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HG2000系列燃氣安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與未來
HG2000系列燃氣安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與未來 摘要：本文描述了HG2000系列產(chǎn)品的系統(tǒng)組成，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能和性能，重點介紹了平臺化、模塊化的系統(tǒng)特色，以及解決通訊可靠性和電源可靠性的方法。并提出了對全市聯(lián)網(wǎng)、WEB化服務(wù)的方案。 近幾年來隨著信息化浪潮的到來和生活水平的提高，住宅信息化、智能化已經(jīng)成為一種時尚。與之配合，人們開發(fā)了多種功能各異的保安系統(tǒng)，這些系統(tǒng)大多以小區(qū)管理為中心，對往宅內(nèi)的多項參數(shù)進行遙測、遙控和遙調(diào)。 根據(jù)數(shù)據(jù)流量和對運行可靠性要求的不同�？蓪⑦@些系統(tǒng)歸為兩個大類：1.信息化系統(tǒng)：如寬頻網(wǎng)絡(luò)、CATV、電話是用來傳輸海量信息(獲取文件、影音信息等等)的，數(shù)據(jù)量大，要求高帶寬、速度快、延時小但是對設(shè)備的可靠性以及電磁兼容性要求不高，設(shè)備只有在使用時開機。2.工控系統(tǒng)，如遠程報警、遠程控制、遠程數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)量小，但是對可靠性和電磁兼容性要求很高，要求符合《信息技術(shù)設(shè)備的電磁抗擾度》標準。設(shè)備要求24小時開機，有不間斷電源，不能產(chǎn)生誤動作和數(shù)據(jù)錯誤。 由于這兩類系統(tǒng)要求不同，所以將兩個系統(tǒng)集成在一起的難度比較大，一切的問題都是經(jīng)濟問題。一般來講，如果要實現(xiàn)兩類系統(tǒng)的集成，在每個家庭都要求有一個工控級的PC作為前端機，保證24小時開機，這樣就必須加長延時的UPS電源，這些設(shè)備都是很昂貴的。比較起來還是分為兩個系統(tǒng)成本比較低廉。 我們漢光公司從事的正是工控類系統(tǒng)的研制開發(fā)和生產(chǎn)安裝。下面我們主要就工控系統(tǒng)來討論。 1HG2000系列智能住宅安全監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)現(xiàn)狀 HG2000系統(tǒng)已經(jīng)在北京和成都、奧林匹克花園等地投入運行一年有余，HG2000A系統(tǒng)已經(jīng)投入運行將近半年。對于燃氣泄漏報警、切斷、遠程控制以及抄表都已經(jīng)實現(xiàn)。并且已經(jīng)通過CDPD實現(xiàn)了一個全市聯(lián)網(wǎng)的實驗系統(tǒng)，一旦集團公司的搶險調(diào)度中心建成立即可以實現(xiàn)全市聯(lián)網(wǎng)的燃氣監(jiān)控。我們正在自己研：制用電話線聯(lián)網(wǎng)的燃氣監(jiān)控中心的管理軟件和GW201電話線網(wǎng)關(guān)以及大流量用戶監(jiān)控器，預(yù)計今年年底之前管理軟件的測試版和網(wǎng)關(guān)及監(jiān)控器樣機可以問世，2001年上半年可以投入實際運行。 在物業(yè)管理方面，我們正在研制小區(qū)的巡更系統(tǒng)、停車場和會所消費一卡通系統(tǒng)，將為智能化小區(qū)提供：一套完整的解決方案。 2小區(qū)內(nèi)HG2000系列產(chǎn)品的實現(xiàn) 2.1平臺的建設(shè)和傳輸介質(zhì)的選擇 在我們這個行業(yè)里。有許多產(chǎn)品，比如單獨的抄：表系統(tǒng)。能夠進行3表抄錄；單獨的報警系統(tǒng)可以用電話線實現(xiàn)防盜報警；單獨的燃氣泄漏報警系統(tǒng)或報：警加切斷的系統(tǒng)；也有一些系統(tǒng)實現(xiàn)了一定程度的集成，將抄表、報警、燃氣切斷集成在一起，但是到目前為止我們發(fā)現(xiàn)這種集成還僅僅是功能的堆砌，不是有機的集成。