基于GPRS的熱電遠程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)應用
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熱電集團有限公司有N個熱電廠，幾百公里供熱管網擔負著各市等區(qū)域大面積的冬季民用采暖和幾百戶工商企事業(yè)單位的供熱任務，熱力銷售是企業(yè)的主要經濟效益來源，用戶的用熱計量數據是收費和系統(tǒng)控制的主要依據，因此計量信息工作是生產經營環(huán)節(jié)中重要的基礎工作，它的準確性、可靠性、及時性直接影響著企業(yè)的經濟效益。
一．目前供熱管網監(jiān)控現狀
公司原有的供熱管網監(jiān)控系統(tǒng)大多采用無線超短波電臺作為傳輸手段，主要存在著如下問題：
(1) 隨著城市的不斷規(guī)劃和建設，原來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，許多高層用戶的熱交換站（動力站）均設在地下負2-3層，超短波電臺無法安裝，也不能夠使用；
(3) 由于無線電超短波電臺的局限性，一般臺站的天線應遠離高大建筑物，但實際情況不能滿足無線電超短波電臺的要求，而且風、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，只支持對用戶的循環(huán)數據召調，在各終端無故障的情況下，一個周期需要2個小時，即每個用戶2個小時傳送一次數據信息，實時性遠不能滿足現代企業(yè)信息化建設的需要；
(5) 無線電頻譜是一種資源，國家對頻譜進行嚴格的審批和限制，隨著國家對無線電頻譜資源的限制和對電磁污染的治理，無線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(tǒng)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為一些用戶鉆空子偷汽、漏氣等提供了可乘之機，嚴重影響企業(yè)的經濟效益；
不難看出，原有的無線電超短波電臺，存在穩(wěn)定性差、日常維護工作繁雜、安裝條件苛刻、造價高等問題，遠不能滿足當前工業(yè)監(jiān)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電臺傳輸存在的問題，我們選擇了“GPRS”。
二．選擇GPRS的優(yōu)勢
選擇合適的傳輸系統(tǒng)是技術改造的基礎。GPRS是通用分組無線業(yè)務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是為GSM 用戶提供分組形式的數據業(yè)務而在現有系統(tǒng)上發(fā)展起來的，它允許用戶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絡資源，特別適用于供熱管網監(jiān)控這種間斷的、突發(fā)的和頻繁的少量數據傳輸。
GPRS技術從實驗室研究、地區(qū)范圍內試用到正式商用，經過了長時間的完善，技術先進、可靠；GPRS設備數據監(jiān)控終端傳輸設備一開機就能自動附著到GPRS網絡上，與數據中心實時在線進行實時數據通訊、高速傳輸、可靠性高；GPRS網絡覆蓋全球，不存在信號盲區(qū)，按照流量收費，沒有數據流量的傳遞時不收費用，計費合理、科學；企業(yè)運行投資小，效益高。
這些特點適合于提高企業(yè)計量信息的及時性、可靠性、準確性和實現企業(yè)生產管理的信息化。通過對技術先進性、系統(tǒng)兼容性、擴展性、網絡覆蓋范圍、企業(yè)的投資規(guī)模和效益等幾個方面對比分析，廣泛查詢技術資料，決定采用中國移動的GPRS網絡作為通訊傳輸媒介。
三．選擇GPRS要解決的主要技術問題
GPRS是一種新的技術，中國移動通訊有限公司作為運營商，提供了滿足行業(yè)應用的數據傳輸網絡平臺，但由于實施GPRS數據采集、開發(fā)研制管網數據監(jiān)控系統(tǒng)，在國內應用沒有先例，因此需要解決以下主要技術問題：
1)、數據中心接入方式的選擇
采用GPRS網絡，數據中心有如下幾種模式：采用光纖專線的方式、采用ADSL作為數據通訊中心、采用無線GPRS調制解調器的方式。
根據改造的技術要求，接入方式應支持所有采集終端群發(fā)機制和實時在線的特點，通過對以上幾種方式進行技術經濟比較，我們擬定了在規(guī)模較小的試用階段選用無線GPRS調制解調器的方式作為中心的接入方式，經過試運行成熟、所有改造完畢后階段選用專線接入的方式作為中心的接入方式。實踐證明，我們的決策是正確的。
2)、數據中心的IP地址的選擇
網絡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，不用進行域名解析，數據流量小，傳輸快速。這樣GPRS數據遠程監(jiān)測系統(tǒng)采用GPRS作為通訊手段，利用無線分組交換技術，為用戶提供各種速率的高質量、透明數據傳輸的永久或半永久性專用電路。
一個用戶可以使用多個無線信道，同時一個信道也可以讓多個用戶共享。
3)、建立集團的虛擬專網，保證數據的可靠性
系統(tǒng)的可靠性和安全性，是一個管網監(jiān)控系統(tǒng)的生命。采用GPRS無線數據，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線；移動公司專門為熱電集團開辟私有專網，組成企業(yè)獨立的GPRS 無線DDN網絡，所有現場數據都通過這條網絡通道進行傳輸，其他未經許可的用戶和網絡數據無法進入該網絡，充分保證了用戶數據的安全性和可靠性。
4)、選擇合適的傳輸模塊
