基于GPRS的熱電遠程監控系統開(kāi)發(fā)應用
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熱電集團有限公司有N個(gè)熱電廠(chǎng)，幾百公里供熱管網(wǎng)擔負著(zhù)各市等區域大面積的冬季民用采暖和幾百戶(hù)工商企事業(yè)單位的供熱任務(wù)，熱力銷(xiāo)售是企業(yè)的主要經(jīng)濟效益來(lái)源，用戶(hù)的用熱計量數據是收費和系統控制的主要依據，因此計量信息工作是生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)環(huán)節中重要的基礎工作，它的準確性、可靠性、及時(shí)性直接影響著(zhù)企業(yè)的經(jīng)濟效益。
一．目前供熱管網(wǎng)監控現狀
公司原有的供熱管網(wǎng)監控系統大多采用無(wú)線(xiàn)超短波電臺作為傳輸手段，主要存在著(zhù)如下問(wèn)題：
(1) 隨著(zhù)城市的不斷規劃和建設，原來(lái)超短波臺站與中心臺站之間新建的高樓大廈阻擋了信號的傳輸，使得數據不能正常抄報；
(2) 目前，許多高層用戶(hù)的熱交換站（動(dòng)力站）均設在地下負2-3層，超短波電臺無(wú)法安裝，也不能夠使用；
(3) 由于無(wú)線(xiàn)電超短波電臺的局限性，一般臺站的天線(xiàn)應遠離高大建筑物，但實(shí)際情況不能滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)電超短波電臺的要求，而且風(fēng)、雨、雷等對數傳電臺有巨大影響，造成站臺的巡查、加固各、修復工作量大；
(4) 超短波電臺，只支持對用戶(hù)的循環(huán)數據召調，在各終端無(wú)故障的情況下，一個(gè)周期需要2個(gè)小時(shí)，即每個(gè)用戶(hù)2個(gè)小時(shí)傳送一次數據信息，實(shí)時(shí)性遠不能滿(mǎn)足現代企業(yè)信息化建設的需要；
(5) 無(wú)線(xiàn)電頻譜是一種資源，國家對頻譜進(jìn)行嚴格的審批和限制，隨著(zhù)國家對無(wú)線(xiàn)電頻譜資源的限制和對電磁污染的治理，無(wú)線(xiàn)超短波通信已不是企業(yè)數據采集傳輸的最佳方案；
(6) 現有傳輸系統不僅需要人工巡查維護、維修費用，由于體積大、發(fā)射功率大，對儀表運行造成干擾，計量信息不準確不及時(shí)為一些用戶(hù)鉆空子偷汽、漏氣等提供了可乘之機，嚴重影響企業(yè)的經(jīng)濟效益；
不難看出，原有的無(wú)線(xiàn)電超短波電臺，存在穩定性差、日常維護工作繁雜、安裝條件苛刻、造價(jià)高等問(wèn)題，遠不能滿(mǎn)足當前工業(yè)監控信息傳輸的需要，已成為企業(yè)信息化建設發(fā)展的瓶頸，為了有效解決供熱管網(wǎng)電臺傳輸存在的問(wèn)題，我們選擇了“GPRS”。
二．選擇GPRS的優(yōu)勢
選擇合適的傳輸系統是技術(shù)改造的基礎。GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是為GSM 用戶(hù)提供分組形式的數據業(yè)務(wù)而在現有系統上發(fā)展起來(lái)的，它允許用戶(hù)在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接收數據，不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò )資源，特別適用于供熱管網(wǎng)監控這種間斷的、突發(fā)的和頻繁的少量數據傳輸。
GPRS技術(shù)從實(shí)驗室研究、地區范圍內試用到正式商用，經(jīng)過(guò)了長(cháng)時(shí)間的完善，技術(shù)先進(jìn)、可靠；GPRS設備數據監控終端傳輸設備一開(kāi)機就能自動(dòng)附著(zhù)到GPRS網(wǎng)絡(luò )上，與數據中心實(shí)時(shí)在線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)數據通訊、高速傳輸、可靠性高；GPRS網(wǎng)絡(luò )覆蓋全球，不存在信號盲區，按照流量收費，沒(méi)有數據流量的傳遞時(shí)不收費用，計費合理、科學(xué)；企業(yè)運行投資小，效益高。
這些特點(diǎn)適合于提高企業(yè)計量信息的及時(shí)性、可靠性、準確性和實(shí)現企業(yè)生產(chǎn)管理的信息化。通過(guò)對技術(shù)先進(jìn)性、系統兼容性、擴展性、網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍、企業(yè)的投資規模和效益等幾個(gè)方面對比分析，廣泛查詢(xún)技術(shù)資料，決定采用中國移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò )作為通訊傳輸媒介。
三．選擇GPRS要解決的主要技術(shù)問(wèn)題
