基于GPRS的燃氣管網監控系統應用方案

　　摘要：本文提供了一種基于GPRS網絡的燃氣管網監控系統設計原理和實現方案，簡要介紹了GPRS技術的基本知識，描述了GPRS無線傳輸應用于燃氣管網監控系統的實現方法。通過實際應用，獲得了理想的效果.
　　關鍵詞：GPRS；DTU；Internet；燃氣；
一、 概述
　　城市燃氣是城市能源供應的重要組成部分，是城市建設的重要基礎設施之一。發展城市燃氣，對于節約能源、保護環境、方便人民生活、促進工業生產、發展城市公用事業意義十分重大，是實現城市現代化的重要標志之一。
二、 系統組成結構及功能要求
　　本項目由A,B,省會市三市燃氣管網遠程測控調度 SCADA 系統組成，三地市監測中心數 據互通。
　　1、燃氣管網遠程測控調度系統結構圖

　　如上圖所示燃氣管網遠程測控調度系統由遠程終端單元（RTU）、GPRS DTU、無線 GPRS網絡、調度中心幾個部分組成。
　　數據采集將每個調壓站內的壓力、溫度、流量等數據通過GPRS 數據傳輸終端動態地發送到燃氣管理處的調度中心。調度中心負責對所接收到數據進行分析、存儲、生成表格、曲線顯示等處理，并且在出現非正常燃氣傳輸狀態的時候進行報警，使現場故障能夠的到及時、有效的處理，避免產生更大的經濟損失。 三、遠程終端單元（RTU） 遠程終端單元RTU分散的分布在燃氣管網的遙測點上，主要由GPRS智能模塊、電源、天線、PLC的CPU及各種I/O模板及后備電池、機箱等幾部分組成。 遠程終端單元RTU與現場設備的開關量、模擬量信號相連，進行數據采集、處理、存儲并通過GPRS網絡與調度中心傳送數據，接收并執行上位機的命令。

1、具體功能如下：
　　RTU機箱： 安裝于遙測點現場，為壁掛式，具有防盜功能（包括GPRS模塊天線），其固定螺絲置于箱體內，設置門鎖，箱體內具有220V交流電，信號輸入輸出接線端子，設置交流進線空氣開關，配備一220V交流電插座（檢修時方便使用）
　　PLC： 基本功能要求 無需監控中心控制，可自行進行測量，并保存累積數據系統； 具有實時時鐘功能（可通過監控中心設定校準），采集到的數據以時間為順序，以5分鐘/每次的密 度，能在RTU端存儲一天的歷史數據，程序、參數、歷史數據具有掉電保護功能；
　　定時上報：把從儀表采集到的數據，以定時（整5分鐘報一次）方式上報； 實現數據點播：可以響應各監控中心發出的查詢請求，將實時時刻或歷史時刻的數據發給監控中心，數據可發給多個監控中心；
　　輸入信號損壞時發出報警信息；
　　當系統上電復位，或系統運行、通信發生異常死機復位（看門狗復位）時，系統根據復位類型不同進行復位處理，保證系統正常工作。 可為一次儀表（兩線制，三線制）提供24V電源，具有一次表供電功能。
四、GPRS數據傳輸終端---廈門才茂通信科技有限公司CM 3150P GPRS DTU CM 3150P GPRS DTU采用ARM9高性能工業級嵌入式處理器，以實時操作系統為軟件支撐平臺,超大內存,內嵌自主知識產權的TCP/IP協議棧。為用戶提供高速，穩定可靠，數據終端永遠在線，多種協議轉換的虛擬專用網絡。針對網絡流量控制的用戶，產品支持語音，短信，數據觸發上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數據中心備份，以及多數據中心同步接收數據等功能。公司產品已廣泛應用于金融，水利，環保，電力，郵政，氣象等行業。
 無線參數：
　　支持EGSM900/GSM1800無線網絡
　　GPRS multi-slot class 10 編碼方案：CS1~CS4 符合SMG31bis技術規范 Compliant to 　　　　GSM phase 2/2+ 支持數據、語音、短信和傳真
　　硬件系統：
　　CPU:工業級ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache(業內最高級CPU) FLASH：8MB（可擴展至32MB）(業內最大內存容量) SDRAM：64MB（可擴展至256MB） 接口： 1個RS232串口。串口速率110~230400bits/s 指示燈：具有電源、通信及在線指示燈。 天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。 SIM卡接口：3V/5V標準的推桿式用戶卡接口。 電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。 語音接口：標準的耳機麥克風接口。
供電：
外接電源：DC 9V 500mA 寬電壓供電：DC 5-35V 通信電流：350mA 待機電流：35mA 工業級無線模塊： GRPS模塊：Simens MC39i 尺寸： 外形尺寸：92.7x61.3x23 mm（不包括天線及固定件） 其他參數： 工作環境溫度 -25~+65ºC 儲存溫度 -40~+85ºC 相對濕度 95%(無凝結)
 軟件功能：
智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線。 支持RSA，RC4加密算法 支持虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）功能，確保系統穩定可靠 支持虛擬數據專 用網（APN） 透明數據傳輸與協議轉換，支持多種工作模式 支持數據中心動態域名和IP地址訪問
支持雙數據中心備份 支持多數據中心 支持主從模式 支持短信、語音、數據等喚醒方式以及超時斷開網絡連接。 支持短消息備份及告警。 多重軟硬件看門狗 數據包傳輸狀態報告。 標準的AT命令界面
可以用做普通撥號MODEM 支持telnet功能。 支持遠程配置，遠程控制 通過串口軟件升級 同時支持LINUX和WINDOWS操作系統 五、調度中心 調度中心可以設一主一備兩個中心（即有一主一備兩個IP地址），平時RTU端的GPRS模塊只與調度中心主中心（主IP地址）聯系，當主IP地址聯系不上時，RTU端的GPRS模塊能主動的與備用中心地址聯系，切換到備用系統進行工作，當主IP地址系統恢復正常，關閉備用IP地址系統時，能恢復到主IP地址系統進行工作。