其實所有上述的功能不外乎兩個方面，數(shù)據(jù)采集：抄表、報警、讀取狀態(tài)等等。數(shù)據(jù)發(fā)送：控制。只要對各種設(shè)備進行分類編號，對每個設(shè)備給出幾個參數(shù)類別，就完全可以制定一個統(tǒng)一的通訊協(xié)議來實現(xiàn)各種復(fù)雜的功能。正是在這個基礎(chǔ)上我們建立了一套適用于住宅的、針對數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩皇轻槍唧w功能的通訊協(xié)議，從而建立了一個平臺，在這個平臺上實現(xiàn)一種新的功能只是增加了一個新的設(shè)備號碼，和關(guān)于這個設(shè)備的一個數(shù)學(xué)模型，而不再是重新設(shè)計一套系統(tǒng)。這樣就可以以非�？斓乃俣冗m應(yīng)市場的要：求，而且對于已經(jīng)安裝了系統(tǒng)的用戶可以進行系統(tǒng)的升級，而不用拆掉重來，從而為用戶節(jié)約資金，正象在WINDOWS上增加一個新的功能一樣，不用將原來的電腦換掉只需安裝一個新的應(yīng)用程序。另外，在硬件設(shè)計方面。將所有的功能集中在一個線路板上的方式是目前大多數(shù)集成的系統(tǒng)所采用的方式，我們認為這是不科學(xué)、不合理的，不同的用戶會有不同的需求，有些用戶只需要抄表的功能，有些只需要安防的功能，用一套設(shè)備想適應(yīng)所有的需求是不現(xiàn)實的。因此，我們采用了模塊化設(shè)計的方式，可以適應(yīng)用戶的各種需求。 在以上的種種系統(tǒng)中，傳輸介質(zhì)也不盡相同。有采用電力線載波的系統(tǒng)，有采用電話線的系統(tǒng)，有采用LONWORKS總線的系統(tǒng)、有采用485總線的系統(tǒng)、有采用雙向CATV網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)等等種類非常繁多。漢光公司的系統(tǒng)是采用485工業(yè)控制總線，采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的通訊協(xié)議構(gòu)成的一套現(xiàn)場總線作為通訊介質(zhì)。為什么我們要選用485總線作為通訊介質(zhì)呢?電力線載波所采用介質(zhì)是一種不可靠的介質(zhì)，在這種介質(zhì)中，如果不進行嚴格的校驗，數(shù)據(jù)出錯的幾率，也就是誤碼率非常高，如果進行嚴格的校驗，實時性難以保證。因此只能用在一些對實時性要求不高的場合，比如抄表，在晚上，一般電力線上噪聲比較小，誤碼率比較低，可以選擇在晚上進行。但是如果對實時性要求較高的場合則不適宜采用。漢光公司的產(chǎn)品有報警和控制功能，要求實時性高，必須采用可靠的信道進行傳輸，不適宜采用電力線載波方式。電話線方式是比較方便的，但是要求用戶必須再申請一部電話專門用來數(shù)據(jù)傳輸用戶難以接受。LONWORKS系統(tǒng)是一套非常優(yōu)秀的現(xiàn)場總線，但是一方面價格非常昂貴，另外一方面，LONWORKS技術(shù)是用來實現(xiàn)比較小型的工業(yè)控制系統(tǒng)的，而且沒有為住宅內(nèi)部的計量短路、斷路的測量、閥門控制等等提供專門的接口，使用起來不是十分的方便。采用CABLEMODEM將信號在CATV網(wǎng)絡(luò)進行傳輸是一個比較理想的方式，但是目前的網(wǎng)絡(luò)都是單向網(wǎng)絡(luò)，必須進行雙向改造，這不是我們或者大多數(shù)開發(fā)商力所能及的。另外，在國內(nèi)進行雙向網(wǎng)絡(luò)改造的技術(shù)還不是十分完善，因此也影響了HFC的進程，原因是中國的用戶使用CATV系統(tǒng)很不規(guī)范，在戶內(nèi)有兩臺電視的情況下不采用分支器，而是直接連接，大大影響了系統(tǒng)階性能。工程安裝也存在很多問題，原來的系統(tǒng)品質(zhì)就不是很好。 