一種用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)，包括：發(fā)電模塊、電源控制模塊、蓄電模塊、儀表供電變換模塊、信號變換無線傳輸模塊、監(jiān)控主機模塊。本實用新型基于ARM內(nèi)核研發(fā)的監(jiān)控主機模塊采取儀表模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換精度高，誤碼率低，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，支持SIM卡即插即用；對整個遠傳系統(tǒng)進行控制和保護，可對單元模塊損壞情況進行預警和報警；電源控制模塊供電24V直流，采用高效率，超小型單片機數(shù)字DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器，能夠有效抵抗過欠壓以及浪涌電流對儀表的沖擊，降低轉(zhuǎn)換元件功耗，保證供電穩(wěn)定性；蓄電模塊采用長壽命、高容量磷酸鐵鋰電池。
【專利說明】一種用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于輸油輸氣線路【技術領域】，尤其涉及一種用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前國內(nèi)外對長距離輸油輸氣線路上的溫度、壓力、流量等傳感器信號95%通常采用光纖方式傳輸，優(yōu)點是傳輸信號穩(wěn)定，誤碼率低，缺點是耗費人力、物力、財力，需要另外為設備取電，往往要同時敷設供電線路。在我國西北地區(qū)，地域廣闊，環(huán)境惡劣采用光纖方式耗費高昂。
[0003]我們考慮到GPRS覆蓋全國98%國土面積，信號好，傳輸穩(wěn)定，對儀表輸出所需低容量數(shù)據(jù)信道帶寬足夠使用。這種技術也是近幾年新開發(fā)的技術，業(yè)界很多技術人員對地處偏遠區(qū)域的信號的穩(wěn)定性有所懷疑，不敢使用。經(jīng)過我們大量的測試實驗，除了在新疆昆侖山區(qū)內(nèi)和塔里木沙漠腹地之外，在一般地區(qū)都可以找到周邊移動基站信號并進入GPRS網(wǎng)絡。而且GPRS使用大信噪比天線和頻段抓取技術，一般在固定位置狀態(tài)下，只要進入GPRS網(wǎng)絡，就會自動把持，不會失去網(wǎng)絡信號。而且，石油天然氣管線多處于平坦的沙漠、戈壁、田野、草原等地區(qū)，平臺地帶信號一直穩(wěn)定并強于山區(qū)，所以使用GPRS技術進行長距離傳輸管道儀表信號是完全可行的。
[0004]儀表供電以前都是就近取強電電網(wǎng)交流電源變壓轉(zhuǎn)換成儀表所需的弱電直流電源，同樣需要電網(wǎng)和布線支持(一般是就近取電)，而且還多了一個強電變?nèi)蹼姷淖儔恨D(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，是一個浪費能源得不償失的做法。也有一些研究機構嘗試將太陽能發(fā)電用在遙測系統(tǒng)供電上，但是，由于遙測系統(tǒng)的供電是12V，而儀表供電是24V，研究人員只把眼光放在遙測系統(tǒng)上，而不管儀表的供電要求，還是用有線的傳統(tǒng)辦法為儀表供電，無法做到完全獨立的為遙測系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)完全獨立供電，不需要強電轉(zhuǎn)換。即使選用太陽能方式供電，通常使用硬質(zhì)太陽能板，設立支架面向當?shù)氐奶柦撬?guī)定的傾斜角度南向固定安裝，因為傳統(tǒng)的太陽能板對日光光照要求高，一定強度的日光光照才能使其正常工作，會導致正常充電時間短，需要電池板功率較大，成本較高，而且安裝成本也較高，在風沙較大區(qū)域，太陽能電池板支架強度和基礎都有很高的要求，這也會提高安裝成本和勞動強度。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型實施例的目的在于提供一種用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有長距離輸油、輸氣線路儀表信號遠傳的供電操作復雜，成本高的問題。
[0006]本實用新型實施例是這樣實現(xiàn)的，一種用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)，該用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)包括:發(fā)電模塊、電源控制模塊、蓄電模塊、儀表供電變換模塊、信號變換無線傳輸模塊、監(jiān)控主機模塊；
[0007]發(fā)電模塊用于提供持續(xù)的供電電源；[0008]電源控制模塊，與發(fā)電模塊連接，用于對太陽能輸入進行超壓保護，對輸出能進行過流保護，對負載和蓄電池進行監(jiān)測保護；
[0009]蓄電模塊，與電源控制模塊連接，用于為電源控制模塊和儀表供電變換模塊提供備用電源；
[0010]信號變換無線傳輸模塊，與電源控制模塊連接，用于把現(xiàn)場儀表傳輸過來的模擬量4-20mA信號變換成數(shù)字信號，然后調(diào)制成數(shù)據(jù)碼流，通過無線電波傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡中；
