HG2000系列燃氣安全監控系統的現狀與未來
摘要：本文描述了HG2000系列產品的系統組成，網絡結構、系統功能和性能，重點介紹了平臺化、模塊化的系統特色，以及解決通訊可靠性和電源可靠性的方法。并提出了對全市聯網、WEB化服務的方案。
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、智能化已經成為一種時尚。與之配合，人們開發了多種功能各異的保安系統，這些系統大多以小區管理為中心，對往宅內的多項參數進行遙測、遙控和遙調。
根據數據流量和對運行可靠性要求的不同。可將這些系統歸為兩個大類：1.信息化系統：如寬頻網絡、CATV、電話是用來傳輸海量信息(獲取文件、影音信息等等)的，數據量大，要求高帶寬、速度快、延時小但是對設備的可靠性以及電磁兼容性要求不高，設備只有在使用時開機。2.工控系統，如遠程報警、遠程控制、遠程數據采集。數據量小，但是對可靠性和電磁兼容性要求很高，要求符合《信息技術設備的電磁抗擾度》標準。設備要求24小時開機，有不間斷電源，不能產生誤動作和數據錯誤。
由于這兩類系統要求不同，所以將兩個系統集成在一起的難度比較大，一切的問題都是經濟問題。一般來講，如果要實現兩類系統的集成，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，這些設備都是很昂貴的。比較起來還是分為兩個系統成本比較低廉。
我們漢光公司從事的正是工控類系統的研制開發和生產安裝。下面我們主要就工控系統來討論。
1HG2000系列智能住宅安全監控及數據采集系統現狀
HG2000系統已經在北京和成都、奧林匹克花園等地投入運行一年有余，HG2000A系統已經投入運行將近半年。對于燃氣泄漏報警、切斷、遠程控制以及抄表都已經實現。并且已經通過CDPD實現了一個全市聯網的實驗系統，一旦集團公司的搶險調度中心建成立即可以實現全市聯網的燃氣監控。我們正在自己研：制用電話線聯網的燃氣監控中心的管理軟件和GW201電話線網關以及大流量用戶監控器，預計今年年底之前管理軟件的測試版和網關及監控器樣機可以問世，2001年上半年可以投入實際運行。
在物業管理方面，我們正在研制小區的巡更系統、停車場和會所消費一卡通系統，將為智能化小區提供：一套完整的解決方案。
2小區內HG2000系列產品的實現
2.1平臺的建設和傳輸介質的選擇
在我們這個行業里。有許多產品，比如單獨的抄：表系統。能夠進行3表抄錄；單獨的報警系統可以用電話線實現防盜報警；單獨的燃氣泄漏報警系統或報：警加切斷的系統；也有一些系統實現了一定程度的集成，將抄表、報警、燃氣切斷集成在一起，但是到目前為止我們發現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，數據采集：抄表、報警、讀取狀態等等。數據發送：控制。只要對各種設備進行分類編號，對每個設備給出幾個參數類別，就完全可以制定一個統一的通訊協議來實現各種復雜的功能。正是在這個基礎上我們建立了一套適用于住宅的、針對數據傳輸的而不是針對具體功能的通訊協議，從而建立了一個平臺，在這個平臺上實現一種新的功能只是增加了一個新的設備號碼，和關于這個設備的一個數學模型，而不再是重新設計一套系統。這樣就可以以非常快的速度適應市場的要：求，而且對于已經安裝了系統的用戶可以進行系統的升級，而不用拆掉重來，從而為用戶節約資金，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用程序。另外，在硬件設計方面。將所有的功能集中在一個線路板上的方式是目前大多數集成的系統所采用的方式，我們認為這是不科學、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，用一套設備想適應所有的需求是不現實的。因此，我們采用了模塊化設計的方式，可以適應用戶的各種需求。
在以上的種種系統中，傳輸介質也不盡相同。有采用電力線載波的系統，有采用電話線的系統，有采用LONWORKS總線的系統、有采用485總線的系統、有采用雙向CATV網絡的系統等等種類非常繁多。漢光公司的系統是采用485工業控制總線，采用具有自主知識產權的通訊協議構成的一套現場總線作為通訊介質。為什么我們要選用485總線作為通訊介質呢?電力線載波所采用介質是一種不可靠的介質，在這種介質中，如果不進行嚴格的校驗，數據出錯的幾率，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據傳輸用戶難以接受。LONWORKS系統是一套非常優秀的現場總線，但是一方面價格非常昂貴，另外一方面，LONWORKS技術是用來實現比較小型的工業控制系統的，而且沒有為住宅內部的計量短路、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網絡進行傳輸是一個比較理想的方式，但是目前的網絡都是單向網絡，必須進行雙向改造，這不是我們或者大多數開發商力所能及的。另外，在國內進行雙向網絡改造的技術還不是十分完善，因此也影響了HFC的進程，原因是中國的用戶使用CATV系統很不規范，在戶內有兩臺電視的情況下不采用分支器，而是直接連接，大大影響了系統階性能。工程安裝也存在很多問題，原來的系統品質就不是很好。
