基于VPN無線網絡的煤層氣遠程監測與控制系統

曹斌 汪嫚

摘要：為適應煤層氣采集設備的多樣性，滿足現場監控平臺的需要，提出一種利用網絡設備DLK-R230工業GPRS路由器VPN功能來實現現場監控顯示單元遠程監測與控制的系統。分析了系統實現的主要方法及關鍵技術。現場應用表明，該系統不僅可減免人員在現場的安裝調試工作而且為實現工況參數多變的煤層氣井數據采集遠程監測與控制提供了一種新的方向。

關鍵詞：煤層氣；GPRS路由器；VPN

當前，煤層氣遠程監測系統一般采用的安裝方式是監控軟件設備廠家根據現場設備安裝情況完善自身上位機軟件，然后在現場進行軟件調試及運行。但煤層氣井一般處于交通不便的區域，且現場施工周期不定。因此，如果長期安排軟件調試人員在現場造成了一定的資源浪費。為了解決這個問題，本文提出了一種基于VPN無線網絡的煤層氣遠程監測系統。該系統利用VPN搭建煤層氣井現場與企業服務器的專有網絡，利用該網絡能夠實現遠程上位機程序的修改、調試及程序下載。利用本技術不僅極大的節省了設備調試成本而且縮短了工期。

系統組成及原理

系統的整體結構設計如圖1所示，整個結構主要由現場采集顯示單元及GPRS路由器組成，本地采集顯示單元采用Linux操作系統，監測平臺采用Qt框架開發完成，其對現場設備及工況進行實時監控。監控設備與GPRS路由器相連，通過移動基站與企業所在端網絡服務器連接。本系統中網絡服務器采用阿里云服務器，其具有固定的網絡IP。企業開發人員可通過VPN“專屬網絡”在本地企業網上對現場監控設備進行遠程控制。

該系統核心的組件包括本地采集顯示單元、GPRS路由器及網絡服務器，其中本地采集顯示單元負責采集現場數據并在本地顯示，設備與GPRS路由器之間采用網線連接，GPRS路由器內嵌有TCP/IP協議棧，通過IPSec VPN技術建立起與企業網絡服務器之間的“專屬網絡”。實現了現場與本地企業之間的及時互通。

系統關鍵技術

建立私有數據傳輸通道的傳統方式可能是要建立專網所需的點對點物理鏈路，因此實現新型的煤層氣遠程監控系統主要需要解決的是網絡傳輸問題。利用現有的比較成熟的VPN傳輸技術很簡捷地實現了端對端的網絡通訊。現場監控設備通過RJ45接口與GPSR路由器相連，其網絡處于一個網段內互通。GPRS路由器內含SIM接口，插入移動流量卡，通過移動4G網絡架構在公用網絡服務商所提供的網絡平臺上傳輸信息。GPRS路由器能夠進行內外網設置，其中內網與采集顯示單元組成本地局域網，外網與網絡服務器聯通。實際工程運用中具體網絡布置圖如下圖2所示：

工程實踐

本系統運用于某儲氣庫項目時，現場布置了7臺監控設備，每臺設備連接至獨立的GPRS 路由器。前期設備安裝時對系統整個環境進行了部署，后期根據現場實際情況通過網絡服務器平臺對現場采集顯示單元進行了監控軟件的定制化開發及重新下裝。實踐表明，通過VPN網絡能夠很好的滿足對遠程設備的相關操作，具有良好的實時性、可靠性及穩定性，能夠很好的滿足開發的要求。

結論

本文設計了基于VPN無線網絡的煤層氣遠程監控系統，解決了傳統的軟件運營需要長期現場安裝調試及現場維護的弊端。本系統的優勢在于，開發人員只需要運用支持VPN通信功能的網絡設備即可輕松完成遠程專網傳輸。通過現場運用驗證了網絡傳輸的實時性、可靠性及穩定性。該系統具有IPSec VPN技術成熟、成本低、組網簡單、使用靈活等優點。利用成熟的VPN技術能夠輕松實現遠距離的數據傳輸功能。