GPRS遠程熱網監控系統技術方案

分類：解決方案日期：2009-08-21 09:10:46 來源：廠商

一、 項目簡介

為使各熱力用戶用熱基本信息實時傳輸到中心調度，以根據用熱情況安排生產，現對各熱力用戶測量儀表數據傳輸系統進行改造。

熱網監控系統利用GPRS無線網絡平臺，將供熱熱網中的每個熱網用戶、熱源廠以及熱水換熱站的用蒸汽或熱水參數通過二次儀表、無線測控通信模塊發往熱網監控中心熱網服務器上的數據庫上。并通過監控軟件，對熱網用戶數據進行實時監控，并具備報警、趨勢記錄、結算累計、統計分析等多項功能, 來實現各換熱站現場參數的采集、調度室與各換熱站的數據實時通訊控制，可以很好的解決許多存在的問題，可以有效提高供熱系統的自動化控制水平，并且能很大程度上提高供熱行業的管理水平。供熱工程中的自動控制對于保證供熱系統優質供熱、安全運行、經濟節能、環境保護具有十分重要的作用。

二、 系統組成

本系統主要由二次儀表設備，包括（流量計、流量積算儀、電鍍閥、溫度傳感器，壓力傳感器）、GPRS數據采集遠傳測控設備（RTU）、GPRS網絡、熱網監控管理中心（管理服務器+熱網監控系統管理軟件）等設備組成。

1、 二次儀表設備包括（流量計、流量積算儀、電鍍閥、溫度傳感器，壓力傳感器）

二儀表主要測量熱力站的累計流量、瞬時流量、累計熱量、瞬時熱量、管道出口一次溫度、管道出口二次溫度、管道回水溫度、管道壓力、電鍍閥的開度等數據。

2、 GPRS數據采集遠傳測控設備（RTU）

GPRS數據采集遠傳測控設備采用GPRS通訊模式，GPRS通信模塊同時支持常規網絡和無線網絡GPRS傳輸，適應廣域數據集成，同時支持模擬量、開關量、數字信號的集成，可通過標準信號模擬量輸入和RS232或RS485通訊線與二次儀表相連。

（1） 技術原理：

LAND無線RTU是集成了模擬信號采集、過程IO控制和無線數據通信于一體的高性能測控裝置，可以直接接入標準變送器信號或儀表輸出的模擬信號、電平信號、干觸點、脈沖信號等，是小規模過程信號實施無線測控的最佳手段。

LAND無線RTU內部具有一個高性能的微處理器，可以完成模擬信號的采集、量值轉換和濾波處理等，數據的存儲周期和上報周期可以根據用戶環境的要求而調整，多點組網的方式非常靈活，既可以選擇簡單方便的GSM短消息方式，也可以選擇高效實時的GPRS/CDMA網絡方式。監控中心的建立也是非常容易，目前流行的組態軟件都可以直接接入，同時我公司也可以提供基于互聯網WEB發布的測控系統，可以滿足大多數用戶的需求。

（2） 功能及特點：

① 配備多種接口資源，包括模擬信號采集、開關量輸入、輸出，脈沖信號輸入等；

② 支持一路RS232/RS485方式的用戶數據接口，可接入流量計等各種設備；

③ 采集傳輸控制一體化，提高了系統可靠性，降低了成本；

④ 采用工業級超低功耗高性能的嵌入式處理器；

⑤ 用戶可以編程的量程轉換和報警上下限設定；

⑥ 內設工業時鐘，精確計時；

⑦ 自動定時上報和事件觸發上報功能；

⑧ 內置大容量FLASH存儲器，數據自動記錄，支持歷史數據檢索；

⑨ 通訊協議完善，組態軟件支持，用戶免開發；

⑩ 板載GSM/GPRS傳輸模塊，方便用戶選擇GSM、GPRS組網方式；

⑪ 提供用戶設置軟件，開放式接口，方便與組太軟件及其它軟件連接；

⑫ 工業級設計，穩定可靠，堅固耐用；

（3） GPRS測控設備內部結構圖（RTU）

（4） GPRS測控設備組網原理圖

RTU的通訊方式可以根據實際情況選擇SMS/GPRS/CDMA網絡，其他的工作參數如量程、開關量輸入模式、存儲周期、上報周期等可以通訊RTU初始化軟件予以設置。具體使用參照手冊進行即可。

3、GPRS網絡

（1）GPRS通信的特點

GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業務，它是以數據流量計費、覆蓋范圍廣泛、數據傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業和企業用戶開展無線辦公提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發展創造了有利條件。與有線網絡相比，GPRS網絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優點。GPRS的出現為企業和行業用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。

