无线ZigBee技术在管道远程监测系统中的应用--控制网



无线ZigBee技术在管道远程监测系统中的应用
企业：北京威控科技发展有限公司 日期：2009-04-12
领域：运动控制 点击数：662
一、应用需求 

    石油管道、天然气管道、城市热网管道等输送管道的维护监测中，如何保障输送管道的安全是石油、天然气和城市热力部门的一项重要责任。但是近年来针对输油、输气和热力管道的打孔盗油、盗气现象非常严重，各管道储运部门投入大量的人力物力进行管道的安全保障维护工作，很多储运公司都布置了大量的管道巡线人员，但是人工的巡线方式并不能有效保证管网的安全。因此对于管道的储运公司来讲，采用经济合理的方案布置24小时全天候的输油管道监控系统，才能够对于管网的安全给与有效的技术支持，从而减少损失。

二、系统概述

    随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的ZigBee技术，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、远程数据采集领域及家用设备联网，我们采用ZigBee技术和GPRS/CDMA技术结合，可以为管道监控系统的远程数据传输通信提供很好的解决方案。

    通常，在一个项目中需要采集输油管道各个参数采集点的多种参数，比如压力、流量、温度等，数据返回监控中心便于进行综合分析。由于油气管道的空间跨度很大，一般来讲都要绵延上百上千公里，所以管道监控装置要布置在较大的空间跨度上，各监测节点成链型线性分布，所以数据的传输必须满足这一空间要求，可以考虑采用经济的ZigBee无线数据传输方式。 

    此外，由于油气管道一般都是露天布置、野外无人值守方式工作，所以要求监控设备必须适合野外工作，具有较高的稳定性和环境适应能力，而威控科技RTU1600系列低功耗可编程远程测控终端完全能够满足环境要求，实现高效监控功能。该系列远程测控终端集成强大、灵活的通讯功能，可以通过卫星、无线基站、电话线、GSM/GPRS/CDMA1x等方式实现远程数据传输；配备丰富的I/O资源，您可以真正地感受到采集、控制、通讯all in one的服务。特有的低功耗到100μA技术以及全金属外壳、高可靠的工业设计，为您提供宽范围的供电、超低温、高湿度的运行保证，使其能够在任何有功耗限制场合下可靠地工作，适合各种苛刻的应用环境。

    系统供电具有双电源系统和蓄电池以及太阳能电池，停电时太阳能电池自动供电，确保正常有效工作，对山区和距离较远的监测点，还有遥测中继站，能接受并转发信号，亦由太阳能电池供电，保持长期可靠运行。

    采用线型网络结构，随管道方向设置监测节点，数据采用多跳逐级路由发送

    每个监测节点设置一个ZigBee路由节点，负责发送本节点数据，并负责中继转发其他节点数据

    一个区域监测中心设置一个ZigBee中心节点

    ZigBee中心节点数据通过GPRS/CDMA或ADSL上传到监测中心

三、Zigbee无线技术优点

    1、设备省电 

    ZigBee技术采用了多种节电的工作模式，可以确保两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时间； 

    2、通信可靠 

    ZigBee采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息； 

    3、网络的自组织、自愈能力强

    ZigBee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络； 

    ZigBee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。 

    具备自组织、自愈能力的无线通信网络才是自动抄表系统最理想的通信方式。

    4、成本低廉 

    设备的复杂程度低，且Zigbee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本；

    Zigbee的工作频段灵活，为免执照频段的2.4GHz，就是没有使用费的无线通信。

    5、网络容量大 

    一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在200多个ZigBee网络； 

    6、数据安全 

    ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。
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