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局域網的建設，采用了以太網，這樣就使我們的系統可以直接利用現成的以太網。從而減少重復的投資并實現高速傳輸。我們將工控級的PC作為區域主機，有以太網接口，作為以太網和485總線的網關，使系統可靠性得以很大的提升。
我們認為，在這套系統中，介質問題是一個枝節問題，核心的問題在于一個軟件平臺的建立。只要建立了平臺，采用什么樣的網絡目前都有現成的技術和設備。
2．2系統的結構和特點
在系統結構中我們采用了一個關鍵的技術--HUB485集線器——從而使485總線在構成一個龐大的網絡時仍然十分穩定可靠。
RS485總線是一種工業控制的總線，總線制有一個非常大的優點就是簡單，另外一個優點就是所有設備的接口都是統一的。但是總線要求節點距離總線的距離在1m以內，否則，整個系統的傳輸特性將發生很大的變化，使數據傳輸變的不可靠。在工業控制的現場，由于節點數量少。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，整個系統將癱瘓。因此在節點非常多的
情況下采用這種方式，給系統的可靠性帶來十分大的威脅。據我們了解，國內許多廠商開發的系統都是總線制系統，都不同程度地存在傳輸不可靠的問題。
我們注意到以太網發展初期，采用10base／2或者10base／5方式，采用同軸電纜和BNC接頭將聯網的設備并聯起來構成局域網。經常發生一臺機器故障造成整個網絡不能正常工作的事件，后來以太網發展了一種新的方式10base／T，采用雙絞線傳輸，用集線器HUB實現總線的分支，通訊接口實現了點對點的物理連接，從而才有了目前的綜合布線系統的流行。
我們借鑒了上述的方法，自行研制開發了RS485網絡的集線器——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，使樓內的系統與傳輸線之[司實現了電氣隔離，從而可以使外部傳輸線路上的雷擊不會損壞樓內系統。
在硬件設計方面，智能終端IT200采用了模塊化的結構，目前開發了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與其它公司產品的接口模塊。
軟件設計方面我們采用了WINDOWS風格的界面，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，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、遠程抄錄煤氣表等所有燃氣項目的需要的功能。
我們的系統在小區內已經完全實現了遠程報警、遠程控制、遠程抄錄數據的要求。用戶已經可以通過打電話或者上網的方式來實現對家電的遙控，小區保安員已經可以通過住宅內的報警系統上報的報警信息。對各位業主進行保安服務。用戶家里的煤氣如果出現泄漏，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。如果小區內有診所，只要患者在家中按下緊急求助按鈕，診所就可以實施急救。在小區內已經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
任何系統的安裝與施工都是有條件的，HG2000A系統也不例外。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。凡是能夠嚴格按照施工要求進行施工的系統的運行情況都非常良好，凡是不能科學地對待技術問題，想走捷徑不符合施工安裝規范要求的都會出現各種各樣的問題。
電源問題在各種智能設備或系統中都是非常突出的，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，以至調試工作簡直無法進行。因為總有一些住戶不開電源，后來經過了一次整改變為集中供電。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電源，并且有一個蓄電池作為備電，蓄電池的充電次數是有限制的。開關電源(與PC機上的開關電源原理相同)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，出現了數據不準確、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設計，大大增強了抗干擾性，徹底消滅了數據不準確的情況。
