基于GPRS的熱電遠程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用

　  GPRS是在GSM體制上發(fā)展起來的新型無線分組數(shù)據(jù)及如業(yè)務(wù)，具有實時在線，按量計費、快捷登陸、高速傳輸、自動切換、資源共享、豐富帶寬、等優(yōu)點。本文針對供熱管網(wǎng)人工計量、電臺傳輸監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，通過對比論證，利用中國移動通信GPRS技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺，開發(fā)GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端，設(shè)計編制了切實可行的通信協(xié)議和項目特點的硬、軟件，利用SIM卡綁定固定IP地址，建立了熱電虛擬專用網(wǎng)，成功地實現(xiàn)了供熱管網(wǎng)遠程數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)，并分析了這種體制的可行性、經(jīng)濟性和優(yōu)越性。

熱電集團有限公司有N個熱電廠，幾百公里供熱管網(wǎng)擔(dān)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(wù)，熱力銷售是企業(yè)的主要經(jīng)濟效益來源，用戶的用熱計量數(shù)據(jù)是收費和系統(tǒng)控制的主要依據(jù)，因此計量信息工作是生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)節(jié)中重要的基礎(chǔ)工作，它的**性、可靠性、及時性直接影響著企業(yè)的經(jīng)濟效益。

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(shè)，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(shù)據(jù)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(shè)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(yīng)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(fēng)、雨、雷等對數(shù)傳電臺有巨大影響，造成站臺的巡查、加固各、修復(fù)工作量大；

(4) 超短波電臺，只支持對用戶的循環(huán)數(shù)據(jù)召調(diào)，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(shù)據(jù)信息，實時性遠不能滿足現(xiàn)代企業(yè)信息化建設(shè)的需要；

(5) 無線電頻譜是一種資源，**對頻譜進行嚴格的審批和限制，隨著**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(shù)據(jù)采集傳輸?shù)?佳方案；

(6) 現(xiàn)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**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(jīng)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(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**解決供熱管網(wǎng)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(shù)改造的基礎(chǔ)。GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，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)從實驗室研究、地區(qū)范圍內(nèi)試用到正式商用，經(jīng)過了長時間的完善，技術(shù)**、可靠；GPRS設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控終端傳輸設(shè)備一開機就能自動附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上，與數(shù)據(jù)中心實時在線進行實時數(shù)據(jù)通訊、高速傳輸、可靠性高；GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋全球，不存在信號盲區(qū)，按照流量收費，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時不收費用，計費合理、科學(xué)；企業(yè)運行投資小，效益高。

　　這些特點適合于提高企業(yè)計量信息的及時性、可靠性、**性和實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)管理的信息化。通過對技術(shù)**性、系統(tǒng)兼容性、擴展性、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、企業(yè)的投資規(guī)模和效益等幾個方面對比分析，廣泛查詢技術(shù)資料，決定采用中國移動的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)問題
　　GPRS是一種新的技術(shù)，中國移動通訊有限公司作為運營商，提供了滿足行業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)平臺，但由于實施GPRS數(shù)據(jù)采集、開發(fā)研制管網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，在國內(nèi)應(yīng)用沒有先例，因此需要解決以下主要技術(shù)問題：

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)機制和實時在線的特點，通過對以上幾種方式進行技術(shù)經(jīng)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(diào)制解調(diào)器的方式作為中心的接入方式，經(jīng)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**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(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，不用進行域名解析，數(shù)據(jù)流量小，傳輸快速。這樣GPRS數(shù)據(jù)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(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?。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(wǎng)，保證數(shù)據(jù)的可靠性
　　系統(tǒng)的可靠性和安全性，是一個管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的生命。采用GPRS無線數(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；移動公司專門為熱電集團開辟私有專網(wǎng)，組成企業(yè)獨立的GPRS 無線DDN網(wǎng)絡(luò)，所有現(xiàn)場數(shù)據(jù)都通過這條網(wǎng)絡(luò)通道進行傳輸，其他未經(jīng)許可的用戶和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)無法進入該網(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)場儀表存在問題：第一、現(xiàn)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(chǎn)，通訊協(xié)議各不相同，在一個網(wǎng)內(nèi)運行多個通訊協(xié)議也是一個技術(shù)難題；第三、原有的儀表均支持招測方式的數(shù)據(jù)傳輸，對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)場儀表配合連接，組成一個遠端采集終端是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。嘉復(fù)欣公司的GF-2008接近系統(tǒng)對產(chǎn)品的要求，按照現(xiàn)場設(shè)計要求，熱電集團公司提出詳細的設(shè)計要求，提供高技術(shù)的GPRS數(shù)傳模塊，實現(xiàn)了GPRS在流量測量領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)遠程實時數(shù)據(jù)監(jiān)控的應(yīng)用，**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. 標準的AT 命令界面,方便程序設(shè)計；

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(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(shè)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(wǎng)絡(luò)中所出現(xiàn)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(nèi)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(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的招測模式，而對基于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)的兼容性和擴展性，經(jīng)與各儀表生產(chǎn)廠家合作研究，開發(fā)應(yīng)用軟件，**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)一升級更新，按照系統(tǒng)的設(shè)計要求，編制通訊協(xié)議；

第四、精簡通訊過程，適應(yīng)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(shù)據(jù)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(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。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖如下：

 

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(shù)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(shù)據(jù)庫查詢功能；

第六、完整設(shè)備數(shù)據(jù)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(shè)置。

　　這些功能可以對采集來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)了高效率和辦公自動化，使網(wǎng)絡(luò)化管理變得簡單易行。

六．運行效果與經(jīng)濟效益
　　基于GPRS的供熱管網(wǎng)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(wǎng)運行的實際工況，抗干擾性強，可靠性高，通訊速率高，組網(wǎng)簡單，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(xiàn)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(yù)期效果。

　　基于GPRS的供熱管網(wǎng)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?；贕PRS的供熱管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)投運后，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)濟效益非常顯著。

七．結(jié)束語
　　基于GPRS的供熱管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)**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)自動化，自來水輸配調(diào)度、燃氣輸配調(diào)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(yīng)用后，可提高社會服務(wù)質(zhì)量，保證社會各行業(yè)的公平公正合理費用結(jié)算，杜絕貿(mào)易糾紛，為推動社會公共服務(wù)行業(yè)文明與進步做出重要貢獻。