天然氣管網(wǎng)完全可以進行可靠通信與控制。
城市天然氣管網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)，即監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其主要結(jié)構(gòu)包括控制與傳送單元RTU、通訊網(wǎng)絡(luò)及控制中心(稱SCADA主站)。目前的RTU系統(tǒng)與控制中心稱之為SCADA主站的遠程通訊鏈路只提供了常規(guī)的有線、無線、模擬和數(shù)字通信接口，沒有提供公共移動數(shù)字網(wǎng)的通信接口和系統(tǒng)。本發(fā)明是解決集中控制，分散采集的集散系統(tǒng)模式的RTU這些通信接口和控制和SCADA控制中心主站的接口的技術(shù)和控制問題，也就是RTU在公共數(shù)字移動通信網(wǎng)的通信收發(fā)接口和控制和SCADA控制中心主站的通信收發(fā)接口和控制系統(tǒng)，以此形成新的利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)傳輸城市天然氣管網(wǎng)測量參數(shù)的傳遞系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，以及整個系統(tǒng)的操作方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的城市天然氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)，其特征在于它包括有城市天然氣管網(wǎng)的調(diào)壓計量站和儲配站等關(guān)鍵節(jié)點C上設(shè)置檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收控制單元A；檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收控制單元A連接公共數(shù)字移動通信數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)器E，公共數(shù)字移動通信數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)器E通過SGM/GPRS公共移動數(shù)字通信網(wǎng)D連接SCADA監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主站的接收數(shù)據(jù)與發(fā)送控制單元B，SCADA主站接收數(shù)據(jù)與發(fā)送控制單元B連接SCADA監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主站F；SCADA監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主站F連接個人化信息接收器G；在該系統(tǒng)中，D和E是利用現(xiàn)有的通訊技術(shù)設(shè)施和通訊模式；其中A為檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收控制單元，結(jié)構(gòu)為RTU監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠程控制單元的輸出與輸入接口101分別連接接受RTU傳來的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)控制器201、202、203、204、205；RTU監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠程比例控制閥門單元和開關(guān)的輸入接口101-1還連接RTU接受命令的轉(zhuǎn)發(fā)控制器206；101還連接公共數(shù)字移動通信發(fā)/接主控制器301；數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)控制器201、202、203、204、205連接公共數(shù)字移動通信發(fā)/接主控制器301；RTU接受命令的轉(zhuǎn)發(fā)控制器206連接命令鑒別控制器302，公共數(shù)字移動通信發(fā)/接主控制器301連接命令鑒別控制器302；公共數(shù)字移動通信發(fā)/接主控制器301連接公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊401，公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊401連接帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線402；B為SCADA監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主站接收數(shù)據(jù)與發(fā)送單元，結(jié)構(gòu)為SCADA控制中心控制主站的輸出與輸入接口100連接公共數(shù)字移動通信發(fā)/接數(shù)據(jù)和命令的主控單元501、公共數(shù)字移動通信發(fā)/接數(shù)據(jù)和命令的主控單元501串行連接公共數(shù)字移動通信發(fā)/接陣列轉(zhuǎn)發(fā)控制器601，公共數(shù)字移動通信發(fā)/接陣列轉(zhuǎn)發(fā)控制器601并聯(lián)連接數(shù)據(jù)公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊陣列701、702、703、704，數(shù)據(jù)公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊陣列701、702、703、704分別連接帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線801、802、803、