在該工程共390戶的調試過程中接線的錯誤竟然達到了170多處，給調試工作帶來極大的困難。
我們的系統是一套計算機網絡系統，迄今為止沒有任何一套計算機的局域網是在外墻明線安裝的。因為非常容易遭受雷擊的損壞，輕則數據混亂重則擊毀設備。在該工程中，全部采用外墻布線而且采用PVC管作為護套管，在非常空曠的區域有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區，在2000年9月份的數次雷擊造成了HG2000系統的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的態度免費更換了設備，并訂購了中山天威公司的防雷產品，為每臺樓字主機的每一個接口安裝了防雷器。我公司直接經濟損失達到10萬元。在該工程施工之前，我方曾經通知過負責施工的公司，凡是敷設的明管以及埋地管均應采用鋼管，但在實際施工過程中，沒有給予應有的重視，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，從而影響系統的可靠性和可維護性。或者省掉中繼器，使內部系統失去保護，都會對系統的正常運行構成威脅。
一套計算機網絡系統的施工安裝要求是很高的，綜合布線系統實際上就是計算機網絡系統在HG2000A系統的施工中應該參照綜合布線系統的施工要求進行。我們集團公司專門制定了《HG2000系列燃氣智能安全監控系統工程規范》。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規定實施才能保證系統的可靠性。
總結以上經驗，我們也犯了一些錯誤，就是把關不嚴，對一些不符合施工規范的操作沒有給予堅決拒絕，從而造成被動。事實上嚴格把關對各方都有好處。
4安全系統的發展目標
在一個城市，或者一個大的社區建立一個或若干個監控中心，對每一戶居民的安全進行監控，將采集各種必要的數據，為居民提供急救和各種遠程控制的服務。因此需集成建立4個中心：
4．1燃氣監控中心：社區內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，并且可以進行遠程控制每一戶的閥門的開關。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，這些服務看起來是非常有用的，當一個已經走出家門很遠的用戶突然想起爐火沒關時，我們可以想象他該有多著急，沒有關系，只要給燃氣監控中心一個電話，報一個密碼，就可以幫你關掉。
社區內的大流量燃氣用戶(工業用戶、酒樓飯店)、別墅用戶可以得到同樣的服務，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 醫療急救中心：
4.4 HG2000A系統運行監控中心在這里將有若干臺服務器
(1)WEB服務器，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備進行操作，讀取必要的數據。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，然后將空調打開并調到合適的溫度；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)電話撥號服務器，與WEB服務器一樣，只是可以采用撥號的形式；
(3)系統監控和數據采集服務器，可以在這里監控整個系統的運行情況，為系統提供及時的維護服務；可以將這里作為數據個乙，為各個公共服務公司提供有償的數據服務，比如自來水公司、電業公司、純凈水公司、供熱公司等等。
5實現手段和總體戰略
在小區內采用HG2000A燃氣安全監控及數據采集系統，為大流量燃氣用戶安裝HG2000A系統和大流量燃氣安全監控器，將上述兩個系統通過GW20x網關與PSTN網或者CDPD、或者其它網絡與監控中心實現聯網。這樣就構成了一個城市級的監控網絡。
分區建設、逐步聯網：與賴元楷董事長提出的液化石油氣管道的全市聯網方案一樣，我們也將采用分區建設逐步聯網的方式，首先在各個小區內建立HG2000A系統，并且開發市級的各種監控中心軟件。在條件成熟的地方只要安裝GW20x就可以實現全市聯網。
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