[0011]儀表供電變換模塊，與蓄電模塊連接，用于采用DC12到DC24微電子升壓模塊來完成電壓的變換。
[0012]監(jiān)控主機模塊，通過GPRS與信號變換無線傳輸模塊連接，用于實現(xiàn)輸油輸氣線路儀表的遠程控制。
[0013]進一步，發(fā)電模塊采用32瓦、12V伏輸出柔性太陽能薄膜電池板。
[0014]進一步，電源控制模塊采用太陽能充放電控制器。
[0015]進一步，蓄電模塊采用30AH、12V的磷酸鐵鋰動力電池。
[0016]進一步，信號變換無線傳輸模塊采用12V供電，4路4_20mA輸入，支持中國移動2G網(wǎng)絡SM卡直插，自帶7db高增益天線。
[0017]進一步，儀表供電變換模塊米用最大0.5A輸出的升壓模塊。
[0018]本實用新型提供的用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)，基于ARM內(nèi)核研發(fā)的監(jiān)控主機模塊采取儀表模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換精度高，誤碼率低，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，方便軟件調(diào)試與組態(tài)設置，支持SIM卡即插即用；對整個遠傳系統(tǒng)進行控制和保護，可對單元模塊損壞情況進行預警和報警；電源控制模塊供電24V直流，采用高效率，超小型單片機數(shù)字DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器，能夠有效抵抗過欠壓以及浪涌電流對儀表的沖擊，降低轉(zhuǎn)換元件功耗，保證供電穩(wěn)定性；蓄電模塊采用長壽命、高容量磷酸鐵鋰電池，電池能量儲備按照連續(xù)陰雨天20天設計，尤其適合中國西北地區(qū)；
[0019]本實用新型采用易安裝、抗風沙、免維護、超薄、弱光吸收、高效的柔性薄膜太陽能電池板作為整個系統(tǒng)和儀表負載供電，提高了安裝效率；蓄能模塊放棄傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池和普通鋰電池方案，采用長充放電循環(huán)壽命、高容量、體積小、重量輕，防爆炸，耐高溫低溫沖擊的磷酸鐵鋰電池，電池能量儲備按照連續(xù)陰雨天20天設計，在西北地區(qū)能夠有效保障儀表和遠傳儀可持續(xù)供電和免維護使用；采用儀表模擬量信號直接接入監(jiān)控主機模塊，相比原來通過串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方案，減少了最大的中間環(huán)節(jié)，保證信號準確信和抗干擾性，加快了處理傳輸速度，有利于實時監(jiān)測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型實施例提供的用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)結構示意圖；
[0021]圖中:1、發(fā)電模塊；2、電源控制模塊；3、蓄電模塊；4、儀表供電變換模塊；5、信號變換無線傳輸模塊；6、監(jiān)控主機模塊。
【具體實施方式】
[0022]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0023]下面結合附圖及具體實施例對本實用新型的應用原理作進一步描述。
[0024]如圖1所示，本實用新型實施例的用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)主要由發(fā)電模塊1、電源控制模塊2、蓄電模塊3、儀表供電變換模塊4、信號變換無線傳輸模塊5、監(jiān)控主機模塊6組成；
[0025]發(fā)電模塊I用于提供持續(xù)的供電電源，采用32瓦、12V伏輸出柔性太陽能薄膜電池板；
[0026]電源控制模塊2，與發(fā)電模塊I連接，采用標準的太陽能充放電控制器，用于對太陽能輸入進行超壓保護，對輸出能進行過流保護，對負載和蓄電池進行監(jiān)測保護；
[0027]蓄電模塊3，與電源控制模塊2連接，采用30AH、12V的磷酸鐵鋰動力電池；用于為電源控制模塊2和儀表供電變換模塊4提供備用電源；
[0028]信號變換無線傳輸模塊5,與電源控制模塊2連接,用于把現(xiàn)場儀表一般傳輸過來的模擬量4_20mA信號變換成數(shù)字信號，然后調(diào)制成數(shù)據(jù)碼流，通過無線電波傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡中，采用12V供電，4路4-20mA輸入，支持中國移動2G網(wǎng)絡SM卡直插，自帶7db高增益天線；
[0029]儀表供電變換模塊4，與蓄電模塊3連接，采用DC12到DC24微電子升壓模塊來完成電壓的變換，采用最大0.5A輸出的升壓模塊；
[0030]監(jiān)控主機模塊6,通過GPRS與信號變換無線傳輸模塊5連接,用于實現(xiàn)輸油輸氣線路儀表的遠程控制。
[0031]結合本實用新型的結構對本實用新型做進一步的說明:
[0032]發(fā)電模塊1:選用太陽能電池做為可持續(xù)供電電源，采用32瓦、12V伏輸出柔性太陽能薄膜電池板，可以直接粘貼在管道對光面上安裝，不但在目光直射時有很好的發(fā)電效率，而且在低光照和發(fā)散光情況下也可以正常發(fā)電工作，它對光源的不挑剔，保證系統(tǒng)在白天隨時可以充電，有力的保證了系統(tǒng)供電需求。
[0033]電源控制模塊2:采用標準的太陽能充放電控制器，充放電控制器可以做到對電能儲存設備的充放電保護，可以避免過充過放對蓄電設備壽命損傷。而且能對太陽能輸入進行超壓保護，對輸出能進行過流保護，尤其是對負載供電時，也是讓蓄電池的電流先流入太陽能控制器，經(jīng)過它的調(diào)節(jié)后，再把電流送入負載；為了穩(wěn)定放電電流；為了保證蓄電池不被過放電；可對負載和蓄電池進行一系列的監(jiān)測保護；
[0034]在系統(tǒng)中負載主要是超級終端和兩線制過程儀表，超級終端以4臺儀表同時接入來看，瞬時功率計算不會超過5瓦，但為了匹配下游端DC-DC模塊供電要求，所以選擇IOA輸出12V太陽能電源控制器，該控制器輸出可直接超級終端供電負載接口 ；
[0035]蓄電模塊3:系統(tǒng)電能儲存和釋放的核心，選用磷酸鐵鋰動力電池；相比普通的鉛酸蓄電池和一般鋰電池它擁有諸多優(yōu)點:
[0036](I)壽命的改善，長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右,最聞也就500次；而磷酸鐵鋰動力電池，循環(huán)壽命達到2000次以上，標準充電(5小時率)使用，可達到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就I?1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，理論壽命將達到7?8年。[0037](2)安全性能的改善:磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發(fā)熱或是形成強氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。
[0038](3)高、低溫影響小:工作溫度范圍廣(-45C—+95C)，有效耐受高溫、低溫的影響。
[0039](4)大容量:具有比普通電池(鉛酸等)更大的容量。
[0040](5)無記憶效應:可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應。像鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池無此現(xiàn)象，電池無論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電。
[0041](6)重量輕:同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的2 / 3，重量是鉛酸電池的I / 3。根據(jù)負載情況和前端太陽能電池規(guī)格、控制器規(guī)格我們選用30AHU2V磷酸鐵鋰電池。
[0042]信號變換無線傳輸模塊5:把現(xiàn)場儀表一般傳輸過來的模擬量4_20mA信號變換成數(shù)字信號，然后調(diào)制成數(shù)據(jù)碼流，通過無線電波傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡中，從專用無線網(wǎng)絡傳輸?shù)絀NTERNET網(wǎng)絡中專用信道然后被控制室客戶端接收并解調(diào)信息，通過接口和組態(tài)界面顯示儀表傳遞過來的信息。單獨建設一套無線網(wǎng)絡代價極高，而且長期穩(wěn)定性不高，因為儀表傳遞數(shù)據(jù)流小，完全可以用覆蓋全國98%地區(qū)的移動2G-GPRS網(wǎng)絡來傳遞信息，而這種設備就叫超級終端，也叫GPRS-RTU。RTU(Remote Terminal Unit)是一種遠端測控單元裝置，負責對現(xiàn)場信號、工業(yè)設備的監(jiān)測和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，RTU通常要具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計算功能。正是由于RTU完善的功能，使得RTU產(chǎn)品在SCADA系統(tǒng)中得到了大量的應用。
[0043]遠程終端設備(RTU)是安裝在遠程現(xiàn)場的電子設備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠程現(xiàn)場的傳感器和設備。RTU將測得的狀態(tài)或信號轉(zhuǎn)換成可在通信媒體上發(fā)送的數(shù)據(jù)格式。它還將從中央計算機發(fā)送來得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成命令，實現(xiàn)對設備的功能控制。
[0044]GPRS RTU是把RTU與基于中國移動GSM網(wǎng)絡所帶的GPRS上網(wǎng)功能合為一起了，其重要核心功能為:
[0045](I)內(nèi)部集成TCP / IP協(xié)議棧