804；公共數(shù)字移動通信發(fā)/接數(shù)據(jù)和命令的主控單元501連接負責(zé)命令的發(fā)/接的命令公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊70c，命令公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊70c連接帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線80c、公共數(shù)字移動通信發(fā)/接數(shù)據(jù)和命令的主控單元501連接負責(zé)突發(fā)事件的信息發(fā)/接的控制中心主站向個人—區(qū)域管道主管負責(zé)人公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊70p，公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊70p連接帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線80p。
本發(fā)明的系統(tǒng)的操作方法包括以下部分(1)C(城市天然氣管網(wǎng))運行正常情況下，A(檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收單元)按規(guī)定的時間，A向B發(fā)送城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)中的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、壓力和流量，具體動作是A該接口以201、202、203、204、205接受RTU傳來的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給301，同時301的串口也接受RTU傳來的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的串行數(shù)據(jù)，對這兩組數(shù)據(jù)進行比較，為真，301發(fā)給302備查，這樣，監(jiān)測節(jié)點測量參數(shù)通過數(shù)據(jù)對比，以分組報文編碼形式，打包成符合移動通訊方式傳送。通過401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和402為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線向B發(fā)送。A然后檢測是否由B是否已接收的信息，作相應(yīng)處理。當(dāng)B沒有接收到該信息時，設(shè)備自主從302內(nèi)部存儲器調(diào)出數(shù)據(jù)采取再發(fā)送方式給B。
(2)在C(城市天然氣管網(wǎng))運行正常情況下，A(檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收單元)接收B(SCADA主站接收數(shù)據(jù)與發(fā)送單元)的輪詢命令，具體動作是301具有判斷巡檢功能，命令為真，則A向B發(fā)送石城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)中的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、壓力和流量，具體動作是A以201、202、203、204、205接受RTU傳來的溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給301，同時301的串口也接受RTU傳來的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的串行數(shù)據(jù)，對這兩組數(shù)據(jù)進行比較，為真，301發(fā)給302備查。這樣，監(jiān)測節(jié)點測量參數(shù)通過數(shù)據(jù)對比，以分組報文編碼形式，打包成符合移動通訊方式傳送。通過401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和402為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線向B發(fā)送。A然后檢測是否由B是否已接收的信息，作相應(yīng)處理。當(dāng)控制中心主站沒有接收到該信息時，設(shè)備自主從302內(nèi)部存儲器調(diào)出數(shù)據(jù)采取再發(fā)送方式給B。
(3)C(城市天然氣管網(wǎng))的某一個檢測點運行非正常情況下，由于A的301存有氣質(zhì)、溫度、流量、壓力的警戒數(shù)據(jù)，對每次采集傳送的數(shù)據(jù)進行比較，發(fā)現(xiàn)警戒數(shù)據(jù)則主動采取事件突發(fā)發(fā)送方式，具體動作是A以201、202、203、204、205接受RTU傳來的非正常的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給301，同時301的串口也接受RTU傳來的非正常的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的串行數(shù)據(jù)，對這兩組數(shù)據(jù)進行比較，為真，301發(fā)給302備查，這樣，監(jiān)測節(jié)點測量參數(shù)通過數(shù)據(jù)對比，以分組報文編碼形式，打包成符合移動通訊方式緊急傳送，通過401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和402為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線向B緊急發(fā)送。A然后檢測是否由控制中心主站是否已接收的信息，作相應(yīng)處理。當(dāng)B沒有接收到該信息時，A設(shè)備自主從302內(nèi)部存儲器調(diào)出數(shù)據(jù)采取再緊急發(fā)送方式給B。