在綜合了以上種種原因之后，我們認為在目前情況下，采用485工控總線作為下層總線是最為合理的方案。在上層總線的選擇方面，我們考慮到目前小區(qū)局域網(wǎng)的建設(shè)，采用了以太網(wǎng)，這樣就使我們的系統(tǒng)可以直接利用現(xiàn)成的以太網(wǎng)。從而減少重復(fù)的投資并實現(xiàn)高速傳輸。我們將工控級的PC作為區(qū)域主機，有以太網(wǎng)接口，作為以太網(wǎng)和485總線的網(wǎng)關(guān)，使系統(tǒng)可靠性得以很大的提升。 我們認為，在這套系統(tǒng)中，介質(zhì)問題是一個枝節(jié)問題，核心的問題在于一個軟件平臺的建立。只要建立了平臺，采用什么樣的網(wǎng)絡(luò)目前都有現(xiàn)成的技術(shù)和設(shè)備。 2．2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點 在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中我們采用了一個關(guān)鍵的技術(shù)--HUB485集線器——從而使485總線在構(gòu)成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)時仍然十分穩(wěn)定可靠。 RS485總線是一種工業(yè)控制的總線，總線制有一個非常大的優(yōu)點就是簡單，另外一個優(yōu)點就是所有設(shè)備的接口都是統(tǒng)一的。但是總線要求節(jié)點距離總線的距離在1m以內(nèi)，否則，整個系統(tǒng)的傳輸特性將發(fā)生很大的變化，使數(shù)據(jù)傳輸變的不可靠。在工業(yè)控制的現(xiàn)場，由于節(jié)點數(shù)量少。空間寬敞，一般情況都可以滿足要求。但是在住宅智能化實際工程中，完全按照總線方法布線幾乎是不可能的。另外總線制有一個非常大的缺陷就是，一點短路，整個系統(tǒng)將癱瘓。因此在節(jié)點非常多的情況下采用這種方式，給系統(tǒng)的可靠性帶來十分大的威脅。據(jù)我們了解，國內(nèi)許多廠商開發(fā)的系統(tǒng)都是總線制系統(tǒng)，都不同程度地存在傳輸不可靠的問題。 我們注意到以太網(wǎng)發(fā)展初期，采用10base／2或者10base／5方式，采用同軸電纜和BNC接頭將聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備并聯(lián)起來構(gòu)成局域網(wǎng)。經(jīng)常發(fā)生一臺機器故障造成整個網(wǎng)絡(luò)不能正常工作的事件，后來以太網(wǎng)發(fā)展了一種新的方式10base／T，采用雙絞線傳輸，用集線器HUB實現(xiàn)總線的分支，通訊接口實現(xiàn)了點對點的物理連接，從而才有了目前的綜合布線系統(tǒng)的流行。 我們借鑒了上述的方法，自行研制開發(fā)了RS485網(wǎng)絡(luò)的集線器——HUB485(我們正在申請專利)，徹底解決了通訊不可靠的問題。 另外在每一棟樓的傳輸線入口處，增加了一個光隔離的中繼器，使樓內(nèi)的系統(tǒng)與傳輸線之[司實現(xiàn)了電氣隔離，從而可以使外部傳輸線路上的雷擊不會損壞樓內(nèi)系統(tǒng)。 在硬件設(shè)計方面，智能終端IT200采用了模塊化的結(jié)構(gòu)，目前開發(fā)了5種終端模塊IT201——6通道脈沖計量、IT202——2通道脈沖計量、兩通道燃氣報警、兩通道閥門控制、IT203——6通道電控模塊、IT205——8通道安防報警模塊、IT204與其它公司產(chǎn)品的接口模塊。 軟件設(shè)計方面我們采用了WINDOWS風(fēng)格的界面，人機交互非常友好，各種功能齊備。 上述幾種模塊可以任意組合完成不同的功能。在燃氣行業(yè)，采用最多的是IT202模塊，這個模塊可以完成燃氣泄漏報警、報警切斷、遠程開關(guān)、遠程抄錄煤氣表等所有燃氣項目的需要的功能。 我們的系統(tǒng)在小區(qū)內(nèi)已經(jīng)完全實現(xiàn)了遠程報警、遠程控制、遠程抄錄數(shù)據(jù)的要求。