專利名稱：石油和天然氣管道rtu遠(yuǎn)程控制單元接口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于信息在輸入/輸出設(shè)備之間傳送的技術(shù)，屬于數(shù)字無線傳送系統(tǒng)領(lǐng)域。具體地說涉及一種石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置。具體包括有GSM(global system for mobile communication)全球移動通信系統(tǒng)。GPRS(general packet radio service)通用分組無線業(yè)務(wù)。SCADA(supervisor control anddata acquisition)監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。RTU(remote terminal unie)監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制單元。
美、英、加等國家都大力開展有關(guān)研究，但目前均采用衛(wèi)星通信技術(shù)[1]或自建微波站[2]、長波[3]的方式、還有一部分采用某些節(jié)點方法[4]，我國的有關(guān)研究尚處于初始階段。因GSM/GPRS網(wǎng)剛剛起步拓展，以GSM/GPRS網(wǎng)傳輸遠(yuǎn)距離監(jiān)測和控制數(shù)據(jù)技術(shù)國內(nèi)外均未有報導(dǎo)。經(jīng)過科技文獻(xiàn)查新檢索，有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈墨I(xiàn)數(shù)十篇，關(guān)于將GSM/GPRS網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸用于石油和天然氣支線管道測量參數(shù)的傳遞，國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)與此相同的專利或文獻(xiàn)報道。
對石油和天然氣管道采用的SCADA系統(tǒng)，即監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其主要結(jié)構(gòu)包括控制與傳送單元RTU、通訊網(wǎng)絡(luò)及控制中心(稱SCADA主站)。目前的RTU系統(tǒng)與控制中心稱之為SCADA主站的遠(yuǎn)程通訊鏈路只提供了常規(guī)的VHF/UHF的訊道、無線集群系統(tǒng)、專線(光纖、DDN等)、模擬微波和數(shù)字微波通信接口，沒有提供無線公共移動數(shù)字網(wǎng)的通信接口和系統(tǒng)，而利用移動通信網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，不需要建設(shè)通信站，也不需要鋪設(shè)通信線路，更不需要投入人力物力進(jìn)行運營維護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型專利目的是提供一種石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置，為了上述通用RTU提供增加GSM/GPRS網(wǎng)的通信收發(fā)接口，以此形成新的GSM/GPRS網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸用于石油和天然氣支線管道測量參數(shù)的傳遞的系統(tǒng)。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置，其特征在于結(jié)構(gòu)為來自RTU監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制單元的常規(guī)輸出與輸入接口101分別連接接受RTU傳來的溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)控制器201、202、203；101還連接RTU接受命令的轉(zhuǎn)發(fā)控制器204；101還連接GSM/GPRS發(fā)/接主控制器301；數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)控制器201、202、203連接GSM/GPRS發(fā)/接主控制器301；RTU接受命令的轉(zhuǎn)發(fā)控制器204連接命令鑒別控制器302，GSM/GPRS發(fā)/接主控制器301連接命令鑒別控制器302；GSM/GPRS發(fā)/接主控制器301連接GSM/GPRS發(fā)/接模塊401，GSM/GPRS發(fā)/接模塊401連接帶有放大功能的GSM/GPRS發(fā)/接天線402。
石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置，101為監(jiān)測點的RTU常規(guī)輸出與輸入接口，201、202、203、204、301、302為各類型的8位單片機(jī)，401為GSM/GPRS發(fā)/接模塊，402為帶有放大功能的GSM/GPRS發(fā)/接天線模塊。
