有毒有害氣體生產過程的無線監測系統的設計

皇家偉 高新明 朱玉奇

摘 要：先進的生產過程監測系統，對于有毒有害氣體如燃氣運營的正常進行非常重要。一個自動化程度高、功能完善的監測系統，可以極大地提高生產過程的安全、工作效率，保證了伴有有毒有害氣體產生的生產過程能安全、可靠地運行。

關鍵詞：有毒有害;生產過程;無線監測

基金項目：此文為2019年科技興趣小組項目——“有毒有害氣體生產過程的無線監測系統的設計”的研究成果。

1 前言

先進的監控系統，對于生產的正常進行非常重要，尤其在生產過程中伴有有毒有害氣體。一個自動化程度高，功能完善的監測系統可以極大地提高生產過程的安全，保證了工作效率，使得有毒有害氣體參與的危險生產過程能安全、可靠地運行。

通過現場監控終端（DTU、RTU）和GSM/GPRS網絡，可對各地多個加氣站、儲配站、調壓站以及計量點進行組網，實現遠距離實時集中控制管理，能夠實現對管網壓力、流量以及環境參數、動力環境進行遠程無線實時監測、控制、報警、故障診斷和排除的功能。監控系統貼合氣站實際情況，無論其實用性、可靠性、技術先進性、經濟性等方面都有許多創新。調度管理中心和工作、維護人員利用“有毒有害氣體GPRS遠程監測系統”提供的遠程無線監測、控制、報警、報表、打印等功能，可實現對氣站的全面監控、管理。

目前，杭州優穩自動化系統有限公司UW500系統在無線遠程監控系統項目中應用廣泛。

2 系統設計方案

2.1 方案概述

GPRS是基于IP地址的數據分組通信網絡，監控中心計算機主機配置固定的IP地址，各個站點的GPRS終端和計算機主機進行通信和數據傳輸。

各監測點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動的GPRS網絡與監控中心相連。各數據采集點使用移動通信公司統一的SIM卡，同時監控中心對各點進行登記，保存相關資料以便識別和維護處理。各信息采集點運行監控系統軟件，支持24小時實時在線，實現信息采集點24小時傳送采集的信息數據。

2.2 控制方案

1）本系統一共包括三個分站、1個調度中心，分別在四個不同地（相距20公里以上）;

2）每個分站從第三方MOX RTU通過標準的以太網口，Modubus TCP/IP協議采集數據，在其本地工作站上做數據監視，并通過GPRS把數據遠程發送到安控中心;

3）每個分站的數據通過GPRS DTU設備，借助移動APN專網（網絡設備由甲方提供），與調度中心軟件通訊，并在其上顯示三個分站的數據;

4）調度中心軟件還需要負責和另外一個壓力數據采集系統、一個流量數據采集系統的數據進行對接，通訊協議為Modubus TCP/IP協議，我方需要采集壓力數據采集系統、流量數據采集系統的數據，在我方軟件上進行顯示、報表等;

5）三個分站和調度中心的數據監視均采用UWnTek控制工程應用軟件平臺。

2.3 軟件要求

1）中心軟件要求：（1）主管網圖及三個分站的實時工藝流程圖畫面，主管網圖應顯示主要站點流量壓力參數，實時工藝流程圖應顯示主要工藝設備，參數應在圖中相應位置實時顯示;（2）報警及事件的管理和記錄;（3）報表及打印;（4）軟件的發布。

2）分站軟件要求：（1）分站的實時工藝流程圖畫面，工藝流程圖應顯示主要工藝設備，參數應在圖中相應位置實時顯示;（2）分站所有數據表顯示，并可顯示趨勢曲線圖;（3）報警及事件的管理和記錄;（4）報表及打印。