GPRS是一種新的技術(shù)，中國移動(dòng)通訊有限公司作為運營(yíng)商，提供了滿(mǎn)足行業(yè)應用的數據傳輸網(wǎng)絡(luò )平臺，但由于實(shí)施GPRS數據采集、開(kāi)發(fā)研制管網(wǎng)數據監控系統，在國內應用沒(méi)有先例，因此需要解決以下主要技術(shù)問(wèn)題：
1)、數據中心接入方式的選擇
采用GPRS網(wǎng)絡(luò )，數據中心有如下幾種模式：采用光纖專(zhuān)線(xiàn)的方式、采用ADSL作為數據通訊中心、采用無(wú)線(xiàn)GPRS調制解調器的方式。
根據改造的技術(shù)要求，接入方式應支持所有采集終端群發(fā)機制和實(shí)時(shí)在線(xiàn)的特點(diǎn)，通過(guò)對以上幾種方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較，我們擬定了在規模較小的試用階段選用無(wú)線(xiàn)GPRS調制解調器的方式作為中心的接入方式，經(jīng)過(guò)試運行成熟、所有改造完畢后階段選用專(zhuān)線(xiàn)接入的方式作為中心的接入方式。實(shí)踐證明，我們的決策是正確的。
2)、數據中心的IP地址的選擇
網(wǎng)絡(luò )通訊必須知道對方的IP地址，我們選用SIM卡綁定固定IP地址模式，在該種模式下，中心獲得一個(gè)固定的IP地址，數據采集終端將中心的地址配置后，一上電即可與中心建立雙向數據通道，不用進(jìn)行域名解析，數據流量小，傳輸快速。這樣GPRS數據遠程監測系統采用GPRS作為通訊手段，利用無(wú)線(xiàn)分組交換技術(shù)，為用戶(hù)提供各種速率的高質(zhì)量、透明數據傳輸的永久或半永久性專(zhuān)用電路。
一個(gè)用戶(hù)可以使用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道，同時(shí)一個(gè)信道也可以讓多個(gè)用戶(hù)共享。
3)、建立集團的虛擬專(zhuān)網(wǎng)，保證數據的可靠性
系統的可靠性和安全性，是一個(gè)管網(wǎng)監控系統的生命。采用GPRS無(wú)線(xiàn)數據，中心綁定固定IP地址，為數據中心和采集終端建立了多條虛擬專(zhuān)線(xiàn)；移動(dòng)公司專(zhuān)門(mén)為熱電集團開(kāi)辟私有專(zhuān)網(wǎng)，組成企業(yè)獨立的GPRS 無(wú)線(xiàn)DDN網(wǎng)絡(luò )，所有現場(chǎng)數據都通過(guò)這條網(wǎng)絡(luò )通道進(jìn)行傳輸，其他未經(jīng)許可的用戶(hù)和網(wǎng)絡(luò )數據無(wú)法進(jìn)入該網(wǎng)絡(luò )，充分保證了用戶(hù)數據的安全性和可靠性。
4)、選擇合適的傳輸模塊
現場(chǎng)儀表存在問(wèn)題：第一、現場(chǎng)二次顯示儀表的通訊接口方式不同，有TTL電平接口、RS232接口、RS485接口等多種類(lèi)型；第二、原有的儀表為多個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)，通訊協(xié)議各不相同，在一個(gè)網(wǎng)內運行多個(gè)通訊協(xié)議也是一個(gè)技術(shù)難題；第三、原有的儀表均支持招測方式的數據傳輸，對GPRS網(wǎng)絡(luò )群收群發(fā)不能提供支持。
選擇穩定、成熟的GPRS模塊并與現場(chǎng)儀表配合連接，組成一個(gè)遠端采集終端是系統的關(guān)鍵技術(shù)。嘉復欣公司的GF-2008接近系統對產(chǎn)品的要求，按照現場(chǎng)設計要求，熱電集團公司提出詳細的設計要求，提供高技術(shù)的GPRS數傳模塊，實(shí)現了GPRS在流量測量領(lǐng)域實(shí)現遠程實(shí)時(shí)數據監控的應用，有效解決了GPRS供熱管網(wǎng)監控系統應用的難關(guān)。
嘉復欣GF-2008W GPRS數據傳輸終端DTU功能介紹：
A、功能：
1. 標準的AT 命令界面,方便程序設計；
2. TCP/IP Internet 內嵌的協(xié)議棧，輕松互連；
3. RS232接口方式，更加簡(jiǎn)便的通訊方式；
4. 可通過(guò)串口升級程序。
B、性能：
1. 使用低功耗高性能的CPU 做處理器，16位內部數據總線(xiàn)，128KBSRAM，512KBFLASH，可高速處理協(xié)議和大量數據；
2. 支持全透明及幀格式數據傳輸；
3. 支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP 協(xié)議棧；
4. 一個(gè)符合ISO7816-3IC 卡標準的SIM 卡座，支持符合GSM11.11 和GSM11.10，規范SIM 卡；
5. 簡(jiǎn)化的接口設計，使用通用的232 接口和簡(jiǎn)單的AT 命令交互界面；
6. 供了更方便的電源接口，即可使用外掛電源。又可從串口直接取電；
7. 整機功耗小于3W；
8. 完善了GPRS 網(wǎng)絡(luò )中所出現的假撥號，掉線(xiàn)自動(dòng)重啟，遠程喚醒等功能；
