基于GPRS的熱電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用
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熱電集團(tuán)有限公司有N個(gè)熱電廠，幾百公里供熱管網(wǎng)擔(dān)負(fù)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(wù)，熱力銷售是企業(yè)的主要經(jīng)濟(jì)效益來(lái)源，用戶的用熱計(jì)量數(shù)據(jù)是收費(fèi)和系統(tǒng)控制的主要依據(jù)，因此計(jì)量信息工作是生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)環(huán)節(jié)中重要的基礎(chǔ)工作，它的準(zhǔn)確性、可靠性、及時(shí)性直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
一．目前供熱管網(wǎng)監(jiān)控現(xiàn)狀
公司原有的供熱管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)大多采用無(wú)線超短波電臺(tái)作為傳輸手段，主要存在著如下問(wèn)題：
(1) 隨著城市的不斷規(guī)劃和建設(shè)，原來(lái)超短波臺(tái)站與中心臺(tái)站之間新建的高樓大廈阻擋了信號(hào)的傳輸，使得數(shù)據(jù)不能正常抄報(bào)；
(2) 目前，許多高層用戶的熱交換站（動(dòng)力站）均設(shè)在地下負(fù)2-3層，超短波電臺(tái)無(wú)法安裝，也不能夠使用；
(3) 由于無(wú)線電超短波電臺(tái)的局限性，一般臺(tái)站的天線應(yīng)遠(yuǎn)離高大建筑物，但實(shí)際情況不能滿足無(wú)線電超短波電臺(tái)的要求，而且風(fēng)、雨、雷等對(duì)數(shù)傳電臺(tái)有巨大影響，造成站臺(tái)的巡查、加固各、修復(fù)工作量大；
(4) 超短波電臺(tái)，只支持對(duì)用戶的循環(huán)數(shù)據(jù)召調(diào)，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2個(gè)小時(shí)傳送一次數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)性遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代企業(yè)信息化建設(shè)的需要；
(5) 無(wú)線電頻譜是一種資源，國(guó)家對(duì)頻譜進(jìn)行嚴(yán)格的審批和限制，隨著國(guó)家對(duì)無(wú)線電頻譜資源的限制和對(duì)電磁污染的治理，無(wú)線超短波通信已不是企業(yè)數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)淖罴逊桨福?
(6) 現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)不僅需要人工巡查維護(hù)、維修費(fèi)用，由于體積大、發(fā)射功率大，對(duì)儀表運(yùn)行造成干擾，計(jì)量信息不準(zhǔn)確不及時(shí)為一些用戶鉆空子偷汽、漏氣等提供了可乘之機(jī)，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；
不難看出，原有的無(wú)線電超短波電臺(tái)，存在穩(wěn)定性差、日常維護(hù)工作繁雜、安裝條件苛刻、造價(jià)高等問(wèn)題，遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前工業(yè)監(jiān)控信息傳輸?shù)男枰?，已成為企業(yè)信息化建設(shè)發(fā)展的瓶頸，為了有效解決供熱管網(wǎng)電臺(tái)傳輸存在的問(wèn)題，我們選擇了“GPRS”。
二．選擇GPRS的優(yōu)勢(shì)
選擇合適的傳輸系統(tǒng)是技術(shù)改造的基礎(chǔ)。GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱，是為GSM 用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而在現(xiàn)有系統(tǒng)上發(fā)展起來(lái)的，它允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，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(jiān)控這種間斷的、突發(fā)的和頻繁的少量數(shù)據(jù)傳輸。
GPRS技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室研究、地區(qū)范圍內(nèi)試用到正式商用，經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的完善，技術(shù)先進(jìn)、可靠；GPRS設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控終端傳輸設(shè)備一開(kāi)機(jī)就能自動(dòng)附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上，與數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)在線進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊、高速傳輸、可靠性高；GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋全球，不存在信號(hào)盲區(qū)，按照流量收費(fèi)，沒(méi)有數(shù)據(jù)流量的傳遞時(shí)不收費(fèi)用，計(jì)費(fèi)合理、科學(xué)；企業(yè)運(yùn)行投資小，效益高。
這些特點(diǎn)適合于提高企業(yè)計(jì)量信息的及時(shí)性、可靠性、準(zhǔn)確性和實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理的信息化。通過(guò)對(duì)技術(shù)先進(jìn)性、系統(tǒng)兼容性、擴(kuò)展性、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、企業(yè)的投資規(guī)模和效益等幾個(gè)方面對(duì)比分析，廣泛查詢技術(shù)資料，決定采用中國(guó)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(guó)移動(dòng)通訊有限公司作為運(yùn)營(yíng)商，提供了滿足行業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，但由于實(shí)施GPRS數(shù)據(jù)采集、開(kāi)發(fā)研制管網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用沒(méi)有先例，因此需要解決以下主要技術(shù)問(wèn)題：