3 無線監測控制系統設計

3.1 UW500系統概述

依托浙江大學綜合性學科優勢，吸收浙江大學控制工程實驗室、浙江大學工業自動化國家工程研究中心、浙江大學工業控制技術國家重點實驗室、浙江大學工業控制技術研究所數十年的科研成果，結合自身長期的科研攻關與技術創新積累及其豐富的工程應用經驗，經過創新突破、持續改進、歷經考核，形成了優質穩定、先進實用、友好開放的新一代主控系統——UW500（UWinPAS500）集散控制系統。已廣泛應用于化工、制藥、煉油、石化、鋼鐵、能源、建材、輕工、造紙、環保等行業。具有可靠性高、系統開放、功能強大、維護簡便的特點。

3.2 控制系統網絡配置

本系統既可通過監控中心計算機對調壓站遠程控制，也可通過移動終端設備對現場儀表進行數據讀取，使用GPRS網絡進行無線數據傳輸，使生產管理人員掌握有毒有害氣體的生產過程的壓力、流量變化，并及時進行處置，由于GPRS具有實時在線特性，系統無時延，無需輪巡就可以同步接收、處理多個數據采集點的數據，因此可以滿足有毒有害氣體的無線遠程監控系統對數據采集和傳輸突發性數據的需要。

該監控系統的硬件由壓力變送器、GPRS DTU、Internet網絡和管理中心計算機組成。位于不同的調壓站現場，對有毒有害氣體的壓力、流量實時監測;壓力、流量信號通過RS232接口直接連接GPRS DTU模塊實現無線透明傳輸，這樣現場壓力、流量信號通過INTENET網絡實時傳送到監控中心數據庫。在生產現場的有線儀表，如流量計、液位儀、變送器、調節閥等儀表，可通過加裝無線電流電壓轉換器，無線傳輸4-20mA電流信號及電壓信號，實現無線測控，實時監測各測量點的壓力、電流等數據以及現場的調節閥和開關輸出控制。

系統的軟件主要有：數據采集模塊與數據分析模塊組成。數據采集模塊進行數據的采集，將獲取的壓力、流量信號，經RS232接口發送給GPRS無線數傳模塊，通過INTNET傳送到監控中心計算機。GPRS采用分組交換技術，可以同時占用多個無線信道，同一個無線信道又可以由多個用戶共享，從而實現了高速率數據傳輸。由于GPRS具有全雙工運作，間隙收發，永遠在線，只在收發數據才占用系統資源，使得GPRS通訊模塊開機能自動附著到GPRS網絡上，并與監控中心建立通信鏈路，隨時收發現場采集到的壓力、流量等數據。

整個監控系統由中心上位機系統和下位機系統兩部分組成。上位機系統包括數據采集與處理服務器、工作站和數據庫。其中，數據采集與處理服務器主要負責與通訊前置機之間進行數據交換，與移動公司聯網獲得數據;中心計算機運行后臺監測分析軟件，負責數據的采集分析與報表等功能;數據庫服務器用來存儲和管理整個系統的過程數據庫;工作站的任務是提供—個良好的人機界面供詞度員進行監視和控制。下位機系統由DTU單元組成。整個監控中心擁有固定的IP地址，要和每一個有毒有害氣體生產過程監控的調壓站數據采集點保持實時的數據連接，GPRS模塊登陸GSM網絡后，自動連接到監控中心，向監控中心報告其IP地址，并保持和維護鏈路的連接，GPRS模塊監測鏈路的連接情況，一旦發生異常，GPRS模塊自動重新建立鏈路，監控中心和GPRS模塊DTU之間就可以通過IP地址用TCP/IP協議進行雙向通信，實現可靠的數據傳輸。

4 結束語

通過對有毒有害氣體生產過程無線監測系統的設計與研究，實現了對危險性較大的生產過程數據采集以及分析的功能，這對生產過程管理具有重要意義。

作者簡介

皇家偉（1999-），男，漢族，江蘇省淮安市人，本院2018級工業過程自動化專業1822班專科在讀，研究方向：工業過程自動化。

高新明（2000-），男，漢族，江蘇省徐州市人，本院2018級工業過程自動化專業1822班專科在讀，研究方向：工業過程自動化。

朱玉奇（1982-），女，漢族，江蘇省南京市人，碩士研究生，本院電氣與控制學院教師，研究方向：自動檢測與控制技術。