HG2000系列燃气安全监控系统的现状与未来
摘要：本文描述了HG2000系列产品的系统组成，网络结构、系统功能和性能，重点介绍了平台化、模块化的系统特色，以及解决通讯可靠性和电源可靠性的方法。并提出了对全市联网、WEB化服务的方案。
近几年来随着信息化浪潮的到来和生活水平的提高，住宅信息化、智能化已经成为一种时尚。与之配合，人们开发了多种功能各异的保安系统，这些系统大多以小区管理为中心，对往宅内的多项参数进行遥测、遥控和遥调。
根据数据流量和对运行可靠性要求的不同。可将这些系统归为两个大类：1.信息化系统：如宽频网络、CATV、电话是用来传输海量信息(获取文件、影音信息等等)的，数据量大，要求高带宽、速度快、延时小但是对设备的可靠性以及电磁兼容性要求不高，设备只有在使用时开机。2.工控系统，如远程报警、远程控制、远程数据采集。数据量小，但是对可靠性和电磁兼容性要求很高，要求符合《信息技术设备的电磁抗扰度》标准。设备要求24小时开机，有不间断电源，不能产生误动作和数据错误。
由于这两类系统要求不同，所以将两个系统集成在一起的难度比较大，一切的问题都是经济问题。一般来讲，如果要实现两类系统的集成，在每个家庭都要求有一个工控级的PC作为前端机，保证24小时开机，这样就必须加长延时的UPS电源，这些设备都是很昂贵的。比较起来还是分为两个系统成本比较低廉。
我们汉光公司从事的正是工控类系统的研制开发和生产安装。下面我们主要就工控系统来讨论。
1HG2000系列智能住宅安全监控及数据采集系统现状
HG2000系统已经在北京和成都、奥林匹克花园等地投入运行一年有余，HG2000A系统已经投入运行将近半年。对于燃气泄漏报警、切断、远程控制以及抄表都已经实现。并且已经通过CDPD实现了一个全市联网的实验系统，一旦集团公司的抢险调度中心建成立即可以实现全市联网的燃气监控。我们正在自己研：制用电话线联网的燃气监控中心的管理软件和GW201电话线网关以及大流量用户监控器，预计今年年底之前管理软件的测试版和网关及监控器样机可以问世，2001年上半年可以投入实际运行。
在物业管理方面，我们正在研制小区的巡更系统、停车场和会所消费一卡通系统，将为智能化小区提供：一套完整的解决方案。
2小区内HG2000系列产品的实现
2.1平台的建设和传输介质的选择
在我们这个行业里。有许多产品，比如单独的抄：表系统。能够进行3表抄录；单独的报警系统可以用电话线实现防盗报警；单独的燃气泄漏报警系统或报：警加切断的系统；也有一些系统实现了一定程度的集成，将抄表、报警、燃气切断集成在一起，但是到目前为止我们发现这种集成还仅仅是功能的堆砌，不是有机的集成。其实所有上述的功能不外乎两个方面，数据采集：抄表、报警、读取状态等等。数据发送：控制。只要对各种设备进行分类编号，对每个设备给出几个参数类别，就完全可以制定一个统一的通讯协议来实现各种复杂的功能。正是在这个基础上我们建立了一套适用于住宅的、针对数据传输的而不是针对具体功能的通讯协议，从而建立了一个平台，在这个平台上实现一种新的功能只是增加了一个新的设备号码，和关于这个设备的一个数学模型，而不再是重新设计一套系统。这样就可以以非常快的速度适应市场的要：求，而且对于已经安装了系统的用户可以进行系统的升级，而不用拆掉重来，从而为用户节约资金，正象在WINDOWS上增加一个新的功能一样，不用将原来的电脑换掉只需安装一个新的应用程序。另外，在硬件设计方面。将所有的功能集中在一个线路板上的方式是目前大多数集成的系统所采用的方式，我们认为这是不科学、不合理的，不同的用户会有不同的需求，有些用户只需要抄表的功能，有些只需要安防的功能，用一套设备想适应所有的需求是不现实的。因此，我们采用了模块化设计的方式，可以适应用户的各种需求。
在以上的种种系统中，传输介质也不尽相同。有采用电力线载波的系统，有采用电话线的系统，有采用LONWORKS总线的系统、有采用485总线的系统、有采用双向CATV网络的系统等等种类非常繁多。汉光公司的系统是采用485工业控制总线，采用具有自主知识产权的通讯协议构成的一套现场总线作为通讯介质。为什么我们要选用485总线作为通讯介质呢?电力线载波所采用介质是一种不可靠的介质，在这种介质中，如果不进行严格的校验，数据出错的几率，也就是误码率非常高，如果进行严格的校验，实时性难以保证。因此只能用在一些对实时性要求不高的场合，比如抄表，在晚上，一般电力线上噪声比较小，误码率比较低，可以选择在晚上进行。但是如果对实时性要求较高的场合则不适宜采用。汉光公司的产品有报警和控制功能，要求实时性高，必须采用可靠的信道进行传输，不适宜采用电力线载波方式。电话线方式是比较方便的，但是要求用户必须再申请一部电话专门用来数据传输用户难以接受。