(4)通過801、802、803、804、80c、80p為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線，701、702、703、704以陣列方式接受各個檢測多點RTU通過A傳來的氣質(zhì)、溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)，因701、702、703、704是陣列方式，在601的控制和協(xié)調(diào)下，不會發(fā)生數(shù)據(jù)堵塞，同時601通過公共數(shù)字移動通信網(wǎng)方式接收監(jiān)測點測量參數(shù)數(shù)據(jù)，對其數(shù)據(jù)進行分組報文解碼，并進行拆分數(shù)據(jù)的逆運算(數(shù)據(jù)整合)后，傳送給501，501檢測是否由F控制中心主站已接收到信息的完整性，并作相應(yīng)處理。當(dāng)F控制中心主站接收到該信息判斷不完整時，B主動發(fā)送再傳送命令?？梢詫崿F(xiàn)①命令檢測節(jié)點再接收數(shù)據(jù)。②定時命令檢測節(jié)點接收數(shù)據(jù)。③事件接收數(shù)據(jù)。同時501不僅通過70c、80c專門通道命令指定的監(jiān)測點重新再發(fā)送數(shù)據(jù)，而且501還可通過70c、80c專門通道來接收和監(jiān)視重新再發(fā)送數(shù)據(jù)的命令是否到達，保證重發(fā)命令的安全和可靠。
(5)SCADA控制中心主站F依據(jù)傳遞的數(shù)據(jù)下達的正?；蚍钦Ｇ闆r的處理命令，則通過501、70c、80c專門通道傳送，保證命令的安全和可靠。A接到控制中心主站B發(fā)來的命令，通過402帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線和401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊發(fā)送給301，通過301發(fā)給302，302根據(jù)發(fā)來的命令和301采集的數(shù)據(jù)進行比較后，通過206發(fā)送給RTU的101-1執(zhí)行比例閥門的大小和開關(guān)量的關(guān)閉任務(wù)，并將接受命令和執(zhí)行情況通過206、302、301，再通過401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和402帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線發(fā)送給B，A然后檢測是否由B已接收的信息，作相應(yīng)處理。當(dāng)B沒有接收到該信息時，設(shè)備自主從302內(nèi)部存儲器調(diào)出執(zhí)行命令情況，采取再發(fā)送方式給B。
(6)70p、80p為B根據(jù)F的命令向個人(區(qū)域城市天然氣管網(wǎng)主管負責(zé)人)公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線，負責(zé)突發(fā)事件的信息及時向區(qū)域城市天然氣管網(wǎng)主管負責(zé)人的手機發(fā)送。
(7)501有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，承擔(dān)記錄、查詢、檢索按本專利方式進行城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)數(shù)據(jù)的功能和記錄、查詢、檢索按本專利方式傳送數(shù)據(jù)工作的情況。501可進行大屏幕顯示與打印數(shù)據(jù)記錄并傳遞給100也就是SCADA控制中心主站F作進一步的數(shù)據(jù)處理。
(8)A、B之間的數(shù)據(jù)交換是在D的環(huán)境下，由E完成的。
(9)系統(tǒng)的數(shù)字安全保障本專利采用數(shù)據(jù)流雙向認證和數(shù)據(jù)流雙向傳送、雙向校對校驗的數(shù)學(xué)模型，通過對數(shù)據(jù)流雙向認證和數(shù)據(jù)流雙向傳送、雙向校對校驗，使得城市天然氣管網(wǎng)測量傳遞的參數(shù)是達到準確和控制可靠的要求。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的優(yōu)點是本發(fā)明的系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院偷土慕ㄔO(shè)、運營和維護費用。城市天然氣管網(wǎng)建設(shè)利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)和控制運行，不需要建設(shè)通信站，也不需要鋪設(shè)通信線路，更不需要投入人力物力進行運營維護。根據(jù)對城市天然氣管網(wǎng)節(jié)點運行參數(shù)的傳遞和控制的絕對準確與及時的要求，本專利采用數(shù)據(jù)流雙向認證和數(shù)據(jù)流雙向傳送、雙向校對校驗的數(shù)學(xué)模型，通過對數(shù)據(jù)流雙向認證和數(shù)據(jù)流雙向傳送、雙向校對校驗，使得城市天然氣管網(wǎng)測量傳遞的參數(shù)是達到準確和控制可靠的要求。
每個節(jié)點的測量參數(shù)和控制參數(shù)含氣質(zhì)、溫度、流量、壓力和幾個開關(guān)量和閥門的比例量，這幾個參數(shù)每測量和控制一次只需要幾個字節(jié)，隨著通信的發(fā)展，通信費越來越低。各種通信方式的建設(shè)和運營維護費用對比如下表