GPRS通信方式更適合于熱網監測系統的通信業務。在供熱的過程中有大量的數據需要工作人員及時的采集、記錄，如果這些數據都要人工采集、記錄的話勢必給工作人員巨大的工作量，而且效率不高，于是我公司根據熱力行業的實際工作情況設計了一套完整的熱網監測管理通信解決方案，可以實現各站點瞬時流量、頻率、差壓、壓力、溫度、流體密度、累計流量、瞬時熱量、累計熱量、儀表內部時間的監測，并且通過增加現場儀表可以采集更多的數據。采集的參數可以通過報表輸出或者以趨勢曲線的方式顯示、打印，以便供熱部門及時發現供熱的異常情況，管理和服務好用戶。

（2）GPRS無線傳輸數據有以下優勢：

1、安裝簡單方便。GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網絡點，無須擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的營業點無需進行拉線，埋線等工作。
2、設備投資價格低。隨著通信技術的發展，接受傳送數據的GPRS模塊已經比數傳電臺便宜的多。

3、通信資費便宜。目前各地移動公司對GPRS 資費包月比有線電話網絡資費還便宜。在GPRS網中，用戶只需與網絡建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數據時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，營業點即不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。

4、量穩定可靠，永不掉線。

5、GPRS網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。

6、覆蓋較好，相比較很多無線數據網絡（集群，雙向傳呼，），其網絡覆蓋是最好的。

7、接入時間短，分組交換接入時間縮短為少于1秒，能提供快速即時的連接。

8、支持IP協議和X.25協議以及VPN組網

4、熱網監控管理中心（管理服務器+熱網監控系統管理軟件）

熱網服務器放置于供熱熱網監控管理中心，并通過電信寬帶與互聯網相連。它的主要功能是：定時接收通信終端信號，通過移動及互聯網發上來的熱用戶的用汽、熱信息，進行處理，并放入數據庫。

本系統網絡結構如下：

三、 系統功能

1、 硬件功能：

（1）、整個系統性能穩定、通用性好、傳輸速度快、功能強大等特點，可與各種流量計和熱量計的二次表配用。各種測量模式及現場的輸入輸出信號形式均應易于編程設定，方便使用及維護。

（2）、能實現多種測量參數的顯示和報表功能，應涵蓋瞬時流量、總累計流量、日累計流量、夜累計流量、壓力、溫度、差壓、頻率、瞬時熱流量、累計熱流量、工況密度、絕對壓力、焓值、時鐘。

（3）、現場的遠程監控終端設備具有短路保護功能、耐熱及防塵，并具有故障率低和長時間運行等特點。

（4）、具有多種報警功能，變送器配電報警、市電消失報警、蓄電池欠壓報警、設備故障報警、壓力/溫度/流量的越限（偏差）報警、非法闖入報警等多種報警。

（5）、具有故障保護功能，適應現場突發事件的需要。儀表掉電后內部時鐘繼續保持準確走時，并且上位機軟件具有統一時鐘命令。

（6）、系統能記錄最近多次的停電及來電時間，以保護供用熱雙方利益，為儀表的異常故障提供有效依據。

（7）、具有定時抄錄功能，可設定在某天的某一時刻將累計數據進行凍結并顯示，使人工抄表也能抄到同一時刻的各個熱用戶累計數據，為分析整個熱網的管損提供有效的數據。

（8）、具備雙串口通訊功能，保證供熱方遠程集中抄表監控的同時，熱用戶端也可進行監視記錄。

（9）、保持熱網數據的實時性和完整性，如發生信號問題能自動恢復，不會丟失數據。

（10）、具有權限分級設置數字密碼鎖功能，防止非授權人員操作及更改智能流量表的設置參數。

（11）、在保證系統網絡安全的前提下，盡可能的提高數據共享能力，使監控操作站以外的管理端具有獲得實時現場數據的能力，以達到遠程監控的目的。

（12）、操作站容錯。操作站必須實現雙機同時運行，或者以主/備形式運行，以保證操作端的可靠性，滿足連續實時監控。

2、 軟件功能：

(1)功能簡介：

GPRS遠程熱網監測系統軟件采用B/S結構，通過Internet互連網和GPRS網落接收現場換熱站的數據，進行熱用戶的數據分析、顯示、查詢、統計、報表打印等功能，給用戶提供一個直觀、簡單的操作平臺。