201、202、203、204、301、302為各類型的8位單片機(jī)U為DIP40-89C51，其中201的P1口分別連接301的P1口；201的P2口分別連接101輸出與輸入接口；202的P1口分別連接101輸出與輸入接口；202的P2口分別連接301的P0口；203的P1口分別連接101輸出與輸入接口；203的P2口分別連接301的P2口；302的P2口分別連接204的P2口；301的14、15、16、17腳分別連接302的的14、15、16、17腳；每個單片機(jī)40、31腳連接電源；9腳連接電容C3和按鈕與電阻R3的一端，電容C3和按鈕另一端連接電源；電阻R3的另一端連接地線，18腳連接晶振器X1和電容C2的一端，19腳連接晶振器X1另一端和電容C1的一端，電容C1和電容C2另一端連接在一起并連接地線；其中301單片機(jī)U的10、11腳連接集成電路T9C232的12、11腳，T9C232的13、14腳外接401；301單片機(jī)U的12、13腳連接另一個集成電路T9C232的12、11腳，T9C232的13、14腳外接；每個T9C232的1、3腳跨接電容C7，T9C232的4、5腳跨接電容C6，T9C232的6、15腳跨接電容C5，T9C232的16、2腳跨接電容C8，16腳連接電源，15腳接地線。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點是利用石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置可實現(xiàn)利用GSM/GPRS移動通信網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，不需要建設(shè)通信站，本實用新型具有數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院偷土慕ㄔO(shè)、運營和維護(hù)費用。石油和天然氣管道建設(shè)，石油和天然氣管道干線、支線和城市燃?xì)饩W(wǎng)利用GSM/GPRS移動通信網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，不需要建設(shè)通信站，也不需要鋪設(shè)通信線路，更不需要投入人力物力進(jìn)行運營維護(hù)。對于支線完全可以進(jìn)行可靠通信與控制，對于干線建立若干定向直放站進(jìn)行接力，另外，根據(jù)對石油和天然氣管道干支線節(jié)點運行參數(shù)的傳遞和控制的絕對準(zhǔn)確與及時的要求，在干線可提供除光纖傳送外的另一種本專利的低成本的建設(shè)和傳送方式，這樣就可以采用數(shù)據(jù)流雙向認(rèn)證和數(shù)據(jù)流雙向傳送、雙向校對校驗的數(shù)學(xué)模型，通過對數(shù)據(jù)流雙向認(rèn)證和數(shù)據(jù)流雙向傳送、雙向校對校驗，使得石油和天然氣支線管道測量傳遞的參數(shù)是達(dá)到準(zhǔn)確和控制可靠的要求。
每個節(jié)點的測量參數(shù)和控制參數(shù)含溫度、流量、壓力和幾個開關(guān)量，這四個參數(shù)每測量和控制一次只需要幾個字節(jié)，隨著通信的發(fā)展，通信費越來越低。


圖1是本實用新型的基于GSM/GPRS公共移動數(shù)字電信網(wǎng)的石油天然氣管道輸運參數(shù)監(jiān)測點的石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置模塊圖圖2是本實用新型的基于GSM/GPRS公共移動數(shù)字電信網(wǎng)的石油天然氣管道輸運參數(shù)監(jiān)測點的RTU遠(yuǎn)程控制單元接口單元裝置電路之一圖圖3是本實用新型的基于GSM/GPRS公共移動數(shù)字電信網(wǎng)的石油天然氣管道輸運參數(shù)監(jiān)測點的RTU遠(yuǎn)程控制單元接口單元裝置的電路之二圖石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置，101為監(jiān)測點的RTU常規(guī)輸出與輸入接口，201、202、203、204、301、302為各類型的8位單片機(jī)，401為GSM/GPRS發(fā)/接模塊，402為帶有放大功能的GSM/GPRS發(fā)/接天線模塊。
該接口以201、202、203接受RTU傳來的溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給301，同時301的串口也接受RTU傳來的溫度、流量、壓力的串行數(shù)據(jù)，對這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，為真，301發(fā)給302備查，同時通過401的GSM/GPRS發(fā)/接模塊和402為帶有放大功能的GSM/GPRS發(fā)/接天線向中心站發(fā)送。301還存有溫度、流量、壓力的警戒數(shù)據(jù)，對每次數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)警戒數(shù)據(jù)則主動發(fā)送。301也具有判斷巡檢功能。對于控制中心主站發(fā)來的命令，301發(fā)給302，302根據(jù)發(fā)來的命令和301采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后，通過204發(fā)送給RTU。
其軟件設(shè)計的關(guān)鍵為(1)監(jiān)測節(jié)點測量參數(shù)通過數(shù)據(jù)對比，以分組報文編碼形式，打包成符合移動通訊方式傳送。
(2)檢測是否由主站已接收的信息，作相應(yīng)處理。當(dāng)控制中心主站沒有接收到該信息時，設(shè)備自主從內(nèi)部存儲器調(diào)出數(shù)據(jù)采用再發(fā)送方式。
(3)由于對數(shù)據(jù)和命令的接收發(fā)送分別由各自的控制器完成，因此主控制器的相應(yīng)支持軟件協(xié)調(diào)完成整個系統(tǒng)的工作。
(4)主控制器有接受控制中心主站預(yù)設(shè)發(fā)送的閾值、發(fā)送的模式功能。
(5)可以實現(xiàn)①執(zhí)行控制中心主站命令再發(fā)送數(shù)據(jù)。②定時發(fā)送數(shù)據(jù)。③事件發(fā)送數(shù)據(jù)。
(6)可完成控制中心主站觸發(fā)的通訊方式和RTU觸發(fā)的通訊方式的傳送?？刂浦行闹髡居|發(fā)的通訊方式包括輪詢方式、廣播方式、控制命令下發(fā)方式。RTU觸發(fā)的通訊方式包括事件和突發(fā)傳輸方式。
