皇家偉 高新明 朱玉奇

摘 要：先進(jìn)的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于有毒有害氣體如燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)的正常進(jìn)行非常重要。一個(gè)自動(dòng)化程度高、功能完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以極大地提高生產(chǎn)過(guò)程的安全、工作效率，保證了伴有有毒有害氣體產(chǎn)生的生產(chǎn)過(guò)程能安全、可靠地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：有毒有害;生產(chǎn)過(guò)程;無(wú)線監(jiān)測(cè)

基金項(xiàng)目：此文為2019年科技興趣小組項(xiàng)目——“有毒有害氣體生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”的研究成果。

1 前言

先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于生產(chǎn)的正常進(jìn)行非常重要，尤其在生產(chǎn)過(guò)程中伴有有毒有害氣體。一個(gè)自動(dòng)化程度高，功能完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以極大地提高生產(chǎn)過(guò)程的安全，保證了工作效率，使得有毒有害氣體參與的危險(xiǎn)生產(chǎn)過(guò)程能安全、可靠地運(yùn)行。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端（DTU、RTU）和GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)，可對(duì)各地多個(gè)加氣站、儲(chǔ)配站、調(diào)壓站以及計(jì)量點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)集中控制管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)管網(wǎng)壓力、流量以及環(huán)境參數(shù)、動(dòng)力環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警、故障診斷和排除的功能。監(jiān)控系統(tǒng)貼合氣站實(shí)際情況，無(wú)論其實(shí)用性、可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等方面都有許多創(chuàng)新。調(diào)度管理中心和工作、維護(hù)人員利用“有毒有害氣體GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”提供的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警、報(bào)表、打印等功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣站的全面監(jiān)控、管理。

目前，杭州優(yōu)穩(wěn)自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司UW500系統(tǒng)在無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目中應(yīng)用廣泛。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 方案概述

GPRS是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)主機(jī)配置固定的IP地址，各個(gè)站點(diǎn)的GPRS終端和計(jì)算機(jī)主機(jī)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸。

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)使用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端，通過(guò)移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連。各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)使用移動(dòng)通信公司統(tǒng)一的SIM卡，同時(shí)監(jiān)控中心對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行登記，保存相關(guān)資料以便識(shí)別和維護(hù)處理。各信息采集點(diǎn)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)軟件，支持24小時(shí)實(shí)時(shí)在線，實(shí)現(xiàn)信息采集點(diǎn)24小時(shí)傳送采集的信息數(shù)據(jù)。

2.2 控制方案

1）本系統(tǒng)一共包括三個(gè)分站、1個(gè)調(diào)度中心，分別在四個(gè)不同地（相距20公里以上）;

2）每個(gè)分站從第三方MOX RTU通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)口，Modubus TCP/IP協(xié)議采集數(shù)據(jù)，在其本地工作站上做數(shù)據(jù)監(jiān)視，并通過(guò)GPRS把數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送到安控中心;

3）每個(gè)分站的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS DTU設(shè)備，借助移動(dòng)APN專網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由甲方提供），與調(diào)度中心軟件通訊，并在其上顯示三個(gè)分站的數(shù)據(jù);

4）調(diào)度中心軟件還需要負(fù)責(zé)和另外一個(gè)壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、一個(gè)流量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接，通訊協(xié)議為Modubus TCP/IP協(xié)議，我方需要采集壓力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、流量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在我方軟件上進(jìn)行顯示、報(bào)表等;

5）三個(gè)分站和調(diào)度中心的數(shù)據(jù)監(jiān)視均采用UWnTek控制工程應(yīng)用軟件平臺(tái)。

2.3 軟件要求

1）中心軟件要求：（1）主管網(wǎng)圖及三個(gè)分站的實(shí)時(shí)工藝流程圖畫(huà)面，主管網(wǎng)圖應(yīng)顯示主要站點(diǎn)流量壓力參數(shù)，實(shí)時(shí)工藝流程圖應(yīng)顯示主要工藝設(shè)備，參數(shù)應(yīng)在圖中相應(yīng)位置實(shí)時(shí)顯示;（2）報(bào)警及事件的管理和記錄;（3）報(bào)表及打印;（4）軟件的發(fā)布。

2）分站軟件要求：（1）分站的實(shí)時(shí)工藝流程圖畫(huà)面，工藝流程圖應(yīng)顯示主要工藝設(shè)備，參數(shù)應(yīng)在圖中相應(yīng)位置實(shí)時(shí)顯示;（2）分站所有數(shù)據(jù)表顯示，并可顯示趨勢(shì)曲線圖;（3）報(bào)警及事件的管理和記錄;（4）報(bào)表及打印。