9. 支持遠程控制及動(dòng)態(tài)域名解析；
10. 同時(shí)更具嵌入式系統要求，可提供內置式模塊（不帶外殼，可通過(guò)插針與嵌入式直接系統相連）。
11、同時(shí)還有軟硬件雙重看門(mén)狗，在DTU不能正常工作時(shí)，能夠自動(dòng)斷電復位。
5)、編制GPRS數據傳輸軟件：
原有儀表只支持超短波電臺的招測模式，而對基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )數據傳輸模式不支持，為了保證系統的兼容性和擴展性，經(jīng)與各儀表生產(chǎn)廠(chǎng)家合作研究，開(kāi)發(fā)應用軟件，有效解決了GPRS供熱管網(wǎng)監控系統應用的第二道難關(guān)。主要完成了如下技術(shù)創(chuàng )新成果：
第一、硬件接口由原來(lái)單一的電平接口，改造為具有適應多種儀表的通訊接口，根據儀表的類(lèi)型，選用不同電平接口。
第二、與模塊生產(chǎn)廠(chǎng)家合作，共同完成無(wú)協(xié)議的透明傳輸接口，適應多家儀表的通
訊協(xié)議。
第三、將現有儀表程序統一升級更新，按照系統的設計要求，編制通訊協(xié)議；
第四、精簡(jiǎn)通訊過(guò)程，適應TCP/IP協(xié)議；
第五、將原有的招測模式改變?yōu)橹С终袦y模式和主動(dòng)上報兩種模式，減少了數據流量，提高了系統的可靠性、實(shí)時(shí)性；
第六、儀表集中的測點(diǎn)，研制了一個(gè)通道共享模塊，使得多個(gè)儀表可以共享一個(gè)GPRS模塊，節省了投資，提高了效益；
四．系統構成
系統由用戶(hù)數據監控終端、GPRS用戶(hù)專(zhuān)網(wǎng)和數據中心三部分組成。
五．開(kāi)發(fā)軟件使用功能
主控室監控軟件采用通用編程工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)，靈活性好，針對性強，開(kāi)發(fā)了以下功能：
第一、用戶(hù)管理界面采用數字地圖；
第二、報表功能系統可以針對某一用戶(hù)、某一站點(diǎn)或者整個(gè)系統自動(dòng)做出日報表、月報表、年度報表等匯總報表。
第三、圖表曲線(xiàn)功能，直觀(guān)的反映出各個(gè)用戶(hù)的用汽情況；
第四、故障處理和報警功能；
第五、強大的數據庫查詢(xún)功能；
第六、完整設備數據庫；
第七、獨特的右鍵添加用戶(hù)功能；
第八、兼容不同通訊協(xié)議；
第九、實(shí)時(shí)在線(xiàn)功能；
第十、系統安全設置。
這些功能可以對采集來(lái)的現場(chǎng)數據和實(shí)時(shí)數據進(jìn)行分析、處理、保存、入庫，制作輸出報表，繪出各種曲線(xiàn)，從而實(shí)現整個(gè)系統的遠程抄表、實(shí)時(shí)監測及自動(dòng)化管理功能，真正實(shí)現了高效率和辦公自動(dòng)化，使網(wǎng)絡(luò )化管理變得簡(jiǎn)單易行。
六．運行效果與經(jīng)濟效益
基于GPRS的供熱管網(wǎng)監控系統按照上述方案進(jìn)行改造，投運后，系統的運行穩定可靠，更能及時(shí)地、連續地記錄、反映管網(wǎng)運行的實(shí)際工況，抗干擾性強，可靠性高，通訊速率高，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，安裝方便，不受傳輸距離限制，運行費用低，并且以其網(wǎng)絡(luò )的安全防范性好，充分體現了其強大的優(yōu)勢。一些不甚完善的地方，我們正在不斷補充、更新、完善。項目達到了預期效果。
基于GPRS的供熱管網(wǎng)監控系統與超短波無(wú)線(xiàn)傳輸系統相比較，主站減少投資20萬(wàn)元，每個(gè)分站減少投資0.6萬(wàn)元，減少運行費用0.13萬(wàn)元，減少檢修費用0.1萬(wàn)元，目前公司投運200個(gè)分站，年節約資金186萬(wàn)元，隨著(zhù)投運分站的增加節約資金會(huì )增大?；贕PRS的供熱管網(wǎng)監控系統投運后，提高了汽量回收率，合理調度熱力輸配，節約了大量的能源等增加的經(jīng)濟效益非常顯著(zhù)。
七．結束語(yǔ)
基于GPRS的供熱管網(wǎng)監測系統完全適用于所有低數據量的傳輸業(yè)務(wù)，包括城市配電網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)化，自來(lái)水輸配調度、燃氣輸配調度、金融、交通、水利、環(huán)保、公安、商業(yè)POS機、INTERNET接入、個(gè)人信息、股票信息等行業(yè)，推廣應用后，可提高社會(huì )服務(wù)質(zhì)量，保證社會(huì )各行業(yè)的公平公正合理費用結算，杜絕貿易糾紛，為推動(dòng)社會(huì )公共服務(wù)行業(yè)文明與進(jìn)步做出重要貢獻。
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