LONWORKS系统是一套非常优秀的现场总线，但是一方面价格非常昂贵，另外一方面，LONWORKS技术是用来实现比较小型的工业控制系统的，而且没有为住宅内部的计量短路、断路的测量、阀门控制等等提供专门的接口，使用起来不是十分的方便。采用CABLEMODEM将信号在CATV网络进行传输是一个比较理想的方式，但是目前的网络都是单向网络，必须进行双向改造，这不是我们或者大多数开发商力所能及的。另外，在国内进行双向网络改造的技术还不是十分完善，因此也影响了HFC的进程，原因是中国的用户使用CATV系统很不规范，在户内有两台电视的情况下不采用分支器，而是直接连接，大大影响了系统阶性能。工程安装也存在很多问题，原来的系统品质就不是很好。
在综合了以上种种原因之后，我们认为在目前情况下，采用485工控总线作为下层总线是最为合理的方案。在上层总线的选择方面，我们考虑到目前小区局域网的建设，采用了以太网，这样就使我们的系统可以直接利用现成的以太网。从而减少重复的投资并实现高速传输。我们将工控级的PC作为区域主机，有以太网接口，作为以太网和485总线的网关，使系统可靠性得以很大的提升。
我们认为，在这套系统中，介质问题是一个枝节问题，核心的问题在于一个软件平台的建立。只要建立了平台，采用什么样的网络目前都有现成的技术和设备。
2．2系统的结构和特点
在系统结构中我们采用了一个关键的技术--HUB485集线器——从而使485总线在构成一个庞大的网络时仍然十分稳定可靠。
RS485总线是一种工业控制的总线，总线制有一个非常大的优点就是简单，另外一个优点就是所有设备的接口都是统一的。但是总线要求节点距离总线的距离在1m以内，否则，整个系统的传输特性将发生很大的变化，使数据传输变的不可靠。在工业控制的现场，由于节点数量少。空间宽敞，一般情况都可以满足要求。但是在住宅智能化实际工程中，完全按照总线方法布线几乎是不可能的。另外总线制有一个非常大的缺陷就是，一点短路，整个系统将瘫痪。因此在节点非常多的
情况下采用这种方式，给系统的可靠性带来十分大的威胁。据我们了解，国内许多厂商开发的系统都是总线制系统，都不同程度地存在传输不可靠的问题。
我们注意到以太网发展初期，采用10base／2或者10base／5方式，采用同轴电缆和BNC接头将联网的设备并联起来构成局域网。经常发生一台机器故障造成整个网络不能正常工作的事件，后来以太网发展了一种新的方式10base／T，采用双绞线传输，用集线器HUB实现总线的分支，通讯接口实现了点对点的物理连接，从而才有了目前的综合布线系统的流行。
我们借鉴了上述的方法，自行研制开发了RS485网络的集线器——HUB485(我们正在申请专利)，彻底解决了通讯不可靠的问题。
另外在每一栋楼的传输线入口处，增加了一个光隔离的中继器，使楼内的系统与传输线之[司实现了电气隔离，从而可以使外部传输线路上的雷击不会损坏楼内系统。
在硬件设计方面，智能终端IT200采用了模块化的结构，目前开发了5种终端模块IT201——6通道脉冲计量、IT202——2通道脉冲计量、两通道燃气报警、两通道阀门控制、IT203——6通道电控模块、IT205——8通道安防报警模块、IT204与其它公司产品的接口模块。
软件设计方面我们采用了WINDOWS风格的界面，人机交互非常友好，各种功能齐备。
上述几种模块可以任意组合完成不同的功能。在燃气行业，采用最多的是IT202模块，这个模块可以完成燃气泄漏报警、报警切断、远程开关、远程抄录煤气表等所有燃气项目的需要的功能。
我们的系统在小区内已经完全实现了远程报警、远程控制、远程抄录数据的要求。用户已经可以通过打电话或者上网的方式来实现对家电的遥控，小区保安员已经可以通过住宅内的报警系统上报的报警信息。对各位业主进行保安服务。用户家里的煤气如果出现泄漏，我们的阀门将在浓度到达爆炸下限15％的时候切断煤气的供应。如果小区内有诊所，只要患者在家中按下紧急求助按钮，诊所就可以实施急救。在小区内已经初步达到了住宅智能化的目标。
3 HG2000系列的安装施工中需要注意的问题
任何系统的安装与施工都是有条件的，HG2000A系统也不例外。在我们多年的施工安装过程中有成功的喜悦，也有许多失败的教训。凡是能够严格按照施工要求进行施工的系统的运行情况都非常良好，凡是不能科学地对待技术问题，想走捷径不符合施工安装规范要求的都会出现各种各样的问题。