[0046]GPRS RTU內(nèi)部封裝了 PPP撥號協(xié)議以及TCP / IP協(xié)議棧并且具有嵌入式操作系統(tǒng)，從硬件上，它可看作是嵌入式PC與無線GPRS MODEM的結合；它具備GPRS撥號上網(wǎng)以及TCP / IP數(shù)據(jù)通信的功能。
[0047](2)支持自動心跳，保持永久在線
[0048]GPRS通信網(wǎng)絡的優(yōu)點之一就是支持GPRS終端設備永久在線，因此典型的GPRSDTU在設計上都支持永久在線功能，這就要求DTU包含了上電自動撥號、采用心跳包保持永久在線(當長時間沒有數(shù)據(jù)通信時，移動網(wǎng)關將斷開DTU與中心的連接，心跳包就是DTU與數(shù)據(jù)中心在連接被斷開之前發(fā)送一個小數(shù)據(jù)包，以保持連接不被斷開)、支持斷線自動重連、自動重撥號等特點。
[0049](3)支持參數(shù)配置，永久保存
[0050]GPRS DTU作為一種通信設備，其應用場合十分廣泛。在不同的應用中，數(shù)據(jù)中心的IP地址及端口號，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都應支持參數(shù)配置，并且將配置好的參數(shù)保存內(nèi)部的永久存儲器件內(nèi)(一般為FLASH或EEPROM等)。一旦上電，就自動按照設置好的參數(shù)進行工作。[0051](4)支持用戶串口參數(shù)設置
[0052]不同用戶設備的串口參數(shù)有所不同，RTU連接用戶設備的串口時，要根據(jù)用戶設備串口的實際參數(shù)對RTU端進行相應設置，保證用戶設備的正常通信和可靠數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)上面所陳述，我們超級終端選用GPRS RTU，并根據(jù)新疆市場要求做相關的提高信噪比、防塵、抗震、抗電磁干擾、和電路耐溫度沖擊及耐惡劣環(huán)境實驗與改善，做相關的設計和改良，委托北京和廈門等地的代工廠做印刷電路板與模塊裝配代工。完成模塊的試制工作。本次模塊采用12V供電，4路4-20mA輸入，支持中國移動2G網(wǎng)絡SM卡直插。自帶7db高增益天線。
[0053]儀表供電變換模塊4:采用DC12到DC24微電子升壓模塊來完成電壓的變換。效率可以達到85%，選用最大0.5A輸出的升壓模塊，每臺儀表對應一個DC-DC升壓模塊，由控制器對DC-DC升壓模塊并聯(lián)供電，正常情況下系統(tǒng)最多支持4臺DC-DC升壓模塊帶動4臺現(xiàn)場儀表負載同時工作。
[0054]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)，其特征在于，該用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)包括:發(fā)電模塊、電源控制模塊、蓄電模塊、儀表供電變換模塊、信號變換無線傳輸模塊、監(jiān)控主機模塊； 發(fā)電模塊用于提供持續(xù)的供電電源； 電源控制模塊，與發(fā)電模塊連接，用于對太陽能輸入進行超壓保護，對輸出能進行過流保護，對負載和蓄電池進行監(jiān)測保護； 蓄電模塊，與電源控制模塊連接，用于為電源控制模塊和儀表供電變換模塊提供備用電源； 信號變換無線傳輸模塊，與電源控制模塊連接，用于把現(xiàn)場儀表傳輸過來的模擬量4-20mA信號變換成數(shù)字信號，然后調(diào)制成數(shù)據(jù)碼流，通過無線電波傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡中； 儀表供電變換模塊，與蓄電模塊連接，用于采用DC12到DC24微電子升壓模塊來完成電壓的變換； 監(jiān)控主機模塊，通過GPRS與信號變換無線傳輸模塊連接，用于實現(xiàn)輸油輸氣線路儀表的遠程控制。
2.如權利要求1所述的用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)電模塊采用32瓦、12V伏輸出柔性太陽能薄膜電池板。
3.如權利要求1所述的用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)，其特征在于，電源控制模塊采用太陽能充放電控制器。
4.如權利要求1所述的用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)，其特征在于，蓄電模塊采用30AH、12V的磷酸鐵鋰動力電池。
5.如權利要求1所述的用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)，其特征在于，信號變換無線傳輸模塊采用12V供電，4路4-20mA輸入，支持中國移動2G網(wǎng)絡SM卡直插，自帶7db高增益天線。
6.如權利要求1所述的用于長距離輸油輸氣線路儀表信號遠傳與供電的系統(tǒng)，其特征在于，儀表供電變換模塊采用最大0.5A輸出的升壓模塊。
【文檔編號】H02J7/00GK203812392SQ201420164599
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權日:2014年4月8日
【發(fā)明者】陳東, 劉新宇, 戴毅, 祁亞琴 申請人:陳東