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圖1是本發(fā)明的總體系統(tǒng)的構(gòu)成利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)的城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)傳送和命令相互傳送示意2是本發(fā)明的利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)傳輸城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)監(jiān)測點的RTU接口單元裝置A模塊3是本發(fā)明的利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)傳輸城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)面向SCADA控制中心主站接口B單元裝置模塊4是本發(fā)明的利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)傳輸城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)監(jiān)測點的RTU接口單元裝置A的電路之一5是本發(fā)明的利用公共數(shù)字移動通信通信網(wǎng)傳輸城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)監(jiān)測點的RTU接口單元裝置A的電路之二6是RTU接口單元裝置A的另一種電路A-1電路7是本發(fā)明的利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)傳輸城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)面向SCADA控制中心主站接口B單元裝置電路之一8是本發(fā)明的利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)傳輸城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)面向SCADA控制中心主站接口B單元裝置電路之二圖具體實施例請參照圖1，本發(fā)明包含A為檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收單元；B為SCADA主站接收數(shù)據(jù)與發(fā)送單元；C為城市天然氣管網(wǎng)節(jié)點；D為公共數(shù)字移動通信網(wǎng)；E為公共數(shù)字移動通信數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)；F為SCADA主站；G為個人化接收信息。當(dāng)A與B之間進行數(shù)據(jù)和命令傳送的時候，通過D和E利用現(xiàn)有的通訊技術(shù)設(shè)施和通訊模式，E由公共數(shù)字移動通信網(wǎng)管理部門特殊批準的專門信道進行，再由B傳送到F，突發(fā)事件時B通過E傳送到G。
本發(fā)明的利用公共數(shù)字移動通信網(wǎng)的城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)監(jiān)測點的RTU接口單元裝置A組成的模塊見圖2，電路圖見圖3。
圖2中的101為RTU常規(guī)輸出與輸入接口，201、202、203、204、205為接受RTU傳來的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)控制器，206為RTU接受命令的轉(zhuǎn)發(fā)控制器，301為公共數(shù)字移動通信發(fā)/接主控制器，302為命令鑒別控制器，401為為公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊，402為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線。
該接口以201、202、203、204、205接受RTU傳來的溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給301，同時301的串口也接受RTU傳來的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的串行數(shù)據(jù)，對這兩組數(shù)據(jù)進行比較，為真，301發(fā)給302備查，同時通過401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和402為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線向中心站發(fā)送。301還存有氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的警戒數(shù)據(jù)，對每次數(shù)據(jù)進行比較，發(fā)現(xiàn)警戒數(shù)據(jù)則主動發(fā)送。301也具有判斷巡檢功能。對于控制中心主站發(fā)來的命令，301發(fā)給302，302根據(jù)發(fā)來的命令和301采集的數(shù)據(jù)進行比較后，通過206發(fā)送給RTU101和101-1(比例調(diào)節(jié)閥)。
其軟件設(shè)計的關(guān)鍵為(1)監(jiān)測節(jié)點測量參數(shù)通過數(shù)據(jù)對比，以分組報文編碼形式，打包成符合移動通訊方式傳送。
(2)檢測是否由主站已接收的信息，作相應(yīng)處理。當(dāng)控制中心主站沒有接收到該信息時，設(shè)備自主從內(nèi)部存儲器調(diào)出數(shù)據(jù)采用再發(fā)送方式。
(3)由于對數(shù)據(jù)和命令的接收發(fā)送分別由各自的控制器完成，因此主控制器的相應(yīng)支持軟件協(xié)調(diào)完成整個系統(tǒng)的工作。
(4)主控制器有接受控制中心主站預(yù)設(shè)發(fā)送的閾值、發(fā)送的模式功能。
(5)可以實現(xiàn)①執(zhí)行控制中心主站命令再發(fā)送數(shù)據(jù)。②定時發(fā)送數(shù)據(jù)。③事件發(fā)送數(shù)據(jù)。
