夏冰沁 余有靈

（同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804）

智能燃氣管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計

夏冰沁 余有靈

（同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，上海 201804）

燃氣調(diào)壓器用于降壓與穩(wěn)壓，是燃氣供應(yīng)系統(tǒng)中的重要設(shè)備。建立基于VB.net和SQL Server的管理信息系統(tǒng)，對燃氣數(shù)據(jù)進行管理、顯示，并通過分析調(diào)壓器出口壓力的變化趨勢，實現(xiàn)對調(diào)壓器故障的初步診斷。實際應(yīng)用證明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，較好地實現(xiàn)了燃氣信息管理以及故障診斷。

天然氣；燃氣調(diào)壓器；管理信息系統(tǒng)；故障診斷

1 引言

燃氣調(diào)壓器素有天然氣管網(wǎng)“心臟”之稱，用于在流量和進口壓力變化時調(diào)節(jié)和控制出口壓力，使得出口壓力能夠維持在恒定狀態(tài)[1-2]。它的安全運行直接關(guān)系到用戶能否正常使用天然氣。為確保燃氣調(diào)壓設(shè)施的安全穩(wěn)定運行，無論是燃氣總公司還是小區(qū)物業(yè)都要定期對調(diào)壓器進行檢修。通過對通過燃氣調(diào)壓器各參數(shù)進行實時讀取、記錄、存儲、顯示，不但可以幫助燃氣公司記錄燃氣使用量，還可以更好地幫助管理與維護燃氣調(diào)壓器與管網(wǎng)的正常運行[3]。

本文采用客戶機/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，開發(fā)了一條實用、高效的智能燃氣管理信息系統(tǒng)[4]。該系統(tǒng)在Visual Studio 2010平臺下開發(fā)，使用VB.net語言完成對系統(tǒng)的開發(fā)，并利用SQL Server 2012作為后臺數(shù)據(jù)庫，采用三層架構(gòu)完成對數(shù)據(jù)的管理以及燃氣調(diào)壓器故障的初步診斷[5]。

2 智能燃氣管理信息的設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)燃氣數(shù)據(jù)管理的實際情況，要求系統(tǒng)主要有以下功能：（1）良好的人機界面，可以方便快捷的訪問燃氣數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)直觀地用圖線形式展示出來，使用戶可以觀察到數(shù)據(jù)的趨勢變化等。并仿照股票，采用K線圖和柱狀圖表示，顯示數(shù)據(jù)的長期變化，從而發(fā)現(xiàn)調(diào)壓器的潛在故障。（2）方便快捷的信息查詢功能。通過設(shè)置時間、站點等參數(shù)值，用圖線和列表顯示歷史數(shù)據(jù)。（3）圖線數(shù)據(jù)的實時處理以及可能故障的提醒功能。通過對燃氣各類型數(shù)據(jù)的處理與分析，給出某燃氣調(diào)壓器可能出現(xiàn)的故障。（4）各站點調(diào)壓器的詳細信息，包括調(diào)壓器的基本信息、站點信息以及與調(diào)壓器相關(guān)的資料信息等。（5）在相應(yīng)的權(quán)限下，對后臺數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)、刪除、修改等操作。

智能燃氣管理信息系統(tǒng)主要分為：用戶管理、燃氣數(shù)據(jù)顯示、調(diào)壓器故障診斷、調(diào)壓器基本信息管理、調(diào)壓器日常管理、系統(tǒng)維護管理共6部分。系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)三層架構(gòu)設(shè)計

在軟件架構(gòu)設(shè)計中，分層次結(jié)構(gòu)比較常見，且可以實現(xiàn)規(guī)范代碼，提高重用度，降低耦合度的功能。分層式結(jié)構(gòu)一般分為三層，由上至下依次是表現(xiàn)層(UI)、業(yè)務(wù)邏輯層(UI)、數(shù)據(jù)訪問層(BLL)。

（1）表現(xiàn)層

系統(tǒng)的用戶接口部分，負責(zé)使用者與整個系統(tǒng)的交互。在這一層的設(shè)計上不但要考慮功能的全面性，也要注重用戶的使用習(xí)慣。本系統(tǒng)界面采用VB.net來設(shè)計，并使用Dev Express界面控件套件，該控件提供了一系列的DotNet界面控件，界面設(shè)計高效，效果美觀。在設(shè)計中主要使用WinForm開發(fā)工具進行設(shè)計及開發(fā)。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層

是整個系統(tǒng)的核心，不但為表現(xiàn)出提供功能調(diào)用，同時使用數(shù)據(jù)訪問層提供的功能訪問數(shù)據(jù)庫。本管理信息系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)層借助matlab的計算功能，使matlab與VB.net對接，完成數(shù)據(jù)曲線特征的提取、計算與分析，根據(jù)結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)判斷當前調(diào)壓器的運行狀態(tài)。并負責(zé)數(shù)據(jù)的查詢、添加、刪除、修改等操作。若涉及到數(shù)據(jù)庫的訪問，則調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層。

（3）數(shù)據(jù)訪問層

該層的主要作用是為業(yè)務(wù)邏輯層提供服務(wù)，實現(xiàn)管理信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫的交互。使用ADO.NET（ActiveX Data Objects for the .NET Framework）完成應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)交互。其按照給定要求從各種類型的數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)或者向數(shù)據(jù)庫存取數(shù)據(jù)，并保持操作的一致性。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問層實現(xiàn)對燃氣通過調(diào)壓器的進出口壓力、瞬時累積流量、溫度、采樣時間等數(shù)據(jù)進行訪問。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

