基于GPRS DTU遠程通訊技術在油氣集輸管線上的應用

趙思淵，何 戡，宗學軍

(沈陽化工大學 信息工程學院，遼寧 沈陽 110142)

隨著科技的發展，無線通訊技術日趨成熟，無線通訊技術受到各個企業的關注.GPRS DTU是無線遠程通訊的一項比較成熟的技術，被廣泛地應用于油氣行業中數據的遠程通訊[1].GPRS DTU可以進行遠距離數據傳輸，對作業點分散、惡劣的工廠環境有很好的效果，大大節省了人力、物力和時間，能夠對數據進行實時監控，如果發現問題可以及時地排除隱患，保障用戶設備和人員的安全.因此本文研究的GPRS DTU可以滿足現在企業的生產需求.

1 幾種無線通訊技術的比較

表1為幾種無線通訊技術的比較結果，通過表1的比較可以看出：

(1)使用無線電臺傳輸數據，可靠性太差，成本高，不易使用.

(2)使用光纖傳輸數據，對于偏遠地區布線困難，且價格昂貴，不易使用.

(3)Zigbee主要用于智能家居，傳輸距離有限，在遠程通訊技術中不易使用.

(4)使用GPRS傳輸方式，數據的可靠性、實時性、成本和運行情況相對其他傳輸方式優勢比較明顯.

因此，GPRS傳輸技術的利用比較普遍.

表1 幾種無線通訊技術的比較

2 無線遠程通訊系統的構成

無線遠程通訊系統結構如圖1所示.該系統主要包括3個功能層：設備層、網絡層、監控層.

圖1 無線遠程通訊系統結構

設備層主要由分散各地的遠程數據終端組成，主要實現對現場中儀表數據進行實時采集并遠傳到數據中心[2].

網絡層主要由GPRS網、Internet網組成.設備層采集到的數據由GPRS網絡通過網關訪問Internet網絡遠傳到數據中心.

監控層主要是對遠程數據終端采集到的信息進行解析、管理、監控以隨時隨地對遠距離的數據進行管理與監控，為保證系統的信息安全與穩定性，采用防火墻、身份認證等措施.

2.1 無線遠程通訊系統的應用實例

以某油氣企業為例，保證安全生產前提下，根據系統的構成設計出如圖2所示的遠程通訊系統結構[3].

圖2 無線遠程通訊系統的實例結構

2.2 遠程數據終端

2.2.1 硬件組成

出于對油氣企業安全性考慮，此系統需要防爆箱，防止出現火災或雷擊造成巨大的財產損失.防爆箱由安全柵、模擬量采集器、浪涌保護器、移動卡與核心部件DTU組成.

2.2.2 參數配置

(1)現場需要遠傳的儀表多具備RS485通訊接口，GPRS DTU可以通過RS485通訊方式與儀表通訊(如果儀表不具備RS485通訊接口，可以使用4～20 mA到RS485的轉換器)，DTU與儀表通訊，參數必須設置一致，如波特率、奇偶效驗位、數據位、停止位和設備地址.

(2)DTU數據中心(軟件)中的獨立IP和端口號等參數應與DTU配置參數相一致.

2.3 數據中心系統實現

數據中心的服務器接收DTU的數據需要有獨立的IP地址，并開放相應的端口號，這與2.2.2參數配置中的第(2)點一致，每個DTU都有一個唯一的設備ID號，區分不同站點的終端設備[4].

DTU數據中心(軟件)安裝在數據中心的服務器上，設置與DTU相一致的IP與端口號，并將采集的數據分配給不同的虛擬com口，如com1；通過虛擬串口軟件實現一對串口綁定，如com1與com2綁定；最后利用KepServer通過綁定虛擬串口中的com2進行數據通訊，KepServer將得到的數據轉化為opc服務，供WinCC使用[5].具體實現過程如圖3所示.

圖3 數據中心實現過程

3 數據的解析

數據解析的目的是將儀表中的數據通過規定的解析方法，轉化為熟悉的十進制數據.儀表寄存器的數據格式一種是符合IEEE標準協議，另一種是由廠家自定義的協議.

第1種可以選擇寄存器的順序便能解析，一般的組態軟件都可設置，本文用KepServer在第2、3行勾選不同的選項，選擇寄存器的排列方式.具體操作如圖4所示.

圖4 KepServer操作界面

第2種必須知道廠家的解析協議.本文以WinCC的VB腳本作為解析工具，寄存器中的值分別為0000 0009 A754 6498，將它們轉化為10進制再進行解析.double解析規則為：將數據中的整數部分和小數部分分開計算，前6個字節為整數部分，后2個字節為小數部分.具體方法為：0000的十進制數0乘以65 536×65 536+0009的十進制數9乘以65 536+A754的十進制數42 836+6498的十進制25 752除以65 536，換算成數學公式為：0×65 536×65 536+9×65 536+42 836+25 752/65 536=632 660.392 9.

VB腳本內容:

Function set4word(d1,d2,d3,d4)

Dim objTag

Dim data1,data2,data3,data4

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d1)

data1=objTag.Read()

data1=data1*65 536*65 536

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d2)

data2=objTag.Read()

data2=data2*65 536

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d3)

data3=objTag.Read()

Set objTag=HMIRuntime.Tags(d4)

data4=objTag.Read()

data4=data4/65 536

set4word=data1+data2+data3+data4

End Function

該解析程序為使用WinCC軟件中的VB腳本功能，HMIRuntime為WinCC內部項目關聯的對象，利用objTag.Read()函數依次讀取到儀表中4個寄存器的值，寄存器的值用data表示，最后利用上面公式算出的set4word為解析的結果.

4 方案測試結果

測試實驗為30個遠程終端與1臺數據中心的服務器構成，KepServer軟件設置的掃描周期為1 500 ms，在30個遠程終端同時使用情況下，數據流通暢無阻塞，滿足企業遠傳要求，證明本方案的有效性.

5 結束語

制定了一種基于GPRS DTU的數據遠傳信息系統的實施方案，通過GPRS網絡，成功地將油氣集輸管線上的數據遠傳到數據中心.應用表明無線遠程通訊技術相比于有線傳輸，不僅能節省財力物力還能提高傳輸效率，具備了信息化、智能化、成本低和穩定性好等優點.但在實際應用中由于網絡不穩定的原因偶爾造成掉線現象，出現數據延時與丟失等情況，當網絡穩定時，卻又可以很快恢復在線狀態.因此目前油氣行業沒有對數據的實時性有太多的要求，對于數據的實時性這個問題是今后研究的重點.