(6)可完成控制中心主站觸發(fā)的通訊方式和RTU觸發(fā)的通訊方式的傳送?？刂浦行闹髡居|發(fā)的通訊方式包括輪詢方式、廣播方式、控制命令下發(fā)方式。RTU觸發(fā)的通訊方式包括事件和突發(fā)傳輸方式。
圖3中的100為SCADA控制中心控制主站的輸出與輸入接口，501為公共數(shù)字移動通信發(fā)/接數(shù)據(jù)和命令的主控單元、601為公共數(shù)字移動通信發(fā)/接陣列轉(zhuǎn)發(fā)控制器并與501串行連接，701、702、---70n為數(shù)據(jù)公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊陣列，70c為命令公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊，負責(zé)命令的發(fā)/接，70p為控制中心主站向個人(區(qū)域管道主管負責(zé)人)公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊，負責(zé)突發(fā)事件的信息發(fā)/接。801、802、80n、80c、80p為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線。
通過801、802、80n、80c為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線，701、702、---70n以陣列方式接受各個檢測多點RTU傳來的溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)，因是陣列方式，在601的控制和協(xié)調(diào)下，不會發(fā)生數(shù)據(jù)堵塞，同時601作數(shù)據(jù)整合后傳送給501，501進行大屏幕顯示與打印數(shù)據(jù)記錄并傳遞給1 00也就是SCADA控制中心主站作數(shù)據(jù)處理。SCADA控制中心主站依據(jù)傳遞的數(shù)據(jù)下達的命令，則通過501、70c、80c、專門通道傳送，保證命令的安全和可靠。70p、80p為向個人(區(qū)域管道主管負責(zé)人)公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線，負責(zé)突發(fā)事件的信息及時向區(qū)域管道主管負責(zé)人的手機發(fā)送，保證信息的安全和可靠地傳遞。
其軟件設(shè)計的關(guān)鍵為(1)制中心主站通過公共數(shù)字移動通信網(wǎng)方式接收節(jié)點測量參數(shù)數(shù)據(jù)，對其數(shù)據(jù)進行分組報文解碼，并進行拆分數(shù)據(jù)的逆運算(數(shù)據(jù)整合)。
(2)測是否由控制中心主站已接收到信息的完整性，作相應(yīng)處理。當(dāng)控制中心主站接收到該信息判斷不完整時，主動發(fā)送再傳送命令。
(3)可以實現(xiàn)①命令檢測節(jié)點再接收數(shù)據(jù)。②定時命令檢測節(jié)點接收數(shù)據(jù)。③事件接收數(shù)據(jù)。
(4)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，記錄、查詢、檢索相關(guān)城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)數(shù)據(jù)。
(5)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，記錄、查詢、檢索相關(guān)傳送數(shù)據(jù)工作的情況。
(6)矩陣驅(qū)動接收軟件設(shè)計可以實現(xiàn)無堵塞接收。
(7)數(shù)據(jù)接收、命令發(fā)送和同時個人化(區(qū)域管道主管負責(zé)人)發(fā)送到個人(區(qū)域主管)分道進行，保證數(shù)據(jù)、命令、信息的可靠和安全。
圖4、5、6中101為監(jiān)測點的RTU常規(guī)輸出與輸入接口，圖6的101-1為各類型的D/A轉(zhuǎn)換器，可以為8位和16位，控制閥門。201、202、203、204、205、206、301、302為各類型的8位單片機，比如AT89、68***、AT20**、80**、87**等等。401為公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊，402為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線模塊。
圖7、中的501為PC機，使用的是常規(guī)輸出與輸入串/并接口，601為單片機陣列(2n個)可使用各類型的8位單片機，比如89C**、68***、20**、87**等等，每兩個單片機P0和P1口相連，一個串口連接701、702、703、704、70c、70p，一個串口連接501的串口擴展頭。701、702、703、704、70c、70p為公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊，801、802、803、804、80c、80p為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線。
權(quán)利要求