　　移動APN專線方式： 中心用一個服務器組作為中心接收，中心采用APN專線連接。此種方案先向移動運營商申請APN寬帶業務，并申請邦定IP地址。 終端設備通過RS232串行方式接到GPRS 智能終端上，GPRS 智能終端與GPRS基站通信，但與電路交換或數據呼叫不同，GPRS數據分組是從基站發送到SGSN節點，而不是通過移動交換中心MSC連接到語音網絡上。SGSN與網關支持節點GGSN進行通信，GGSN對分組數據進行相應的處理，再發送到目的網絡，如Internet網絡，（參見圖示）來自Internet、標識有移動臺地址的IP包，由GGSN接收，再轉發到SGSN，繼而傳送到移動臺上。

　　由于GPRS網絡工作方式是以IP地址尋址為基礎的，所以目標服務器端必須先接入Internet網絡以獲得IP地址（固定IP），然后將CM3150P GPRS 智能終端進行相應初始化，所以監控點的GPRS智能DTU設置好中心固定IP地址和端口號，上電自動向中心固定IP發起連接，時時在線傳輸監測數據。可支持同時并發數據發送，無需輪詢訪問，時時性高，運行可靠穩定。此過程是由GPRS 智能終端主動向服務器發送數據，請求TCP/IP連接，當TCP/IP連接通道建立以后，服務器和終端設備可以雙工地進行數據傳輸。
　　調度中心與總調度中心之間的數據傳輸通道 調度中心A市和調度中心B市通過GPRS 網絡，接收到本地的監測數據，經過處理后發送給前置機設備。每臺前置機掛有GPRS智能數傳終端，分別通過GPRS網絡與省會市總調度中心的建立TCP/IP鏈路，雙工地進行數據傳輸。接受總調度中心的時時數據查詢。
　　調度中心功能 A,B省會市三市通過網絡與公司內部網連接，調度中心服務器通過GPRS網絡向RTU下發配置信息、控制信息，及接收下位機上報的數據及告警信息，同時對采集的數據進行管理，提供查詢、統計、報表等功能
　　調度中心的具體功能如下： 能夠給RTU下發組態信息、控制命令，能夠校準RTU的時鐘。 RTU發送來的數據自動進入數據庫，數據庫具備一定的安全措施。 處理RTU的報警信息。
　　數據遙測功能：定時巡測、手動巡測、隨機抽測、分組召測遙控功能：控制RTU開關量輸出點的開、關狀態、遙信開關狀態參數狀態管理功能：設置修改各測量數據上、下限值，通訊參數在線組態功能：新增RTU數據采集點等參數通過組態定義即可完成。
　　數據庫管理功能：對測得的數據建庫，對數據進行處理，查詢歷史數據，報表打印具有數據顯示功能： 能顯示測量的各種數據、遙信開關狀態、各種系統圖形等具有圖形功能,模擬顯示管網圖、水廠工藝流程圖等搶修修理、停水、管網沖洗等數據錄入及統計。
　　數據共享功能：提供一個WEB站點，該WEB站點使公司寬帶內部網的任意一臺工作站只通過WEB瀏覽器就可以登陸查看所有監控點的實時數據和存儲的任何時間段的歷史數據。WEB站點通過用戶身份認證授權方式控制該用戶可訪問那些監控點的實時監控數據和存儲的任何時間段的歷史數據。調度中心系統管理員能增加、刪除可訪問用戶，并對用戶進行不同權限的授權。該WEB站點應能通過超鏈接方式聯入公司統一平臺。具備一開放的實時數據庫，DLP大屏控制器軟件能夠讀取各監測點的實時數據。
　　通訊服務器 通訊服務器中運行GPRS通信管理軟件，完成與遠端無人值守站點RTU的通信鏈接，協議轉換、通信系統的監視及管理、網絡監視及管理等任務。
通信系統服務器的最低配置為（機架式，共一套）
* 2*Xeon 3.0GHz以上CPU；
* 4GB ECC DDR2以上內存，最高支持8GB以上；
* 4*73.4GB SCSI 熱插拔硬盤，RIAD 5，10000轉/分以上；
* DVDROM；
* 集成雙10/100/1000Mbps Ethernet網卡；
* 熱插拔冗余電源（2口）；
* 17＂液晶顯示器；
* 集成遠程管理模塊；
* 鍵盤及鼠標等；
* 支持Windows Server 2003 簡體中文版。

六、系統優勢
　　1) 系統開放性強，可與上一級應用的聯網收費系統、地理信息系統和辦公自動化系統實現無逢連接，為更深層次的數據挖掘，打好基礎。
　　2) 以人為本的操作，友好的人機界面，完全符合國人思維和操作習慣

七、總 結 該系統可達到提高燃氣集輸計量管理水平目的，具有良好的經濟效益及社會效益，具體表現在以下幾個方面：
1、 由于對計量間天然氣濃度實施了24小時連續在線監測，當氣體發生泄漏時，監控室及管理部門可在第一時間做出反應，極大地提高了生產的安全性；
2、 由于采用遠程抄表，可大大提高目前抄表人員的工作效率，減少車輛等資源浪費，大幅度降低總體運行成本；
3、 通過對各計量間實時監測，可實時掌握輸差情況，為穩定輸差提供科學依據；
4、 由于運行數據全部存入數據庫管理，可按照ISO9000的要求對流量計等數據資料進行管理，系統可自動提示流量計檢定時間等信息，對提高管理水平具有重要的意義。