GPRS天然氣壓縮機物聯網監控系統的實現

　　隨著新能源產業的發展與節能減排的需求，天然氣的使用已成為未來能源的一個主要方向。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。由于天然氣壓縮機種類繁多、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、現場檢測的方法對CNG壓縮機進行事后故障排查;由于其分布廣泛、數量眾多，采用事后人工現場排查故障的方式，費時費力，維護成本高;且事后排查故障存在較大的滯后，給用戶帶來不便，造成一定的經濟損失。實時監控天然氣壓縮機的運行狀態、工況參數，及時進行修正，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網監控系統具有重大意義。近年，無線傳感、物聯網技術的發展和應用已成為熱點，本文通過GPRS無線方式把分布廣泛的壓縮機連接到互聯網上，研究并實現了天然氣壓縮機的物聯網監控系統，為天然氣壓縮機的在線檢測、安全運行、智能故障診斷提供了可靠的技術保證。

　　1系統網絡架構

　　CNG壓縮機物聯網監控系統網絡構架如圖1所示。系統由設備監控網、VPN局域網、移動Net、INTERNET四大網絡組成。

　　多臺CNG壓縮機組成設備監控網，各設備監控網通過其主監控器對網內的壓縮機進行實時監控，把各壓縮機的實時運行工況、狀態參數等數據信息進行管理和控制。現場的設備監控主機以無線方式連接到移動NET中，并通過移動NET的物理鏈路鏈接到NETINTERNET上。對于現場中分布的單臺壓縮機則可不經過設備監控網直接經移動NET連接INTERNET.建立鏈接后，每一個設備監控網(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VPN局域網與INTERNET進行數據交換，實現遠程壓縮機的數據訪問和控制。

　　圖1 CNG壓縮機物聯網系統網絡構成

　　CNG壓縮機物聯網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個層級。每個層級采用對應的不同系統，組成一個完整的綜合性的網絡。如圖2所示，各現場壓縮機通過現場總線(485總線、CAN總線等)，連接成設備監控網，該網絡為設備監控層，負責壓縮機實時工況及運行狀態的監控。壓縮機的監控主機實時采集網絡節點中的數據，并把采集到的數據發送到GPRS模塊上。數據傳輸層由GPRS模塊、發射基站、GPRS骨干網、INTERNET、VPN局域網構成，它們之間采用TCP/IP協議進行數據的傳送。在網絡建立連接時，可以通過遠程監控計算機主動連接設備監控網的GPRS模塊，也可以通過GPRS模塊主動尋找監控主機的服務器。由于GPRS模塊通常是由路由自動分配IP地址，而監控主機的服務器通常具有固定IP地址，所以本文采用GPRS主動尋找監控計算機服務器的方式進行網絡連接。GPRS模塊上電后，首先尋找其附近的發射基站，通過它注冊到GPRS骨干網上，然后通過INTERNET，連接到其設置的IP地址對應的VNP局域網的服務器上。該遠程監控端的服務器接收到現場壓縮機的實時數據后，運行數據庫管理軟件，對該數據進行存儲，并運行專家系統對數據進行分析和管理，局域網內的監控計算機運行人機界面程序，對服務器的數據庫進行顯示、查詢、修改，并根據專家系統及個人分析的結果發出控制命令，對遠程壓縮機進行控制。

　　2設備監控層聯網

　　系統硬件由CNG壓縮機、控制器、現場總線、監控主機、GPRS模塊、發射基站、網絡鏈路、服務器、監控計算機組成。由于網絡物理鏈路已存在，用戶只需建立壓縮機的設備監控網和監控計算機的局域網，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行數據交換，組成了的壓縮機物聯網。可見，設備監控網的建立、設備監控層的聯網、遠程監控程序編寫這三個環節為壓縮機物聯網監控系統的關鍵。對設備監控網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的聯網以及遠程監控程序的編寫。

　　圖2 CNG壓縮機物聯網節點的數據傳輸

　　如圖3所示，各個壓縮機PLC實時采集現場數據：電源的電流電壓、閥門的開關狀態、進出氣口與儲罐的氣體壓力、進排氣溫度、報警信息、操作按鈕、潤滑狀態、排污情況等;監控主機把各壓縮機PLC采集的數據進行接收、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協議經INTERNET發送到遠程的服務器中。

　　圖3現場設備監控網的數據收發

　　在監控主機內運行的程序由聯網通信、數據收發和監控管理三個子程序組成。聯網通信子程序負責向GPRS發送聯網請求，與遠程主機握手、實現設備監控網的INTERNET掛接。數據收發子程序，負責接收下位機的監控數據，存儲并發送到GPRS模塊端;當GPRS端傳來遠程控制指令時，該收發子程序接收該指令并向下位機發送指令信號，對CNG壓縮機進行控制。監控管理字程序，主要負責對下位機進行管理，對實時數據分析、處理。GPRS模塊內運行三個子程序：通信子程序、通信協議子程序和無線收發字程序。通信子程序負責與監控主機進行數據交換;通信協議子程序負責把來自監控主機的數據打包成TCP/IP或UDP協議格式，或把來自網絡的數據包轉換成現場總線協議格式，以實現數據通信;無線收發子程序負責控制無線收發芯片，把數據信號以電磁波的方式發送出去，并把接受到的電磁波轉換成數據信號，進行儲存。