电源问题在各种智能设备或系统中都是非常突出的，比如某工程，将智能终端的电源安装在阳台的洗衣机电源上，非常不可靠，以至调试工作简直无法进行。因为总有一些住户不开电源，后来经过了一次整改变为集中供电。但是即使如此。供电也极为不正常，有些用户反映一晚上会停8、9次电，给系统的正常运行造成很大威胁，由于我们在智能终端中采用的是开关电源，并且有一个蓄电池作为备电，蓄电池的充电次数是有限制的。开关电源(与PC机上的开关电源原理相同)最忌讳停电立即打开阶情况。所以由于上述情况造成了我们系统中智能终端电源板和蓄电池的大量损坏。而且由于这个干扰，出现了数据不准确、主板损坏的情况。在这种情况下。我们组织力量进行研讨。采用设计高性能集中低压供电的UPS电源。智能终端采用2级电源供电的方式解决的这个特殊的问题。并且，针对电源起停较多造成干扰很大的情况专门对智能终端进行了强化的EMC设计，大大增强了抗干扰性，彻底消灭了数据不准确的情况。
在该工程共390户的调试过程中接线的错误竟然达到了170多处，给调试工作带来极大的困难。
我们的系统是一套计算机网络系统，迄今为止没有任何一套计算机的局域网是在外墙明线安装的。因为非常容易遭受雷击的损坏，轻则数据混乱重则击毁设备。在该工程中，全部采用外墙布线而且采用PVC管作为护套管，在非常空旷的区域有3公里长的埋地管线，也是采用PVC管，再加上该正好处于一个岛上属雷电多发区，在2000年9月份的数次雷击造成了HG2000系统的9台楼宇主机、近100台智能终端IT01被雷击损坏的严重事故。我方本着为用户负责的态度免费更换了设备，并订购了中山天威公司的防雷产品，为每台楼字主机的每一个接口安装了防雷器。我公司直接经济损失达到10万元。在该工程施工之前，我方曾经通知过负责施工的公司，凡是敷设的明管以及埋地管均应采用钢管，但在实际施工过程中，没有给予应有的重视，仍然采用PVC管，埋地电缆的埋深很浅最浅处仅有15cm。
有些代理商为了省线降低成本，本来是点对点的通讯，结果由于管太细穿不过太多线，变成了HUB上的一个接口对若干个智能终端，从而影响系统的可靠性和可维护性。或者省掉中继器，使内部系统失去保护，都会对系统的正常运行构成威胁。
一套计算机网络系统的施工安装要求是很高的，综合布线系统实际上就是计算机网络系统在HG2000A系统的施工中应该参照综合布线系统的施工要求进行。我们集团公司专门制定了《HG2000系列燃气智能安全监控系统工程规范》。对于弱电线路与强电线路的距离、直埋电缆的埋深、电缆沟中的防水等等方面必须按照有关规定实施才能保证系统的可靠性。
总结以上经验，我们也犯了一些错误，就是把关不严，对一些不符合施工规范的操作没有给予坚决拒绝，从而造成被动。事实上严格把关对各方都有好处。
4安全系统的发展目标
在一个城市，或者一个大的社区建立一个或若干个监控中心，对每一户居民的安全进行监控，将采集各种必要的数据，为居民提供急救和各种远程控制的服务。因此需集成建立4个中心：
4．1燃气监控中心：社区内每一户居民的燃气泄漏报警信息都会立刻传递到这里，在这里可以采集到每一个用户的用气量作为收费的依据，并且可以进行远程控制每一户的阀门的开关。为燃气公司收费提供有力的保障。并且为每一个用户提供远程控制的服务，这些服务看起来是非常有用的，当一个已经走出家门很远的用户突然想起炉火没关时，我们可以想象他该有多着急，没有关系，只要给燃气监控中心一个电话，报一个密码，就可以帮你关掉。
社区内的大流量燃气用户(工业用户、酒楼饭店)、别墅用户可以得到同样的服务，并且燃气公司可以远程控制大流量用户的用气，为燃气管理提供有效的手段。
4．2 110报警中心：
4．3 医疗急救中心：
4.4 HG2000A系统运行监控中心在这里将有若干台服务器
(1)WEB服务器，每一个用户。只要能够上INTERNET，无论您走到天涯海角，都可以使用浏览器对家里的设备进行操作，读取必要的数据。比如您下班了过半个小时可以回家，可以提前将门窗打开透透气，然后将空调打开并调到合适的温度；提前将浴池中的水放好，您简直就是请了一个高科技的保姆。
(2)电话拨号服务器，与WEB服务器一样，只是可以采用拨号的形式；
(3)系统监控和数据采集服务器，可以在这里监控整个系统的运行情况，为系统提供及时的维护服务；可以将这里作为数据个乙，为各个公共服务公司提供有偿的数据服务，比如自来水公司、电业公司、纯净水公司、供热公司等等。
5实现手段和总体战略
在小区内采用HG2000A燃气安全监控及数据采集系统，为大流量燃气用户安装HG2000A系统和大流量燃气安全监控器，将上述两个系统通过GW20x网关与PSTN网或者CDPD、或者其它网络与监控中心实现联网。这样就构成了一个城市级的监控网络。
分区建设、逐步联网：与赖元楷董事长提出的液化石油气管道的全市联网方案一样，我们也将采用分区建设逐步联网的方式，首先在各个小区内建立HG2000A系统，并且开发市级的各种监控中心软件。在条件成熟的地方只要安装GW20x就可以实现全市联网。
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