軟件登錄界面如下：

（2）每一分鐘做一次數據采集，將熱力用戶數據采集到數據服務器。

各熱用戶站實時數據如下圖：

（3）能顯示整個熱網系統的供熱管線圖及地理分布圖（及用戶用熱信息）。

各個熱用戶地理位置分布圖如下

（4）集中顯示各熱用戶重要參數（如瞬時流量、溫度、壓力、累計流量、報警狀態、通訊狀態）。應有重點用熱單位的界面和報表功能，可隨時增加或刪除，操作應方便快捷。

（5）按區域、地塊劃分用戶，注明長期用戶和季節性用戶，能單獨顯示各熱用戶子站的全部測量參數及設置參數。

（6）能自動生成各熱用戶的瞬時流量、溫度、壓力、累計流量、頻率或差壓的并行歷史曲線，并可查詢任意用戶、任意參數、任意時段的歷史數據，歷史數據和曲線應便于轉存和打印。

（7）能生成各熱用戶的用汽量日報表，月報表及年報表，且可生成分時等特殊報表的功能。任意組合用戶測量趨勢、測量參數累計、故障時段等趨勢記錄通過打印機打印輸出。

（8）實時顯示并記錄就地流量測量系統的各種報警信息，如流量/壓力/溫度的超限、儀表工作電源不正常、不間斷電源的電池欠壓、交流市電消失、非法闖入、通訊故障等報警信息。

（9）根據不同部門和不同人員，可設置不同的操作權限，防止不同級別的操作人員越權操作。

（10）上位機系統軟件及數據庫軟件應采用正式授權版本，保證其穩定可靠。該數據庫應具備查詢功能強、完整，能兼容不同通訊協議的功能。

（11）使用菜單驅動顯示，保證用戶指定一般技術人員就能編制，而不需要掌握機器語言和特殊編程語言，在系統中增加或改變一個點不應再編譯系統。

（12）具有數據的存儲功能，要求可以將所有的實時參數保留3年以上（數據每一分鐘記錄一次），所存儲的數據能夠以標準的方式獲取存儲的數據。

四、 系統特點

1、基于GPRS或CDMA無線網絡實現大范圍內管線運行狀態監測，為用戶省去了昂貴的網絡建設和維護費用，實時性高，組網費用低；

2、監測信息豐富真實，系統響應速度快；

3、大容量數據庫，歷史數據存儲沒有后顧之憂；

4、多個分中心支持，GPRS接入，方便用戶管理；

5、高可靠工業級設計，維護簡單；

6、經濟效益、社會效益顯著,運行成本低廉；

7、系統擴展性：系統應具備強大的擴展功能，可隨時增加用戶，硬拷貝功能、報表打印功能、計算工具功能。要求現場工作站將來可擴充的數目>1000個,并且保持采集點數據同時發送，監控管理中心同時接收所有采集點發送的數據。

五、 現場所選設備

1、 GPRS傳輸采集設備：

（1）GPRS DTU：內部嵌入流量積算儀協議的廠家有：北京博思達、虹潤儀表、昌輝儀表、杭州思博儀表、青島自動化儀表等諸多廠家的協議。

基本功能：

◎ 內嵌TCP/IP協議、用戶數據完全透明傳輸；

◎ 具有自動登陸網絡、斷線自動重連的功能，用戶免于維護數據鏈路；

◎ 參數設置可以通過電腦或手機遠程設置、更改；

◎ 雙重看門狗設計，長期運行不會死機；

◎ 用戶數據接口為RS232或RS485，速率可調；

◎ 支持GSM撥號、短信數據傳輸方式，用戶數據可選短信、GPRS/CDMA網絡雙通道數據通信；

◎ 128K用戶數據緩沖；

◎ 具有信號強度顯示、網絡連接和數據收發指標燈；

◎ 標準工業模塊和滑道安裝，標準工業接線端子；

◎ 工業級品質保證、性能穩定可靠；

◎ 提供用戶設置軟件、DLL或控件開放源代碼接口、方便與多種組太軟件及其它軟件連接；

◎ 組網容易，運行成本低廉。

組網方式：

采用GPRS/CDMA 數傳構筑數據采集系統時，系統可以分為中心服務器和終端設備。終端設備和GPRS/CDMA DTU模塊通過RS232或RS485相連。

中心服務器接入有四種方式：

1） 中心采用計算機加互連網固定IP地址（如寬帶接入）的方式。

中心公網固定IP：監控點直接向中心發起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。

2） 中心采用計算機加互連網固定域名解析（如寬帶接入）的方式。

中心公網動態IP+DNS解析服務：客戶先與DNS服務商聯系開通動態域名，監控點先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。

3） 中心采用計算機加移動APN專線，所有點都采用內網固定IP。

此種方案客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監控點及中心分配移動內部固定IP。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
　此種方案無論實實性，安全性和穩定性較前三種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實實性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。

4） 中心采用計算機加GPRS MODEM的方式(APN專網固定IP)。

此種方案客戶先與移動申請APN專網業務。移動為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監控點及中心分配移動內部固定IP。