1.城市天然氣管網(wǎng)檢測與控制系統(tǒng)，其特征在于它包括有城市天然氣管網(wǎng)的調(diào)壓計量站和儲配站等關(guān)鍵節(jié)點C上設(shè)置檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收控制單元A；檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收控制單元A連接公共數(shù)字移動通信數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)器E，公共數(shù)字移動通信數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)器E通過公共移動數(shù)字通信網(wǎng)D連接SCADA監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主站的接收數(shù)據(jù)與發(fā)送控制單元B，SCADA主站接收數(shù)據(jù)與發(fā)送控制單元B連接SCADA監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主站F；SCADA監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主站F連接個人化信息接收器G；在該系統(tǒng)中，D和E是利用現(xiàn)有的通訊技術(shù)設(shè)施和通訊模式；其中A為檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收控制單元，結(jié)構(gòu)為RTU監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠程控制單元的輸出與輸入接口101分別連接接受RTU傳來的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)控制器201、202、203、204、205；RTU監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠程比例控制閥門單元和開關(guān)的輸入接口101-1還連接RTU接受命令的轉(zhuǎn)發(fā)控制器206；101還連接公共數(shù)字移動通信發(fā)/接主控制器301；數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)控制器201、202、203、204、205連接公共數(shù)字移動通信發(fā)/接主控制器301；RTU接受命令的轉(zhuǎn)發(fā)控制器206連接命令鑒別控制器302，公共數(shù)字移動通信發(fā)/接主控制器301連接命令鑒別控制器302；公共數(shù)字移動通信發(fā)/接主控制器301連接公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊401，公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊401連接帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線402；B為SCADA監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主站接收數(shù)據(jù)與發(fā)送單元，結(jié)構(gòu)為SCADA控制中心控制主站的輸出與輸入接口100連接公共數(shù)字移動通信發(fā)/接數(shù)據(jù)和命令的主控單元501、公共數(shù)字移動通信發(fā)/接數(shù)據(jù)和命令的主控單元501串行連接公共數(shù)字移動通信發(fā)/接陣列轉(zhuǎn)發(fā)控制器601，公共數(shù)字移動通信發(fā)/接陣列轉(zhuǎn)發(fā)控制器601并聯(lián)連接數(shù)據(jù)公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊陣列701、702、703、704，數(shù)據(jù)公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊陣列701、702、703、704分別連接帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線801、802、803、804；公共數(shù)字移動通信發(fā)/接數(shù)據(jù)和命令的主控單元501連接負責(zé)命令的發(fā)/接的命令公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊70c，命令公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊70c連接帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線80c、公共數(shù)字移動通信發(fā)/接數(shù)據(jù)和命令的主控單元501連接負責(zé)突發(fā)事件的信息發(fā)/接的控制中心主站向個人—區(qū)域管道主管負責(zé)人公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊70p，公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊70p連接帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線80p；SCADA監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主站F連接個人化信息接收器G；在該系統(tǒng)中，D和E是利用現(xiàn)有的通訊技術(shù)設(shè)施和通訊模式。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述城市天然氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)，其特征在于101為監(jiān)測點的RTU常規(guī)輸出與輸入接口，101-1為各類型的D/A轉(zhuǎn)換器，可以為8位和16位，控制閥門；201、202、203、204、205、206、301、302為各類型的8位單片機，比如AT89、68***、AT20**、80**、87**等等；401為公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊，402為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線模塊；501為PC機，使用的是常規(guī)輸出與輸入串/并接口，601為單片機陣列2n個可使用各類型的8位單片機，比如89C**、68***、20**、87**等等，每兩個單片機P0和P1口相連，一個串口連接701、702、703、704、70c、70p，一個串口連接501的串口擴展頭；701、702、703、704、70c、70p為公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊，801、802、803、804、80c、80p為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線。
