王小军　曲柏达　张金权

摘要：GPRS是通用分组无线业务 GPRS可以提供高速Web流览，这是面向分布的服务而不是集中控制分散采集的集散系统模式。本文对城市燃气管网SCADA数据无线传输的集散系统模式的可行性进行了论述，并对需要解决的几项关键技术提出了处理意见。

关键词：燃气  管网  数据   传输

一、 引言

    随着环境保护意识的增强，城市燃气及其配套设施的建设得到了长足的发展。为了保证城市燃气系统的安全性及经济性，部分城市燃气管网采用光纤通信、微波通信、专线接入、卫星通信等几种方式对SCADA （Supervisory Control And Data Acquisition）数据进行远传，实现对管网的远程监测及控制。但是，由于建设成本较高，工程建设受到地形地貌、城市建筑和无线频率的限制，日常维护工作繁杂，所以大大增加了燃气管网的运营成本，同时还存在着通信资源的浪费。
    目前，我国所有城市市区都被移动公网无缝覆盖，若能利用国家公共移动通信网为城市燃气SCADA系统提供无线传输通道，则不需要在传输线路上进行投资，节省建设费用，也可避开地形地貌、城市建筑、城市交通等地理环境的干扰，经济、灵活，因而具有广阔的市场前景。

二、 发展现状

    在输气管道控制方面，国内外都进行了研究，但目前均采用建设成本较高和建设难度大的光纤通信、卫星通信和微波通信等方式作为通信信道。利用国家公共移动通信网的资源为城市燃气SCADA数据提供无线通道的相关技术，国内外均未见报导。 经过科技文献查新检索，也未发现此类专利或文献。

    目前，无线移动通信网还没有给SCADA系统提供通信接口，SCADA系统的控制单元（RTU）的远程通讯链路也只提供了常规的VHF/UHF的DFMRADIO、集群RADIO、专线（光纤、DDN）、模拟微波和数字微波通信接口，并没有提供无线公共移动数字网的通信接口，因此，要实现城市燃气管网SCADA数据的无线传输，必须解决相关的接口问题。

    研制GSM/GPRS 石油天然气管道测量参数传送设备是很有意义的。GPRS是通用分组无线业务，是在GSM移动通讯网络上实现高速移动数据业务，其带宽和通过现有的标准数据业务的无缝连接，GPRS可以提供高速Web流览，这是面向分布的服务而不是集中控制分散采集的集散系统模式。中国石油通信公司已经研制了GPRS（30K―100K）通信控制模块，中国移动集团提供的技术对接关系（保密的底层协议）是研制GPRS通信控制模块的技术基础。中国移动集团提供的技术对接关系（保密的底层协议）的GPRS通信控制监控基站，这是具有自主知识产权的特定设备。

三、 无线解决方案

    城市燃气输配管网是一个综合设施，主要由天然气输配管网、储配站、调压计量站、控制设施和运行管理等部分组成。城市燃气输配管网的通信传输与监测监控系统主要完成控制和运行管理操作部分的功能。

1、 系统组成

    基于无线传输的城市燃气输配管网系统如图一所示。城市燃气输配管网的通信传输与监测监控系统由现场I/O控制设备、通信传输设备和中心站设备三部分组成。现场I/O控制及通信传输设备由远端收发处理装置、移动通信直放站（移动通信方式）、城市公共通信网和中心端收发装置组成；中心站系统由中心站设备、网管系统、CRT和操作控制台组成。

图1系统组成

2、工作原理
   

    在城市燃气输配管网的储配站和调压计量站等节点中加入远端收发处理装置，远端收发处理装置的标准接口与计量器、调压器和气质检测仪表的控制接口相连，用于监测和控制流量、压力和气质等参数。中心端收发处理装置通过城市公共通信网与远端收发处理装置建立通信通道，把远端的参数发送到中心站，同时中心站把控制信号发送到远端装置，实现数据采集、统计、分析、输出和现场控制。  

3、需要解决的几个关键问题

    在GSM网络中加入服务支持节点和网关支持节点就可改造成30Kb/s的宽带网。GPRS是通用分组无线业务，是在GSM移动通讯网络基础上实现高速移动数据业务，该业务可实现与现有的标准数据业务无缝连接。因此，中国移动集团提供的技术对接关系（保密的底层协议）是相关开发的技术基础。以下两项技术的开发是城市燃气管网SCADA数据无线传输的关键：

（1）基于GSM/GPRS公共移动数字电信网的石油天然气管道运行参数接口单元

    参数接口单元装置如图二所示。主要实现以下功能：

    节点测量参数通过RTU以RS232方式接收数据，并两次拆分数据，以分组报文编码形式，打包成符合移动通讯方式传送。

    检测基站是否已接收到信息，并作相应处理。当基站没有接收到该信息时，设备自主从内部存储器调出数据，采用再发送方式。

    提供相应的数字可靠性的设计方案。对数据的接收发送分别由各自的控制器完成，主控制器和相应支持软件协调完成整个系统的工作。数据比较模块是通过传送的两次数据进行比较作相应处理。

    设有可编程与显示接口，可对系统进行调试，预设发送阈值、发送模式，实现以下功能：
    ① 上位命令再发送数据；
    ② 定时发送数据；
    ③ 事件发送数据。

（2） 基于GSM/GPRS公共移动数字电信网的传输基站接口单元

    传输基站接口单元装置如图三所示。主要实现以下功能：

    基站通过GSM/GPRS网接收节点测量参数，对其数据进行分组报文解码，并两次进行拆分数据的逆运算（数据整合）。

    检测基站已接收信息的完整性，作相应处理。当基站接收到的信息判断不完整时，主动发送再传送命令。

    系统提供相应的数字的可靠性的设计方案。

    设计相应的数据库，记录、查询、检索相关石油天然气管道输运参数数据及相关传送数据。

    在以上两项关键技术解决的基础上，通过开发基于GSM/GPRS/CDMA等移动通信技术的具有无线通信收发控制模块和RTU功能的远端收发处理装置、基于PSTN技术的具有有线通信收发控制模块和RTU功能的远端收发处理装置、中心站的收发处理装置、基于GSM/GPRS/CDMA等移动通信技术的直放站及应用软件，开发GSM/GPRS通信监控基站、 GPRS直放站。中国移动集团提供的技术对接关系（保密的底层协议）是研制GSM/GPRS通信控制模块的技术基础。中油管道电力通信工程公司已和中国移动通信集团就接入技术初步达成协议。

四、 结论

    从以上分析可以发现，通过与无线通信服务商合作，对关键技术进行联合攻关，完全可以解决城市燃气输配管网RTU设备与控制中心站之间的SCADA数据无线传输问题。同时，伴随者相关技术协议及通信接口的实现，这种传输系统还可推广应用到城市交通信号灯控制、智能小区、家庭抄表和自动售货等系统中，二次开发的前景广阔。目前，中油管道电力通信工程公司已和中国移动通信集团就接入技术协议的研发初步达成协议。