由于燃氣數(shù)據(jù)采樣頻繁，且站點數(shù)多，根據(jù)燃氣數(shù)據(jù)的管理要求，并考慮到系統(tǒng)開發(fā)使用微軟的VB.net，采用當下流行的SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫作為后臺數(shù)據(jù)庫管理燃氣數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫中編寫存儲過程，提供輸入輸出參數(shù)，完成對數(shù)據(jù)的查找與操作，降低網(wǎng)絡(luò)通信量，提高通信速率。

在本例燃氣管理信息系統(tǒng)中，燃氣數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)通過控制器中的不同控制通道遠程傳輸?shù)椒?wù)器中的數(shù)據(jù)庫中。一個地區(qū)會有多個站點，一個站點又會有一個或多個控制器用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。在設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，各地區(qū)、站點以及控制器的信息存儲在對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中，通過各表中的意義相同的字段進行關(guān)聯(lián)，從而提取到確定站點的確定信號數(shù)據(jù)。

下位機對現(xiàn)場數(shù)據(jù)信號進行采集，得到的數(shù)據(jù)以及它對應(yīng)的通道編號和采樣時間等其他信息作為一條記錄存儲到Controlller_Data的表中，可通過不同地區(qū)、站點以及控制器找到對應(yīng)控制器中的不同數(shù)據(jù)的存儲位置，從而完成對于所需數(shù)據(jù)的查找。

圖2為本例數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)關(guān)系圖的部分截圖，其中涉及的表包括地區(qū)、站點、控制器、控制器通道以及通道數(shù)據(jù)的信息。這些表在提取通道數(shù)據(jù)時起著重要的作用。

圖2 部分數(shù)據(jù)關(guān)系圖

3 智能燃氣管理信息的實現(xiàn)

3.1 調(diào)壓器可能故障及原因分析

調(diào)壓器出現(xiàn)故障時的主要現(xiàn)象及原因如表1所示。通過對燃氣調(diào)壓系統(tǒng)各信號數(shù)據(jù)進行處理與分析，判斷各信號數(shù)據(jù)或其組合有無表現(xiàn)出故障特征，從而提醒工作人員前往檢修，排查故障。

故障現(xiàn)象將反映在燃氣數(shù)據(jù)的變化趨勢上，對燃氣數(shù)據(jù)進行處理，提取數(shù)據(jù)曲線波形特征，從而將數(shù)據(jù)變化趨勢轉(zhuǎn)化為一個個的特征值，通過歷史故障數(shù)據(jù)對特征值進行的上下限進行限定，在提取特征過程中，不單考慮實時波形，還通過K線圖上多日滑動平均線等綜合判斷從而初步診斷燃氣調(diào)壓器運行狀態(tài)。

表1 燃氣調(diào)壓器常見故障表現(xiàn)現(xiàn)象及原因

3.2 數(shù)據(jù)來源

本實驗數(shù)據(jù)取自某燃氣站從2013年10月22日0點至2013年10月31日24點之間下位機傳來的數(shù)據(jù)。采樣間隔為一分鐘，數(shù)據(jù)類型包括燃氣調(diào)壓站的進出口壓力、瞬時累積流量、溫度以及采樣時間。

3.3 運行實例展示

圖3為燃氣管理信息系統(tǒng)的用戶界面。

圖3 系統(tǒng)運行實例

界面分為四部分，在圖中分別用A,B,C,D標示。A部分為模式選擇列，點擊不同的按鈕則在右側(cè)的顯示面板上顯示所選數(shù)據(jù)項在某時間間隔對應(yīng)的內(nèi)容或?qū)崟r顯示數(shù)據(jù)。B部分為想要查看的站點數(shù)據(jù)通道及時間間隔選擇行，通過下拉菜單選擇對應(yīng)的選項，從而查看目標數(shù)據(jù)。C部分為顯示主界面，根據(jù)A塊所選內(nèi)容的不同而顯示相應(yīng)的內(nèi)容。圖中顯示部分為查看歷史數(shù)據(jù)列表。D部分為故障初斷結(jié)果顯示行，若系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)調(diào)壓器出現(xiàn)故障幾率大則顯示在該行，提醒工作人員前往查看。

4 結(jié)語

通過完成對系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計，建立基于VB.net和SQL Server的燃氣調(diào)壓器管理信息系統(tǒng)，使用戶可以全面直觀的了解燃氣使用量及歷史數(shù)據(jù)，并可通過出口壓力的走勢和經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行比對，判斷出調(diào)壓器是否發(fā)生相應(yīng)故障，提高燃氣調(diào)壓器的管理水平，讓檢修人員有針對性的對故障進行檢修，從而減少維修工作量，提高工作效率。

[1] 于碧涌.燃氣調(diào)壓器數(shù)值模擬與試驗研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007.

[2] 馮良,姜娣,劉書薈. 單級自力式燃氣調(diào)壓器動態(tài)模型研究[J].煤氣與熱力,2009,(2):10-13.

[3] 楊永美.燃氣調(diào)壓器預(yù)警系統(tǒng)在燃氣調(diào)壓器科學(xué)管理中應(yīng)用[J].上海煤氣,2014, (3):14-16.

[4] 方宗奎,王鑫.基于.Net平臺三層架構(gòu)C/S模式裝備管理信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,2014,33(10):40-42. [5] 高揚.基于.NET平臺的三層架構(gòu)軟件框架的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機技術(shù)與發(fā)展, 2011,21(2):77-80.

Design of intelligent gas management information system

Gas regulator is used to control the outlet pressure, and it is the key component of the gas transmission and distribution system. Building the management information system based on VB.net and SQL Server to manage and show the natural gas data, and to realize the tentative diagnosis of the gas regulator by analyzing the outlet pressure variation tendency. Practical application proves that the system runs stably, and better realizes the information management of the natural gas and fault diagnosis for the gas regulator.

Natural gas; gas regulator; management information system; fault diagnosis

TP311

A

1008-1151(2015)01-0023-03