3.權(quán)利要求1所述的城市天然氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的操作方法，其特征在于具有以下操作過程(1)C-城市天然氣管網(wǎng)運行正常情況下，A-檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收單元按規(guī)定的時間，A向B發(fā)送城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)中的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、壓力和流量，具體動作是A該接口以201、202、203、204、205接受RTU傳來的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給301，同時301的串口也接受RTU傳來的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的串行數(shù)據(jù)，對這兩組數(shù)據(jù)進行比較，為真，301發(fā)給302備查，這樣，監(jiān)測節(jié)點測量參數(shù)通過數(shù)據(jù)對比，以分組報文編碼形式，打包成符合移動通訊方式傳送；通過401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和402為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線向B發(fā)送；A然后檢測是否由B是否已接收的信息，作相應(yīng)處理；當(dāng)B沒有接收到該信息時，設(shè)備自主從302內(nèi)部存儲器調(diào)出數(shù)據(jù)采取再發(fā)送方式給B；(2)在C-城市天然氣管網(wǎng)運行正常情況下，A-檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收單元接收B-SCADA主站接收數(shù)據(jù)與發(fā)送單元的輪詢命令，具體動作是301具有判斷巡檢功能，命令為真，則A向B發(fā)送石城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)中的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、壓力和流量，具體動作是A以201、202、203、204、205接受RTU傳來的溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給301，同時301的串口也接受RTU傳來的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的串行數(shù)據(jù)，對這兩組數(shù)據(jù)進行比較，為真，301發(fā)給302備查；這樣，監(jiān)測節(jié)點測量參數(shù)通過數(shù)據(jù)對比，以分組報文編碼形式，打包成符合移動通訊方式傳送；通過401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和402為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線向B發(fā)送；A然后檢測是否由B是否已接收的信息，作相應(yīng)處理；當(dāng)控制中心主站沒有接收到該信息時，設(shè)備自主從302內(nèi)部存儲器調(diào)出數(shù)據(jù)采取再發(fā)送方式給B；(3)C-城市天然氣管網(wǎng)的某一個檢測點運行非正常情況下，由于A的301存有氣質(zhì)、溫度、流量、壓力的警戒數(shù)據(jù)，對每次采集傳送的數(shù)據(jù)進行比較，發(fā)現(xiàn)警戒數(shù)據(jù)則主動采取事件突發(fā)發(fā)送方式，具體動作是A以201、202、203、204、205接受RTU傳來的非正常的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給301，同時301的串口也接受RTU傳來的非正常的氣質(zhì)、開關(guān)量、溫度、流量、壓力的串行數(shù)據(jù)，對這兩組數(shù)據(jù)進行比較，為真，301發(fā)給302備查，這樣，監(jiān)測節(jié)點測量參數(shù)通過數(shù)據(jù)對比，以分組報文編碼形式，打包成符合移動通訊方式緊急傳送，通過401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和402為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線向B緊急發(fā)送；A然后檢測是否由控制中心主站是否已接收的信息，作相應(yīng)處理；當(dāng)B沒有接收到該信息時，A設(shè)備自主從302內(nèi)部存儲器調(diào)出數(shù)據(jù)采取再緊急發(fā)送方式給B；(4)通過801、802、803、804、80c、80p為帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線，701、702、703、704以陣列方式接受各個檢測多點RTU通過A傳來的氣質(zhì)、溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