現場儀表存在問題：第一、現場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接口等多種類型；第二、原有的儀表為多個廠家生產，通訊協(xié)議各不相同，在一個網內運行多個通訊協(xié)議也是一個技術難題；第三、原有的儀表均支持招測方式的數據傳輸，對GPRS網絡群收群發(fā)不能提供支持。
選擇穩(wěn)定、成熟的GPRS模塊并與現場儀表配合連接，組成一個遠端采集終端是系統(tǒng)的關鍵技術。嘉復欣公司的GF-2008接近系統(tǒng)對產品的要求，按照現場設計要求，熱電集團公司提出詳細的設計要求，提供高技術的GPRS數傳模塊，實現了GPRS在流量測量領域實現遠程實時數據監(jiān)控的應用，有效解決了GPRS供熱管網監(jiān)控系統(tǒng)應用的難關。
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，更加簡便的通訊方式；
4. 可通過串口升級程序。
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，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. 一個符合ISO7816-3IC 卡標準的SIM 卡座，支持符合GSM11.11 和GSM11.10，規(guī)范SIM 卡；
5. 簡化的接口設計，使用通用的232 接口和簡單的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 網絡中所出現的假撥號，掉線自動重啟，遠程喚醒等功能；
9. 支持遠程控制及動態(tài)域名解析；
10. 同時更具嵌入式系統(tǒng)要求，可提供內置式模塊（不帶外殼，可通過插針與嵌入式直接系統(tǒng)相連）。
11、同時還有軟硬件雙重看門狗，在DTU不能正常工作時，能夠自動斷電復位。
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)議的網絡數據傳輸模式不支持，為了保證系統(tǒng)的兼容性和擴展性，經與各儀表生產廠家合作研究，開發(fā)應用軟件，有效解決了GPRS供熱管網監(jiān)控系統(tǒng)應用的第二道難關。主要完成了如下技術創(chuàng)新成果：
第一、硬件接口由原來單一的電平接口，改造為具有適應多種儀表的通訊接口，根據儀表的類型，選用不同電平接口。
第二、與模塊生產廠家合作，共同完成無協(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(tǒng)一升級更新，按照系統(tǒng)的設計要求，編制通訊協(xié)議；
第四、精簡通訊過程，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模式和主動上報兩種模式，減少了數據流量，提高了系統(tǒng)的可靠性、實時性；
第六、儀表集中的測點，研制了一個通道共享模塊，使得多個儀表可以共享一個GPRS模塊，節(jié)省了投資，提高了效益；
四．系統(tǒng)構成
系統(tǒng)由用戶數據監(jiān)控終端、GPRS用戶專網和數據中心三部分組成。
五．開發(fā)軟件使用功能
主控室監(jiān)控軟件采用通用編程工具進行開發(fā)，靈活性好，針對性強，開發(fā)了以下功能：
第一、用戶管理界面采用數字地圖；
第二、報表功能系統(tǒng)可以針對某一用戶、某一站點或者整個系統(tǒng)自動做出日報表、月報表、年度報表等匯總報表。
第三、圖表曲線功能，直觀的反映出各個用戶的用汽情況；
第四、故障處理和報警功能；
第五、強大的數據庫查詢功能；
第六、完整設備數據庫；
第七、獨特的右鍵添加用戶功能；
第八、兼容不同通訊協(xié)議；
第九、實時在線功能；
第十、系統(tǒng)安全設置。
這些功能可以對采集來的現場數據和實時數據進行分析、處理、保存、入庫，制作輸出報表，繪出各種曲線，從而實現整個系統(tǒng)的遠程抄表、實時監(jiān)測及自動化管理功能，真正實現了高效率和辦公自動化，使網絡化管理變得簡單易行。
六．運行效果與經濟效益
基于GPRS的供熱管網監(jiān)控系統(tǒng)按照上述方案進行改造，投運后，系統(tǒng)的運行穩(wěn)定可靠，更能及時地、連續(xù)地記錄、反映管網運行的實際工況，抗干擾性強，可靠性高，通訊速率高，組網簡單，安裝方便，不受傳輸距離限制，運行費用低，并且以其網絡的安全防范性好，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的供熱管網監(jiān)控系統(tǒng)與超短波無線傳輸系統(tǒng)相比較，主站減少投資20萬元，每個分站減少投資0.6萬元，減少運行費用0.13萬元，減少檢修費用0.1萬元，目前公司投運200個分站，年節(jié)約資金186萬元，隨著投運分站的增加節(jié)約資金會增大。基于GPRS的供熱管網監(jiān)控系統(tǒng)投運后，提高了汽量回收率，合理調度熱力輸配，節(jié)約了大量的能源等增加的經濟效益非常顯著。
七．結束語
基于GPRS的供熱管網監(jiān)測系統(tǒng)完全適用于所有低數據量的傳輸業(yè)務，包括城市配電網絡自動化，自來水輸配調度、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、個人信息、股票信息等行業(yè)，推廣應用后，可提高社會服務質量，保證社會各行業(yè)的公平公正合理費用結算，杜絕貿易糾紛，為推動社會公共服務行業(yè)文明與進步做出重要貢獻。
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