GPRS天然氣壓縮機物聯(lián)網(wǎng)監控系統的實(shí)現

　　隨著(zhù)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與節能減排的需求，天然氣的使用已成為未來(lái)能源的一個(gè)主要方向。天然氣壓縮機作為天然氣應用的主要設備，其應用也隨之急劇增長(cháng)。由于天然氣壓縮機種類(lèi)繁多、結構與功能復雜，其故障排查與維修也復雜。目前，主要采用人工定期檢修、現場(chǎng)檢測的方法對CNG壓縮機進(jìn)行事后故障排查;由于其分布廣泛、數量眾多，采用事后人工現場(chǎng)排查故障的方式，費時(shí)費力，維護成本高;且事后排查故障存在較大的滯后，給用戶(hù)帶來(lái)不便，造成一定的經(jīng)濟損失。實(shí)時(shí)監控天然氣壓縮機的運行狀態(tài)、工況參數，及時(shí)進(jìn)行修正，可以避免造成不必要的損失;根據壓縮機的運行記錄，提前預估其故障，也降低維護成本;記錄歷史運行數據與報警信息，方便分析故障、可提高設備故障診斷與維修的效率。因此，研究天然氣壓縮機物聯(lián)網(wǎng)監控系統具有重大意義。近年，無(wú)線(xiàn)傳感、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應用已成為熱點(diǎn)，本文通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)方式把分布廣泛的壓縮機連接到互聯(lián)網(wǎng)上，研究并實(shí)現了天然氣壓縮機的物聯(lián)網(wǎng)監控系統，為天然氣壓縮機的在線(xiàn)檢測、安全運行、智能故障診斷提供了可靠的技術(shù)保證。

　　1系統網(wǎng)絡(luò )架構

　　CNG壓縮機物聯(lián)網(wǎng)監控系統網(wǎng)絡(luò )構架如圖1所示。系統由設備監控網(wǎng)、VPN局域網(wǎng)、移動(dòng)Net、INTERNET四大網(wǎng)絡(luò )組成。

　　多臺CNG壓縮機組成設備監控網(wǎng)，各設備監控網(wǎng)通過(guò)其主監控器對網(wǎng)內的壓縮機進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，把各壓縮機的實(shí)時(shí)運行工況、狀態(tài)參數等數據信息進(jìn)行管理和控制?，F場(chǎng)的設備監控主機以無(wú)線(xiàn)方式連接到移動(dòng)NET中，并通過(guò)移動(dòng)NET的物理鏈路鏈接到NETINTERNET上。對于現場(chǎng)中分布的單臺壓縮機則可不經(jīng)過(guò)設備監控網(wǎng)直接經(jīng)移動(dòng)NET連接INTERNET.建立鏈接后，每一個(gè)設備監控網(wǎng)(或壓縮機設備)在NETINTERNET上具有惟一的IP地址。遠程的監控計算機根據該IP地址，通過(guò)VPN局域網(wǎng)與INTERNET進(jìn)行數據交換，實(shí)現遠程壓縮機的數據訪(fǎng)問(wèn)和控制。

　　圖1 CNG壓縮機物聯(lián)網(wǎng)系統網(wǎng)絡(luò )構成

　　CNG壓縮機物聯(lián)網(wǎng)監控系統從數據與信息處理角度劃分，可分為設備監控層、數據傳輸層、存儲分析層、展示與管理層4個(gè)層級。每個(gè)層級采用對應的不同系統，組成一個(gè)完整的綜合性的網(wǎng)絡(luò )。如圖2所示，各現場(chǎng)壓縮機通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)(485總線(xiàn)、CAN總線(xiàn)等)，連接成設備監控網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò )為設備監控層，負責壓縮機實(shí)時(shí)工況及運行狀態(tài)的監控。壓縮機的監控主機實(shí)時(shí)采集網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)中的數據，并把采集到的數據發(fā)送到GPRS模塊上。數據傳輸層由GPRS模塊、發(fā)射基站、GPRS骨干網(wǎng)、INTERNET、VPN局域網(wǎng)構成，它們之間采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行數據的傳送。在網(wǎng)絡(luò )建立連接時(shí)，可以通過(guò)遠程監控計算機主動(dòng)連接設備監控網(wǎng)的GPRS模塊，也可以通過(guò)GPRS模塊主動(dòng)尋找監控主機的服務(wù)器。由于GPRS模塊通常是由路由自動(dòng)分配IP地址，而監控主機的服務(wù)器通常具有固定IP地址，所以本文采用GPRS主動(dòng)尋找監控計算機服務(wù)器的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )連接。GPRS模塊上電后，首先尋找其附近的發(fā)射基站，通過(guò)它注冊到GPRS骨干網(wǎng)上，然后通過(guò)INTERNET，連接到其設置的IP地址對應的VNP局域網(wǎng)的服務(wù)器上。該遠程監控端的服務(wù)器接收到現場(chǎng)壓縮機的實(shí)時(shí)數據后，運行數據庫管理軟件，對該數據進(jìn)行存儲，并運行專(zhuān)家系統對數據進(jìn)行分析和管理，局域網(wǎng)內的監控計算機運行人機界面程序，對服務(wù)器的數據庫進(jìn)行顯示、查詢(xún)、修改，并根據專(zhuān)家系統及個(gè)人分析的結果發(fā)出控制命令，對遠程壓縮機進(jìn)行控制。

