基于MODBUS TCP協議的遠程抄表系統應用

摘 要

【摘要】遠程抄表系統由數據采集終端通過一定的通訊協議方式對燃氣表具進行采集；數據以GPRS/CDMA專網為網絡依托，采用標準MODBUS TCP協議將信息,及時發送到數據監控中心；數據監
【摘要】遠程抄表系統由數據采集終端通過一定的通訊協議方式對燃氣表具進行采集；數據以GPRS/CDMA專網為網絡依托，采用標準MODBUS TCP協議將信息,及時發送到數據監控中心；數據監控中心運用計算機通信、信息管理和數據庫系統，對用戶燃氣表具的工作狀況進行實時監視，實現對用戶氣量和用氣特性作出技術分析。
【關鍵詞】遠程抄表系統；MODBUS TCP協議；光電譯碼技術；太陽能供電
    一、背景
    2009年11月中旬，杭州天然氣供氣缺口不斷擴大，供氣形勢嚴峻。為了有效地緩解天然氣供需矛盾，在保證民用的前提下，達到資源合理利用，最大限度地減少工業、公建用戶的經濟損失，(集團)公司對主城區工業用戶采取有序輪流停氣、限供和對多家公建用戶進行限供措施。
    同年12月，在認真總結天然氣應急限供的經驗教訓同時，為切實加強用戶氣量的數據收集和信息分析的基礎管理工作，(集團)公司著力推行對工業、公建用戶氣量的遠程監控工作。
    二、遠程抄表系統在工業及公建用戶用氣監控的應用
    工業及公建用戶遠程抄表系統的應用是對工業、公建用戶終端點壓力、溫度、流量、計量等信息有效監控的信息管理系統，對公司在安全生產、氣量調度等工作的有序進行具有重要意義。
   遠程抄表系統由數據采集終端通過一定的通訊協議方式對燃氣表具進行采集；數據以GPRS/CDMA專網為網絡依托，采用標準MODBUS TCP協議將信息及時發送到數據監控中心；數據監控中心運用計算機通信、信息管理和數據庫系統，對用戶燃氣表具的工作狀況進行實時監視，實現對用戶氣量和用氣特性作出技術分析。
   抄表系統建設初期對6家系統搭建商的39套遠程抄表終端進行試運行。考慮到此次試運行涉及廠家較多，決定通過VMware采用虛擬機技術進行模擬，保證整個計算機硬件系統在一個完全隔離環境中實現正常運行，有效降低了服務器數量的需求和試驗投資。目前已將各廠家采集終端統一接入DNYAC 10.0上位軟件(該軟件同時實現原SCADA系統備調功能)，系統架構如圖1所示：
 

   根據公司對網絡安全的特殊要求，采用GPRS/CDMA專線，實現采集終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中出現泄漏的可能，兩者通過防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
   截至2011年6月，上位軟件已成功近1000塊工業及公建用戶流量計數據。
   三、系統應用前期遇到的問題
   1.數據采集終端底層MODBUS TCP數據采集格式不統一
在系統投入初期，由于各系統搭建商以自定義底層MODBUS TCP數據采集格式進行傳輸，導致上傳數據內容混亂。經討論，通過統一MODBUS寄存器地址(見表1)，可有效解決這一問題。
 

   2.部分現場取電困難
   由于現場數據采集頻率要求，現場采集終端采用220V交流供電加后備蓄電池組方式進行供電安裝。但是在實際施工過程中，遇到個別現場因無法取得220V電源、大理石地面埋管不便等原因造成現場因供電問題而無法施工。
    為此，提出在這些現場使用太陽能供電系統進行供電的方案(見圖2)。
 

    整個系統的供電是通過太陽能電路板采集太陽能將電能通過電源管理器存儲到鉛酸電池內，然后由鉛酸電池放電為數據采集終端提供電源。數據采集終端通過可控的隔離電源為用戶的流量計供電，通過光耦隔離和用戶流量計通訊獲取數據。
   太陽能供電系統與外界環境完全隔離，有效解決了取電難問題，同時避免了由于交流供
電可能帶來的浪涌、瞬變的干擾，避免感應雷的影響。
   3.皮膜表不具備遠傳功能
   在工業及公建用戶流量計中存在大量皮膜表，因皮膜表的自身不具備遠傳功能，通過對皮膜表進行內部改造使新的計度器可以輸出脈沖信號的方式實現數據遠程傳輸與現場的數據存儲。
    皮膜表改造項目采用了較為先進的光電譯碼技術，在計數器每個轉盤上的刻度對應圓周位置處，開出不同形狀的孔，計數器兩邊分別裝有光發射器和光接收器，紅外線通過開孔的透射，把光束照射到光接受器，光接受器根據每個孔的形狀特點及排列特點，根據規定的譯碼信息，轉換成相對應的刻度數值大小。
   光電譯碼器工作時，從底數位計數器轉盤開始逐位定時、定位透射，直到最高數位的計數器轉盤為一個周期，從而譯出一個完整的計數器讀數。在表具的計數器支架上加裝紅外收發管，通過中間帶編碼孔的字輪組成光機電轉換裝置。齒輪每轉一圈會有一組信號輸出。
   更新后的計數器信號通過RS232/485方式輸出給采集終端，采集終端實時讀取計數器的數據信號并存儲。采集終端與DTU通過RS232/485連接，DTU直接接入GPRS/CDMA專網與中心建立連接，從而實現數據遠傳的目的。
抽取部分皮膜表遠傳數據與現場數據進行對照(如表2)：
表2遠傳數據與現場數據進行對照表
站點名稱
皮膜表型號
時間
遠傳數據
時間
現場數據
天鴻飯店中餐廳
LMN-40
16：03
125290
16：05
125291
天鴻飯店宴會廳
LMN-16
16：08
54924
16：10
54925
天鴻飯店職工餐廳
LMN-25
16：08
47401
16：09
47401
聚樂園
LMN-25
15：03
60350
15：05
60351
翔園賓館
LMN-40
15：08
147280
15：06
147279
翔園賓館
LMN-16
15：08
10642
15：09
10643
   通過對上位軟件的數據曲線趨勢分析，可以看出用戶用氣量隨著時間的推移而平穩增長，無數據突變，表明改造的皮膜表數據遠傳系統性能運行穩定、可靠；通過與現場機械表頭讀數比較，上位軟件的數據變化量與現場機械轉子變化數據量基本一致，驗證了該系統的數據遠傳系統的準確性。
   四、小結
   以上主要闡述了(集團)公司在遠程抄表系統在實際應用中的一些經驗和在建設過程中所遇到的問題及解決辦法。通過不斷的探索，遠程抄表系統完全能夠穩定運行，并且滿足大數量級采集終端監控、讀取、控制、數據分析等功能。
 
 
(本文作者：孫一帆 杭州市燃氣(集團)有限公司)