3 無(wú)線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 UW500系統(tǒng)概述

依托浙江大學(xué)綜合性學(xué)科優(yōu)勢(shì)，吸收浙江大學(xué)控制工程實(shí)驗(yàn)室、浙江大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化國(guó)家工程研究中心、浙江大學(xué)工業(yè)控制技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、浙江大學(xué)工業(yè)控制技術(shù)研究所數(shù)十年的科研成果，結(jié)合自身長(zhǎng)期的科研攻關(guān)與技術(shù)創(chuàng)新積累及其豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)創(chuàng)新突破、持續(xù)改進(jìn)、歷經(jīng)考核，形成了優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定、先進(jìn)實(shí)用、友好開(kāi)放的新一代主控系統(tǒng)——UW500（UWinPAS500）集散控制系統(tǒng)。已廣泛應(yīng)用于化工、制藥、煉油、石化、鋼鐵、能源、建材、輕工、造紙、環(huán)保等行業(yè)。具有可靠性高、系統(tǒng)開(kāi)放、功能強(qiáng)大、維護(hù)簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。

3.2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

本系統(tǒng)既可通過(guò)監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)對(duì)調(diào)壓站遠(yuǎn)程控制，也可通過(guò)移動(dòng)終端設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，使用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，使生產(chǎn)管理人員掌握有毒有害氣體的生產(chǎn)過(guò)程的壓力、流量變化，并及時(shí)進(jìn)行處置，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無(wú)時(shí)延，無(wú)需輪巡就可以同步接收、處理多個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)，因此可以滿足有毒有害氣體的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

該監(jiān)控系統(tǒng)的硬件由壓力變送器、GPRS DTU、Internet網(wǎng)絡(luò)和管理中心計(jì)算機(jī)組成。位于不同的調(diào)壓站現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)有毒有害氣體的壓力、流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);壓力、流量信號(hào)通過(guò)RS232接口直接連接GPRS DTU模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線透明傳輸，這樣現(xiàn)場(chǎng)壓力、流量信號(hào)通過(guò)INTENET網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的有線儀表，如流量計(jì)、液位儀、變送器、調(diào)節(jié)閥等儀表，可通過(guò)加裝無(wú)線電流電壓轉(zhuǎn)換器，無(wú)線傳輸4-20mA電流信號(hào)及電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線測(cè)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各測(cè)量點(diǎn)的壓力、電流等數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)節(jié)閥和開(kāi)關(guān)輸出控制。

系統(tǒng)的軟件主要有：數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)分析模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，將獲取的壓力、流量信號(hào)，經(jīng)RS232接口發(fā)送給GPRS無(wú)線數(shù)傳模塊，通過(guò)INTNET傳送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。GPRS采用分組交換技術(shù)，可以同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一個(gè)無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，從而實(shí)現(xiàn)了高速率數(shù)據(jù)傳輸。由于GPRS具有全雙工運(yùn)作，間隙收發(fā)，永遠(yuǎn)在線，只在收發(fā)數(shù)據(jù)才占用系統(tǒng)資源，使得GPRS通訊模塊開(kāi)機(jī)能自動(dòng)附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上，并與監(jiān)控中心建立通信鏈路，隨時(shí)收發(fā)現(xiàn)場(chǎng)采集到的壓力、流量等數(shù)據(jù)。

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由中心上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)兩部分組成。上位機(jī)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器、工作站和數(shù)據(jù)庫(kù)。其中，數(shù)據(jù)采集與處理服務(wù)器主要負(fù)責(zé)與通訊前置機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，與移動(dòng)公司聯(lián)網(wǎng)獲得數(shù)據(jù);中心計(jì)算機(jī)運(yùn)行后臺(tái)監(jiān)測(cè)分析軟件，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集分析與報(bào)表等功能;數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用來(lái)存儲(chǔ)和管理整個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù);工作站的任務(wù)是提供—個(gè)良好的人機(jī)界面供詞度員進(jìn)行監(jiān)視和控制。下位機(jī)系統(tǒng)由DTU單元組成。整個(gè)監(jiān)控中心擁有固定的IP地址，要和每一個(gè)有毒有害氣體生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控的調(diào)壓站數(shù)據(jù)采集點(diǎn)保持實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)連接，GPRS模塊登陸GSM網(wǎng)絡(luò)后，自動(dòng)連接到監(jiān)控中心，向監(jiān)控中心報(bào)告其IP地址，并保持和維護(hù)鏈路的連接，GPRS模塊監(jiān)測(cè)鏈路的連接情況，一旦發(fā)生異常，GPRS模塊自動(dòng)重新建立鏈路，監(jiān)控中心和GPRS模塊DTU之間就可以通過(guò)IP地址用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行雙向通信，實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)有毒有害氣體生產(chǎn)過(guò)程無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)危險(xiǎn)性較大的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)采集以及分析的功能，這對(duì)生產(chǎn)過(guò)程管理具有重要意義。

作者簡(jiǎn)介

皇家偉（1999-），男，漢族，江蘇省淮安市人，本院2018級(jí)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)1822班?？圃谧x，研究方向：工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化。

高新明（2000-），男，漢族，江蘇省徐州市人，本院2018級(jí)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化專業(yè)1822班?？圃谧x，研究方向：工業(yè)過(guò)程自動(dòng)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(xué)院教師，研究方向：自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)。