基于GSM的煤气管道监测系统

发布时间：2004-02-09 吴道虎、王睿， 华中科技大学水电与数字化工程学院 姚明明，济南大学

　　我国城市居民、工业煤气用量与日俱增。目前煤气输送管道在各大城市普遍存在，因此城市煤气管道泄漏以及流量监测尤为重要。山东地区原先采用的是无线电台通信方式，但由于城市建设步伐的加快，城市的高层建筑越来越多，严重影响了检测的数据通信。因此，我们利用GSM技术对其进行必要的技术改造，以适应现代城市的发展需求。主要是采用先进的GSM通信技术，利用GSM系统使监测组网灵活，不受通信距离限制，数据信息可以安全传送任何地点，抗干扰能力强。

　　煤气管道监测原理
　　管道监测技术主要有压力梯度法、负压力波法、流量平衡法、超声波检测法等物理方法和一些化学方法，这些方法的特点和应用场合各不相同，在本系统中，我们采用负压力波检测法。主要检测管道是否有泄漏以及流量。
　　负压力波法是一种声学方法，所谓压力波实际是在管输介质中传播的声波，当管道发生泄漏时，由于管道内外的压差，泄漏点的流体迅速流失，压力下降，泄漏点两边的介质由于压差而流向泄漏点处，依次向上下游传递，相当于泄漏点处产生了以一定速度传播的负压力波，根据泄漏产生的负压波传播到上下游的时间差和管内压力波的传播速度就可以计算出泄漏点的位置。流量在监测中也是一个重要的参数，根据煤气输送的特点，煤气管道都不是密闭输送的，用户端本身压力就很低，再加之管道的滤波作用，压力的变化可能会淹没在此噪声中，若同时监测流量的变化，便可以及时发现泄漏，弥补压力灵敏度低的缺点。

　　采取压力流量联合判断的方法，分别在管道的出口和进口加装合适量程的压力变送器、温度变送器和流量变送器，不间断采集主干道与支线管道的压力、温度和流量，以监视管道的运行状况，压力变送器、流量变送器和温度变送器输出标准的0~10V电压模拟信号，并采用GSM的SMS通信格式，定时将检测的值发送到煤气控制室，一旦发现异常现象，便会将信息发送到当日值班的主任GSM终端上，在中控室声光报警。这种检测机制几乎可以实现无人值守。

　　选择ADAM5510理由
　　目前在控制系统中，控制器一般选用IPC、PLC以及嵌入式控制器，IPC由于平台通用、资源丰富，数据处理以及存储功能强，一般用作控制器的服务器或者人机交互。PLC逻辑控制功能极其强大，一般用作现地控制单元，但由于技术相对IPC较为封闭，通用性和兼容性较差，价格偏高，使用会增加硬件成本。而PC－Based PLC的ADAM5510具有IPC和PLC的双重特性，是开放式架构、封闭式系统，并可脱机运行。ADAM-5510的设计紧凑，是一款智能化现场信息采集单元，特别适合于采样及控制点分散，与主机距离较远的数据采集及控制场合。系统配置灵活简单，输入输出模块全部为隔离保护方式，内部具有看门狗电路，大大的提高了系统的可靠性，应用系统开发周期短。
　　研华ADAM-5510嵌入式控制采用开放的PC架构，不仅容易编写控制逻辑，而且容易与PC系统连接。ADAM-5510内置80188CPU和ROM-DOS操作系统。提供512KB FLASH ROM、512KB SRAM用于用户程序下装、系统操作和数据存储。ADAM-5510具有两个串行口用于与其他设备通讯，另有一个程序口用于下载和调试程序。ADAM-5510的高品质特性和合理的价格是被煤气监测所采用的重要原因。　　

　　监测控制系统的配置
　　在煤气管道的每个监测点中，主要检测主干管道煤气的在某支流处上下游的流量与压力、支线管道流量与压力。以及主干管道煤气和支流管道煤气的气体温度，见图1所示。检测控制系统配置图见图2所示。
　　控制器ADAM-5510配置说明
　　1） ADAM-5017H：此模块为8通道差分隔离模拟量输入采集模块，负责对各种经变送之参数进行采集，如：温度、流量、压力共8个值；为了实现系统的冗余控制，在本系统中另外再增加一块ADAM-5017H，用于对测量值进行比较，如果偏差较大，则进行再次采样，否则取二者的平均值作为测量值。
　　2） ADAM-5050：此模块为16通道数字量输入/输出模块，主要负责对各种控制开关以及接触器的开闭进行检测。
　　3） ADAM-5510：此为4槽位独立控制器，内置ROM-DOS系统平台，使用TURBO C或作为开发平台，可以灵活地实现检测与组网，并利用COM1与GSM Modem进行AT指令数据通信。

　　其他配置
　　1） GSM引擎模块：一些手机厂商均有GSM引擎模块GSM Modem，如，Wave COM的WMO2系列，Siemens的TC35系列，Ericsson GM47系列，以及我国中兴的ZXGM18系列。这些模块的功能、用法差别不大。中兴工业级GSM无线调制解调器模块ZXGM18适用于存在GSM数字移动通信系统的地区，该模块由较完善的AT命令来控制，可广泛应用于无线公话、远程监控、汽车导航、车辆调度、智能交通、远程监测、银行金融等领域。此模块是一个完整的GSM Modem，它拥有双频外挂式900 /1800ＭＨｚ双频功能，支持WAP、GPRS通信技术使其可以在多层面上使用。GSM模块与ADAM5510 的COM1采用标准RS－232通信方式，通信字格式为1位停止位、8位数据位、无校验位、波特率为9600bps，帧格式为帧头＋指令＋结束标志。
　　2） 流量变送器：采用了LUGB系列涡街流量变送器，主要是其压力损失小，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响，0~10V模拟标准信号输出很容易与计算机系统配套使用，是一种比较先进、理想的流量仪表。

　　GSM信息
　　短消息业务SMS是GSM系统提供给用户的一种数字业务，也是其核心业务。每个短消息的信息量为160个ASCII字符。每条消息的传送都是通过短消息业务中心(SMSC)，它是GSM网络和其他固定或移动网络之间进行数据通信的控制单元。
　　ADAM5510和GSM模块之间采用AT指令实现互相之间的通信，AT指令的格式符合GSM7.07规范。ADAM5510发出的AT指令用来建立通信链路，AT指令集的指令格式帧都以AT开头，本系统应用了如下指令：
　　设置短消息中心指令：AT+CSCA=“+8613800531500”（山东省SMS中心号码）
　　定义短消息格式指令。AT+CMGF=ｎ(ｎ=1采用文本方式发送，ｎ=0采用PDU格式，即中文方式)。
　　发送短消息指令。AT+CMGS=“+8613ｘｘｘｘｘｘｘｘｘ”>输入短消息。ＣＴＲＬ+Ｚ结束并发送。
　　读短消息指令。AT+CMGR=ｘ(从ｘ存储区读取短消息)。
　　删除短消息指令。AT+CMGD=ｘ(删除ｘ存储区的短消息)。
　　基于ADAM-5510嵌入式控制器和GSM通信方式架构的分布式煤气管道监测系统有效的解决了以往通过无线电台传输数据因为高层建筑以及遮挡物引起的数据通信不可靠的矛盾，从根本上解决了人们对管道煤气检测站分布广、距离远而难以用有线或者无线电台方式组网的难题，实现了数据的远程双向传输。