用戶已經(jīng)可以通過打電話或者上網(wǎng)的方式來實現(xiàn)對家電的遙控，小區(qū)保安員已經(jīng)可以通過住宅內(nèi)的報警系統(tǒng)上報的報警信息。對各位業(yè)主進行保安服務(wù)。用戶家里的煤氣如果出現(xiàn)泄漏，我們的閥門將在濃度到達爆炸下限15％的時候切斷煤氣的供應(yīng)。如果小區(qū)內(nèi)有診所，只要患者在家中按下緊急求助按鈕，診所就可以實施急救。在小區(qū)內(nèi)已經(jīng)初步達到了住宅智能化的目標。 3 HG2000系列的安裝施工中需要注意的問題 任何系統(tǒng)的安裝與施工都是有條件的，HG2000A系統(tǒng)也不例外。在我們多年的施工安裝過程中有成功的喜悅，也有許多失敗的教訓(xùn)。凡是能夠嚴格按照施工要求進行施工的系統(tǒng)的運行情況都非常良好，凡是不能科學(xué)地對待技術(shù)問題，想走捷徑不符合施工安裝規(guī)范要求的都會出現(xiàn)各種各樣的問題。 電源問題在各種智能設(shè)備或系統(tǒng)中都是非常突出的，比如某工程，將智能終端的電源安裝在陽臺的洗衣機電源上，非常不可靠，以至調(diào)試工作簡直無法進行。因為總有一些住戶不開電源，后來經(jīng)過了一次整改變?yōu)榧泄╇�。但是即使如此。供電也極為不正常，有些用戶反映一晚上會停8、9次電，給系統(tǒng)的正常運行造成很大威脅，由于我們在智能終端中采用的是開關(guān)電源，并且有一個蓄電池作為備電，蓄電池的充電次數(shù)是有限制的。開關(guān)電源(與PC機上的開關(guān)電源原理相同)最忌諱停電立即打開階情況。所以由于上述情況造成了我們系統(tǒng)中智能終端電源板和蓄電池的大量損壞。而且由于這個干擾，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)不準確、主板損壞的情況。在這種情況下。我們組織力量進行研討。采用設(shè)計高性能集中低壓供電的UPS電源。智能終端采用2級電源供電的方式解決的這個特殊的問題。并且，針對電源起停較多造成干擾很大的情況專門對智能終端進行了強化的EMC設(shè)計，大大增強了抗干擾性，徹底消滅了數(shù)據(jù)不準確的情況。 在該工程共390戶的調(diào)試過程中接線的錯誤竟然達到了170多處，給調(diào)試工作帶來極大的困難。 我們的系統(tǒng)是一套計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，迄今為止沒有任何一套計算機的局域網(wǎng)是在外墻明線安裝的。因為非常容易遭受雷擊的損壞，輕則數(shù)據(jù)混亂重則擊毀設(shè)備。在該工程中，全部采用外墻布線而且采用PVC管作為護套管，在非�？諘绲膮^(qū)域有3公里長的埋地管線，也是采用PVC管，再加上該正好處于一個島上屬雷電多發(fā)區(qū)，在2000年9月份的數(shù)次雷擊造成了HG2000系統(tǒng)的9臺樓宇主機、近100臺智能終端IT01被雷擊損壞的嚴重事故。我方本著為用戶負責(zé)的態(tài)度免費更換了設(shè)備，并訂購了中山天威公司的防雷產(chǎn)品，為每臺樓字主機的每一個接口安裝了防雷器。我公司直接經(jīng)濟損失達到10萬元。在該工程施工之前，我方曾經(jīng)通知過負責(zé)施工的公司，凡是敷設(shè)的明管以及埋地管均應(yīng)采用鋼管，但在實際施工過程中，沒有給予應(yīng)有的重視，仍然采用PVC管，埋地電纜的埋深很淺最淺處僅有15cm。 有些代理商為了省線降低成本，本來是點對點的通訊，結(jié)果由于管太細穿不過太多線，變成了HUB上的一個接口對若干個智能終端，從而影響系統(tǒng)的可靠性和可維護性�；蛘呤〉糁欣^器，使內(nèi)部系統(tǒng)失去保護，都會對系統(tǒng)的正常運行構(gòu)成威脅。 一套計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的施工安裝要求是很高的，綜合布線系統(tǒng)實際上就是計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在HG2000A系統(tǒng)的施工中應(yīng)該參照綜合布線系統(tǒng)的施工要求進行。