1)、數(shù)據(jù)中心接入方式的選擇
采用GPRS網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)中心有如下幾種模式：采用光纖專線的方式、采用ADSL作為數(shù)據(jù)通訊中心、采用無(wú)線GPRS調(diào)制解調(diào)器的方式。
根據(jù)改造的技術(shù)要求，接入方式應(yīng)支持所有采集終端群發(fā)機(jī)制和實(shí)時(shí)在線的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)以上幾種方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，我們擬定了在規(guī)模較小的試用階段選用無(wú)線GPRS調(diào)制解調(diào)器的方式作為中心的接入方式，經(jīng)過(guò)試運(yùn)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(shí)踐證明，我們的決策是正確的。
2)、數(shù)據(jù)中心的IP地址的選擇
網(wǎng)絡(luò)通訊必須知道對(duì)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通道，不用進(jìn)行域名解析，數(shù)據(jù)流量小，傳輸快速。這樣GPRS數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用GPRS作為通訊手段，利用無(wú)線分組交換技術(shù)，為用戶提供各種速率的高質(zhì)量、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠谰没虬胗谰眯詫Ｓ秒娐贰?nbsp;
一個(gè)用戶可以使用多個(gè)無(wú)線信道，同時(shí)一個(gè)信道也可以讓多個(gè)用戶共享。
3)、建立集團(tuán)的虛擬專網(wǎng)，保證數(shù)據(jù)的可靠性
系統(tǒng)的可靠性和安全性，是一個(gè)管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的生命。采用GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)，中心綁定固定IP地址，為數(shù)據(jù)中心和采集終端建立了多條虛擬專線；移動(dòng)公司專門為熱電集團(tuán)開(kāi)辟私有專網(wǎng)，組成企業(yè)獨(dú)立的GPRS 無(wú)線DDN網(wǎng)絡(luò)，所有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)都通過(guò)這條網(wǎng)絡(luò)通道進(jìn)行傳輸，其他未經(jīng)許可的用戶和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)無(wú)法進(jìn)入該網(wǎng)絡(luò)，充分保證了用戶數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。
4)、選擇合適的傳輸模塊
現(xiàn)場(chǎng)儀表存在問(wèn)題：第一、現(xiàn)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接口等多種類型；第二、原有的儀表為多個(gè)廠家生產(chǎn)，通訊協(xié)議各不相同，在一個(gè)網(wǎng)內(nèi)運(yùn)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(cè)方式的數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)GPRS網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)場(chǎng)儀表配合連接，組成一個(gè)遠(yuǎn)端采集終端是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。嘉復(fù)欣公司的GF-2008接近系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的要求，按照現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)要求，熱電集團(tuán)公司提出詳細(xì)的設(shè)計(jì)要求，提供高技術(shù)的GPRS數(shù)傳模塊，實(shí)現(xiàn)了GPRS在流量測(cè)量領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控的應(yīng)用，有效解決了GPRS供熱管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的難關(guān)。
嘉復(fù)欣GF-2008W GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端DTU功能介紹：
A、功能：
1. 標(biāo)準(zhǔn)的AT 命令界面,方便程序設(shè)計(jì)；
2. TCP/IP Internet 內(nèi)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(jí)程序。
B、性能：
1. 使用低功耗高性能的CPU 做處理器，16位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，128KBSRAM，512KBFLASH，可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)；
2. 支持全透明及幀格式數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)的SIM 卡座，支持符合GSM11.11 和GSM11.10，規(guī)范SIM 卡；
5. 簡(jiǎn)化的接口設(shè)計(jì)，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(jī)功耗小于3W；
8. 完善了GPRS 網(wǎng)絡(luò)中所出現(xiàn)的假撥號(hào)，掉線自動(dòng)重啟，遠(yuǎn)程喚醒等功能；
9. 支持遠(yuǎn)程控制及動(dòng)態(tài)域名解析；
