智能燃氣管理信息系統的開發與設計

夏冰沁 余有靈

（同濟大學電子與信息工程學院，上海 201804）

智能燃氣管理信息系統的開發與設計

夏冰沁 余有靈

（同濟大學電子與信息工程學院，上海 201804）

燃氣調壓器用于降壓與穩壓，是燃氣供應系統中的重要設備。建立基于VB.net和SQL Server的管理信息系統，對燃氣數據進行管理、顯示，并通過分析調壓器出口壓力的變化趨勢，實現對調壓器故障的初步診斷。實際應用證明，該系統運行穩定，較好地實現了燃氣信息管理以及故障診斷。

天然氣；燃氣調壓器；管理信息系統；故障診斷

1 引言

燃氣調壓器素有天然氣管網“心臟”之稱，用于在流量和進口壓力變化時調節和控制出口壓力，使得出口壓力能夠維持在恒定狀態[1-2]。它的安全運行直接關系到用戶能否正常使用天然氣。為確保燃氣調壓設施的安全穩定運行，無論是燃氣總公司還是小區物業都要定期對調壓器進行檢修。通過對通過燃氣調壓器各參數進行實時讀取、記錄、存儲、顯示，不但可以幫助燃氣公司記錄燃氣使用量，還可以更好地幫助管理與維護燃氣調壓器與管網的正常運行[3]。

本文采用客戶機/服務器網絡體系結構和大型數據庫系統，開發了一條實用、高效的智能燃氣管理信息系統[4]。該系統在Visual Studio 2010平臺下開發，使用VB.net語言完成對系統的開發，并利用SQL Server 2012作為后臺數據庫，采用三層架構完成對數據的管理以及燃氣調壓器故障的初步診斷[5]。

2 智能燃氣管理信息的設計

2.1 系統功能設計

根據燃氣數據管理的實際情況，要求系統主要有以下功能：（1）良好的人機界面，可以方便快捷的訪問燃氣數據。將數據直觀地用圖線形式展示出來，使用戶可以觀察到數據的趨勢變化等。并仿照股票，采用K線圖和柱狀圖表示，顯示數據的長期變化，從而發現調壓器的潛在故障。（2）方便快捷的信息查詢功能。通過設置時間、站點等參數值，用圖線和列表顯示歷史數據。（3）圖線數據的實時處理以及可能故障的提醒功能。通過對燃氣各類型數據的處理與分析，給出某燃氣調壓器可能出現的故障。（4）各站點調壓器的詳細信息，包括調壓器的基本信息、站點信息以及與調壓器相關的資料信息等。（5）在相應的權限下，對后臺數據進行調節、刪除、修改等操作。

智能燃氣管理信息系統主要分為：用戶管理、燃氣數據顯示、調壓器故障診斷、調壓器基本信息管理、調壓器日常管理、系統維護管理共6部分。系統模塊結構如圖1所示。

圖1 系統模塊結構圖

2.2 系統三層架構設計

在軟件架構設計中，分層次結構比較常見，且可以實現規范代碼，提高重用度，降低耦合度的功能。分層式結構一般分為三層，由上至下依次是表現層(UI)、業務邏輯層(UI)、數據訪問層(BLL)。

（1）表現層

系統的用戶接口部分，負責使用者與整個系統的交互。在這一層的設計上不但要考慮功能的全面性，也要注重用戶的使用習慣。本系統界面采用VB.net來設計，并使用Dev Express界面控件套件，該控件提供了一系列的DotNet界面控件，界面設計高效，效果美觀。在設計中主要使用WinForm開發工具進行設計及開發。

（2）業務邏輯層

是整個系統的核心，不但為表現出提供功能調用，同時使用數據訪問層提供的功能訪問數據庫。本管理信息系統中，業務層借助matlab的計算功能，使matlab與VB.net對接，完成數據曲線特征的提取、計算與分析，根據結果與歷史數據判斷當前調壓器的運行狀態。并負責數據的查詢、添加、刪除、修改等操作。若涉及到數據庫的訪問，則調用數據訪問層。

（3）數據訪問層

該層的主要作用是為業務邏輯層提供服務，實現管理信息系統與數據庫的交互。使用ADO.NET（ActiveX Data Objects for the .NET Framework）完成應用程序與數據交互。其按照給定要求從各種類型的數據庫中提取數據或者向數據庫存取數據，并保持操作的一致性。本系統的數據訪問層實現對燃氣通過調壓器的進出口壓力、瞬時累積流量、溫度、采樣時間等數據進行訪問。