我們集團公司專門制定了《HG2000系列燃氣智能安全監(jiān)控系統(tǒng)工程規(guī)范》。對于弱電線路與強電線路的距離、直埋電纜的埋深、電纜溝中的防水等等方面必須按照有關(guān)規(guī)定實施才能保證系統(tǒng)的可靠性。 總結(jié)以上經(jīng)驗，我們也犯了一些錯誤，就是把關(guān)不嚴，對一些不符合施工規(guī)范的操作沒有給予堅決拒絕，從而造成被動。事實上嚴格把關(guān)對各方都有好處。 4安全系統(tǒng)的發(fā)展目標 在一個城市，或者一個大的社區(qū)建立一個或若干個監(jiān)控中心，對每一戶居民的安全進行監(jiān)控，將采集各種必要的數(shù)據(jù)，為居民提供急救和各種遠程控制的服務(wù)。因此需集成建立4個中心： 4．1燃氣監(jiān)控中心：社區(qū)內(nèi)每一戶居民的燃氣泄漏報警信息都會立刻傳遞到這里，在這里可以采集到每一個用戶的用氣量作為收費的依據(jù)，并且可以進行遠程控制每一戶的閥門的開關(guān)。為燃氣公司收費提供有力的保障。并且為每一個用戶提供遠程控制的服務(wù)，這些服務(wù)看起來是非常有用的，當一個已經(jīng)走出家門很遠的用戶突然想起爐火沒關(guān)時，我們可以想象他該有多著急，沒有關(guān)系，只要給燃氣監(jiān)控中心一個電話，報一個密碼，就可以幫你關(guān)掉。 社區(qū)內(nèi)的大流量燃氣用戶(工業(yè)用戶、酒樓飯店)、別墅用戶可以得到同樣的服務(wù)，并且燃氣公司可以遠程控制大流量用戶的用氣，為燃氣管理提供有效的手段。 4．2 110報警中心： 4．3 醫(yī)療急救中心： 4.4 HG2000A系統(tǒng)運行監(jiān)控中心在這里將有若干臺服務(wù)器 (1)WEB服務(wù)器，每一個用戶。只要能夠上INTERNET，無論您走到天涯海角，都可以使用瀏覽器對家里的設(shè)備進行操作，讀取必要的數(shù)據(jù)。比如您下班了過半個小時可以回家，可以提前將門窗打開透透氣，然后將空調(diào)打開并調(diào)到合適的溫度；提前將浴池中的水放好，您簡直就是請了一個高科技的保姆。 (2)電話撥號服務(wù)器，與WEB服務(wù)器一樣，只是可以采用撥號的形式； (3)系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，可以在這里監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行情況，為系統(tǒng)提供及時的維護服務(wù)；可以將這里作為數(shù)據(jù)個乙，為各個公共服務(wù)公司提供有償?shù)臄?shù)據(jù)服務(wù)，比如自來水公司、電業(yè)公司、純凈水公司、供熱公司等等。 5實現(xiàn)手段和總體戰(zhàn)略 在小區(qū)內(nèi)采用HG2000A燃氣安全監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為大流量燃氣用戶安裝HG2000A系統(tǒng)和大流量燃氣安全監(jiān)控器，將上述兩個系統(tǒng)通過GW20x網(wǎng)關(guān)與PSTN網(wǎng)或者CDPD、或者其它網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。這樣就構(gòu)成了一個城市級的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。 分區(qū)建設(shè)、逐步聯(lián)網(wǎng)：與賴元楷董事長提出的液化石油氣管道的全市聯(lián)網(wǎng)方案一樣，我們也將采用分區(qū)建設(shè)逐步聯(lián)網(wǎng)的方式，首先在各個小區(qū)內(nèi)建立HG2000A系統(tǒng)，并且開發(fā)市級的各種監(jiān)控中心軟件。在條件成熟的地方只要安裝GW20x就可以實現(xiàn)全市聯(lián)網(wǎng)。
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