　　2設備監控層聯(lián)網(wǎng)

　　系統硬件由CNG壓縮機、控制器、現場(chǎng)總線(xiàn)、監控主機、GPRS模塊、發(fā)射基站、網(wǎng)絡(luò )鏈路、服務(wù)器、監控計算機組成。由于網(wǎng)絡(luò )物理鏈路已存在，用戶(hù)只需建立壓縮機的設備監控網(wǎng)和監控計算機的局域網(wǎng)，并把它們連接到INTERNET上。在配置好相應的參數后，任一連接在INTERNET上的計算機都可以都可作為監控計算機，對遠程的任意一臺壓縮機進(jìn)行數據交換，組成了的壓縮機物聯(lián)網(wǎng)?？梢?jiàn)，設備監控網(wǎng)的建立、設備監控層的聯(lián)網(wǎng)、遠程監控程序編寫(xiě)這三個(gè)環(huán)節為壓縮機物聯(lián)網(wǎng)監控系統的關(guān)鍵。對設備監控網(wǎng)的建立方面有較多的研究與應用，故對此不做詳述。以下主要詳述設備監控網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)以及遠程監控程序的編寫(xiě)。

　　圖2 CNG壓縮機物聯(lián)網(wǎng)節點(diǎn)的數據傳輸

　　如圖3所示，各個(gè)壓縮機PLC實(shí)時(shí)采集現場(chǎng)數據：電源的電流電壓、閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、進(jìn)出氣口與儲罐的氣體壓力、進(jìn)排氣溫度、報警信息、操作按鈕、潤滑狀態(tài)、排污情況等;監控主機把各壓縮機PLC采集的數據進(jìn)行接收、整理和存儲。然后把該數據傳輸給GPRS模塊、GPRS模塊采用TCP/IP或UDP協(xié)議經(jīng)INTERNET發(fā)送到遠程的服務(wù)器中。

　　圖3現場(chǎng)設備監控網(wǎng)的數據收發(fā)

　　在監控主機內運行的程序由聯(lián)網(wǎng)通信、數據收發(fā)和監控管理三個(gè)子程序組成。聯(lián)網(wǎng)通信子程序負責向GPRS發(fā)送聯(lián)網(wǎng)請求，與遠程主機握手、實(shí)現設備監控網(wǎng)的INTERNET掛接。數據收發(fā)子程序，負責接收下位機的監控數據，存儲并發(fā)送到GPRS模塊端;當GPRS端傳來(lái)遠程控制指令時(shí)，該收發(fā)子程序接收該指令并向下位機發(fā)送指令信號，對CNG壓縮機進(jìn)行控制。監控管理字程序，主要負責對下位機進(jìn)行管理，對實(shí)時(shí)數據分析、處理。GPRS模塊內運行三個(gè)子程序：通信子程序、通信協(xié)議子程序和無(wú)線(xiàn)收發(fā)字程序。通信子程序負責與監控主機進(jìn)行數據交換;通信協(xié)議子程序負責把來(lái)自監控主機的數據打包成TCP/IP或UDP協(xié)議格式，或把來(lái)自網(wǎng)絡(luò )的數據包轉換成現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議格式，以實(shí)現數據通信;無(wú)線(xiàn)收發(fā)子程序負責控制無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片，把數據信號以電磁波的方式發(fā)送出去，并把接受到的電磁波轉換成數據信號，進(jìn)行儲存。