2.3 數據庫設計

由于燃氣數據采樣頻繁，且站點數多，根據燃氣數據的管理要求，并考慮到系統開發使用微軟的VB.net，采用當下流行的SQL Server 2012數據庫作為后臺數據庫管理燃氣數據。在數據庫中編寫存儲過程，提供輸入輸出參數，完成對數據的查找與操作，降低網絡通信量，提高通信速率。

在本例燃氣管理信息系統中，燃氣數據采集器采集的數據通過控制器中的不同控制通道遠程傳輸到服務器中的數據庫中。一個地區會有多個站點，一個站點又會有一個或多個控制器用于現場數據采集。在設計數據庫時，各地區、站點以及控制器的信息存儲在對應的數據庫表中，通過各表中的意義相同的字段進行關聯，從而提取到確定站點的確定信號數據。

下位機對現場數據信號進行采集，得到的數據以及它對應的通道編號和采樣時間等其他信息作為一條記錄存儲到Controlller_Data的表中，可通過不同地區、站點以及控制器找到對應控制器中的不同數據的存儲位置，從而完成對于所需數據的查找。

圖2為本例數據庫數據關系圖的部分截圖，其中涉及的表包括地區、站點、控制器、控制器通道以及通道數據的信息。這些表在提取通道數據時起著重要的作用。

圖2 部分數據關系圖

3 智能燃氣管理信息的實現

3.1 調壓器可能故障及原因分析

調壓器出現故障時的主要現象及原因如表1所示。通過對燃氣調壓系統各信號數據進行處理與分析，判斷各信號數據或其組合有無表現出故障特征，從而提醒工作人員前往檢修，排查故障。

故障現象將反映在燃氣數據的變化趨勢上，對燃氣數據進行處理，提取數據曲線波形特征，從而將數據變化趨勢轉化為一個個的特征值，通過歷史故障數據對特征值進行的上下限進行限定，在提取特征過程中，不單考慮實時波形，還通過K線圖上多日滑動平均線等綜合判斷從而初步診斷燃氣調壓器運行狀態。

表1 燃氣調壓器常見故障表現現象及原因

3.2 數據來源

本實驗數據取自某燃氣站從2013年10月22日0點至2013年10月31日24點之間下位機傳來的數據。采樣間隔為一分鐘，數據類型包括燃氣調壓站的進出口壓力、瞬時累積流量、溫度以及采樣時間。

3.3 運行實例展示

圖3為燃氣管理信息系統的用戶界面。

圖3 系統運行實例

界面分為四部分，在圖中分別用A,B,C,D標示。A部分為模式選擇列，點擊不同的按鈕則在右側的顯示面板上顯示所選數據項在某時間間隔對應的內容或實時顯示數據。B部分為想要查看的站點數據通道及時間間隔選擇行，通過下拉菜單選擇對應的選項，從而查看目標數據。C部分為顯示主界面，根據A塊所選內容的不同而顯示相應的內容。圖中顯示部分為查看歷史數據列表。D部分為故障初斷結果顯示行，若系統發現調壓器出現故障幾率大則顯示在該行，提醒工作人員前往查看。

4 結語

通過完成對系統的軟件架構設計，建立基于VB.net和SQL Server的燃氣調壓器管理信息系統，使用戶可以全面直觀的了解燃氣使用量及歷史數據，并可通過出口壓力的走勢和經驗數據進行比對，判斷出調壓器是否發生相應故障，提高燃氣調壓器的管理水平，讓檢修人員有針對性的對故障進行檢修，從而減少維修工作量，提高工作效率。

[1] 于碧涌.燃氣調壓器數值模擬與試驗研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學,2007.

[2] 馮良,姜娣,劉書薈. 單級自力式燃氣調壓器動態模型研究[J].煤氣與熱力,2009,(2):10-13.

[3] 楊永美.燃氣調壓器預警系統在燃氣調壓器科學管理中應用[J].上海煤氣,2014, (3):14-16.

[4] 方宗奎,王鑫.基于.Net平臺三層架構C/S模式裝備管理信息系統設計與實現[J].自動化技術與應用,2014,33(10):40-42. [5] 高揚.基于.NET平臺的三層架構軟件框架的設計與實現[J].計算機技術與發展, 2011,21(2):77-80.

Design of intelligent gas management information system

Gas regulator is used to control the outlet pressure, and it is the key component of the gas transmission and distribution system. Building the management information system based on VB.net and SQL Server to manage and show the natural gas data, and to realize the tentative diagnosis of the gas regulator by analyzing the outlet pressure variation tendency. Practical application proves that the system runs stably, and better realizes the information management of the natural gas and fault diagnosis for the gas regulator.

Natural gas; gas regulator; management information system; fault diagnosis

TP311

A

1008-1151(2015)01-0023-03