圖2、3的101為監(jiān)測點的RTU常規(guī)輸出與輸入接口，201、202、203、204、301、302為各類型的8位單片機(jī)，比如AT89、68***、AT20**、80**、87**等等。401為GSM/GPRS發(fā)/接模塊，402為帶有放大功能的GSM/GPRS發(fā)/接天線模塊。例如201、202、203、204、301、302的8位單片機(jī)U為DIP40-89C51，其中201的P1口分別連接301的P1口；201的P2口分別連接101輸出與輸入接口；202的P1口分別連接101輸出與輸入接口；202的P2口分別連接301的P0口；203的P1口分別連接101輸出與輸入接口；203的P2口分別連接301的P2口；302的P2口分別連接204的P2口；301的14、15、16、17腳分別連接302的的14、15、16、17腳；每個單片機(jī)40、31腳連接電源；9腳連接電容C3和按鈕與電阻R3的一端，電容C3和按鈕另一端連接電源；電阻R3的另一端連接地線，18腳連接晶振器X1和電容C2的一端，19腳連接晶振器X1另一端和電容C1的一端，電容C1和電容C2另一端連接在一起并連接地線；其中301單片機(jī)U的10、11腳連接集成電路T9C232的12、11腳，T9C232的13、14腳外接401；301單片機(jī)U的12、13腳連接另一個集成電路T9C232的12、11腳，T9C232的13、14腳外接；每個T9C232的1、3腳跨接電容C7，T9C232的4、5腳跨接電容C6，T9C232的6、15腳跨接電容C5，T9C232的16、2腳跨接電容C8，16腳連接電源，15腳接地線。
權(quán)利要求1.一種石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置，其特征在于結(jié)構(gòu)為來自RTU監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制單元的常規(guī)輸出與輸入接口101分別連接接受RTU傳來的溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)控制器201、202、203；101還連接RTU接受命令的轉(zhuǎn)發(fā)控制器204；101還連接GSM/GPRS發(fā)/接主控制器301；數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)控制器201、202、203連接GSM/GPRS發(fā)/接主控制器301；RTU接受命令的轉(zhuǎn)發(fā)控制器204連接命令鑒別控制器302，GSM/GPRS發(fā)/接主控制器301連接命令鑒別控制器302；GSM/GPRS發(fā)/接主控制器301連接GSM/GPRS發(fā)/接模塊401，GSM/GPRS發(fā)/接模塊401連接帶有放大功能的GSM/GPRS發(fā)/接天線402。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置，其特征在于101為監(jiān)測點的RTU常規(guī)輸出與輸入接口，201、202、203、204、301、302為各類型的8位單片機(jī)，401為GSM/GPRS發(fā)/接模塊，402為帶有放大功能的GSM/GPRS發(fā)/接天線模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置，其特征在于201、202、203、204、301、302為各類型的8位單片機(jī)U，其中201的P1口分別連接301的P1口；201的P2口分別連接101輸出與輸入接口；202的P1口分別連接101輸出與輸入接口；202的P2口分別連接301的P0口；203的P1口分別連接101輸出與輸入接口；203的P2口分別連接301的P2口；302的P2口分別連接204的P2口；301的14、15、16、17腳分別連接302的的14、15、16、17腳；每個單片機(jī)40、31腳連接電源；9腳連接電容C3和按鈕與電阻R3的一端，電容C3和按鈕另一端連接電源；電阻R3的另一端連接地線，18腳連接晶振器X1和電容C2的一端，19腳連接晶振器X1另一端和電容C1的一端，電容C1和電容C2另一端連接在一起并連接地線；其中301單片機(jī)U的10、11腳連接集成電路T9C232的12、11腳，T9C232的13、14腳外接401；301單片機(jī)U的12、13腳連接另一個集成電路T9C232的12、11腳，T9C232的13、14腳外接；每個T9C232的1、3腳跨接電容C7，T9C232的4、5腳跨接電容C6，T9C232的6、15腳跨接電容C5，T9C232的16、2腳跨接電容C8，16腳連接電源，15腳接地線。
專利摘要石油和天然氣管道RTU遠(yuǎn)程控制單元接口裝置，來自RTU監(jiān)測監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的常規(guī)輸出、入接口101分別連接RTU傳來的溫度、流量、壓力的數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)控制器201、202、203；101還連接RTU接受命令的轉(zhuǎn)發(fā)控制器204；101還連接GSM/GPRS發(fā)/接主控制器301；201、202、203連接GSM/GPRS發(fā)/接主控制器301；204連接命令鑒別控制器302，301連接302和GSM/GPRS發(fā)/接模塊401，401連接帶有放大功能的GSM/GPRS發(fā)/接天線402；利用本裝置可實現(xiàn)GSM/GPRS移動通信網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，不需建設(shè)通信站鋪設(shè)線路，不需要維護(hù)。數(shù)據(jù)傳輸安全和低廉、運營和維護(hù)費用低。
文檔編號F17D3/01GK2588181SQ0228904
公開日2003年11月26日 申請日期2002年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月5日
發(fā)明者李建, 張韜, 李憲祥, 郭君益, 劉偉, 趙啟大, 朱建新, 張金權(quán), 羅偉棟, 郭澎, 姜正州, 劉永, 劉浩然, 李彬 申請人:天津麥克思韋科技有限公司