)，因701、702、703、704是陣列方式，在601的控制和協(xié)調(diào)下，不會發(fā)生數(shù)據(jù)堵塞，同時601通過公共數(shù)字移動通信網(wǎng)方式接收監(jiān)測點測量參數(shù)數(shù)據(jù)，對其數(shù)據(jù)進行分組報文解碼，并進行拆分數(shù)據(jù)的逆運算--數(shù)據(jù)整合后，傳送給501，501檢測是否由F控制中心主站已接收到信息的完整性，并作相應(yīng)處理；當(dāng)F控制中心主站接收到該信息判斷不完整時，B主動發(fā)送再傳送命令；可以實現(xiàn)①命令檢測節(jié)點再接收數(shù)據(jù)；②定時命令檢測節(jié)點接收數(shù)據(jù)；③事件接收數(shù)據(jù)；同時501不僅通過70c、80c專門通道命令指定的監(jiān)測點重新再發(fā)送數(shù)據(jù)，而且501還可通過70c、80c專門通道來接收和監(jiān)視重新再發(fā)送數(shù)據(jù)的命令是否到達，保證重發(fā)命令的安全和可靠；(5)SCADA控制中心主站F依據(jù)傳遞的數(shù)據(jù)下達的正常或非正常情況的處理命令，則通過501、70c、80c專門通道傳送，保證命令的安全和可靠；A接到控制中心主站B發(fā)來的命令，通過402帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線和401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊發(fā)送給301，通過301發(fā)給302，302根據(jù)發(fā)來的命令和301采集的數(shù)據(jù)進行比較后，通過206發(fā)送給RTU的101-1執(zhí)行比例閥門的大小和開關(guān)量的關(guān)閉任務(wù)，并將接受命令和執(zhí)行情況通過206、302、301，再通過401的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和402帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線發(fā)送給B，A然后檢測是否由B已接收的信息，作相應(yīng)處理；當(dāng)B沒有接收到該信息時，設(shè)備自主從302內(nèi)部存儲器調(diào)出執(zhí)行命令情況，采取再發(fā)送方式給B；(6)70p、80p為B根據(jù)F的命令向個人--區(qū)域城市天然氣管網(wǎng)主管負責(zé)人--公共數(shù)字移動通信發(fā)/接模塊和帶有放大功能的公共數(shù)字移動通信發(fā)/接天線，負責(zé)突發(fā)事件的信息及時向區(qū)域城市天然氣管網(wǎng)主管負責(zé)人的手機發(fā)送；(7)501有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，承擔(dān)記錄、查詢、檢索按本專利方式進行城市天然氣管網(wǎng)輸運參數(shù)數(shù)據(jù)的功能和記錄、查詢、檢索按本專利方式傳送數(shù)據(jù)工作的情況；501可進行大屏幕顯示與打印數(shù)據(jù)記錄并傳遞給100也就是SCADA控制中心主站F作進一步的數(shù)據(jù)處理；(8)A、B之間的數(shù)據(jù)交換是在D的環(huán)境下，由E完成的；(9)系統(tǒng)的數(shù)字安全保障本專利采用數(shù)據(jù)流雙向認證和數(shù)據(jù)流雙向傳送、雙向校對校驗的數(shù)學(xué)模型，通過對數(shù)據(jù)流雙向認證和數(shù)據(jù)流雙向傳送、雙向校對校驗，使得城市天然氣管網(wǎng)測量傳遞的參數(shù)是達到準確和控制可靠的要求。
全文摘要
城市天然氣管網(wǎng)檢測與控制系統(tǒng)包括(1)SCADA (supervisor controland data acquisition)監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡稱SCADA中心站或SCADA主站。(2)RTU(remote terminal unit)監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠程控制單元。上述系統(tǒng)亦稱城市天然氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)或城市天然氣管網(wǎng)檢測與控制系統(tǒng)。城市天然氣管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)的構(gòu)成，其中A為檢測點的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收單元；B為SCADA主站接收數(shù)據(jù)與發(fā)送單元；C為城市天然氣管網(wǎng)節(jié)點；D為公共數(shù)字移動通信網(wǎng)；E為公共數(shù)字移動通信數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)；F為SCADA主站；G為個人化接收信息。在該系統(tǒng)中，D和E是利用現(xiàn)有的通訊技術(shù)設(shè)施和通訊模式，但E由公共數(shù)字移動通信網(wǎng)管理部門特殊批準的專門信道。本發(fā)明的系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院拖到y(tǒng)控制的可靠性，低廉的建設(shè)、運營和維護費用。
文檔編號F17D3/00GK1566744SQ03130260
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者劉偉, 朱建新, 張金權(quán), 馬祿, 高以天, 田播, 郭君益, 趙啟大 申請人:中國石油天然氣管道通信電力工程總公司