10. 同時(shí)更具嵌入式系統(tǒng)要求，可提供內(nèi)置式模塊（不帶外殼，可通過(guò)插針與嵌入式直接系統(tǒng)相連）。
11、同時(shí)還有軟硬件雙重看門狗，在DTU不能正常工作時(shí)，能夠自動(dòng)斷電復(fù)位。
5)、編制GPRS數(shù)據(jù)傳輸軟件：
原有儀表只支持超短波電臺(tái)的招測(cè)模式，而對(duì)基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模式不支持，為了保證系統(tǒng)的兼容性和擴(kuò)展性，經(jīng)與各儀表生產(chǎn)廠家合作研究，開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，有效解決了GPRS供熱管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)多種儀表的通訊接口，根據(jù)儀表的類型，選用不同電平接口。
第二、與模塊生產(chǎn)廠家合作，共同完成無(wú)協(xié)議的透明傳輸接口，適應(yīng)多家儀表的通
訊協(xié)議。
第三、將現(xiàn)有儀表程序統(tǒng)一升級(jí)更新，按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，編制通訊協(xié)議；
第四、精簡(jiǎn)通訊過(guò)程，適應(yīng)TCP/IP協(xié)議；
第五、將原有的招測(cè)模式改變?yōu)橹С终袦y(cè)模式和主動(dòng)上報(bào)兩種模式，減少了數(shù)據(jù)流量，提高了系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時(shí)性；
第六、儀表集中的測(cè)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(jié)省了投資，提高了效益；
四．系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)由用戶數(shù)據(jù)監(jiān)控終端、GPRS用戶專網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心三部分組成。
五．開(kāi)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(jìn)行開(kāi)發(fā)，靈活性好，針對(duì)性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)了以下功能：
第一、用戶管理界面采用數(shù)字地圖；
第二、報(bào)表功能系統(tǒng)可以針對(duì)某一用戶、某一站點(diǎn)或者整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)做出日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年度報(bào)表等匯總報(bào)表。
第三、圖表曲線功能，直觀的反映出各個(gè)用戶的用汽情況；
第四、故障處理和報(bào)警功能；
第五、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢功能；
第六、完整設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)；
第七、獨(dú)特的右鍵添加用戶功能；
第八、兼容不同通訊協(xié)議；
第九、實(shí)時(shí)在線功能；
第十、系統(tǒng)安全設(shè)置。
這些功能可以對(duì)采集來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、保存、入庫(kù)，制作輸出報(bào)表，繪出各種曲線，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化管理功能，真正實(shí)現(xiàn)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(yùn)行效果與經(jīng)濟(jì)效益
基于GPRS的供熱管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)按照上述方案進(jìn)行改造，投運(yùn)后，系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定可靠，更能及時(shí)地、連續(xù)地記錄、反映管網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際工況，抗干擾性強(qiáng)，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(yùn)行費(fèi)用低，并且以其網(wǎng)絡(luò)的安全防范性好，充分體現(xiàn)了其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。一些不甚完善的地方，我們正在不斷補(bǔ)充、更新、完善。項(xiàng)目達(dá)到了預(yù)期效果。
基于GPRS的供熱管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與超短波無(wú)線傳輸系統(tǒng)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(yùn)行費(fèi)用0.13萬(wàn)元，減少檢修費(fèi)用0.1萬(wàn)元，目前公司投運(yùn)200個(gè)分站，年節(jié)約資金186萬(wàn)元，隨著投運(yùn)分站的增加節(jié)約資金會(huì)增大?；贕PRS的供熱管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)后，提高了汽量回收率，合理調(diào)度熱力輸配，節(jié)約了大量的能源等增加的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。
七．結(jié)束語(yǔ)
基于GPRS的供熱管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完全適用于所有低數(shù)據(jù)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(diào)度、燃?xì)廨斉湔{(diào)度、金融、交通、水利、環(huán)保、公安、商業(yè)POS機(jī)、INTERNET接入、個(gè)人信息、股票信息等行業(yè)，推廣應(yīng)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(fèi)用結(jié)算，杜絕貿(mào)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(xiàn)。
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