GPRS城市供水管網(wǎng)無線遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)

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　　概述:

　　由于城市供水地理位置分散，采集、控制功能要求穩(wěn)定，安全性要求較高。一般采取人工抄表、電話報數(shù)、現(xiàn)場手動操作的原始調(diào)度方法。收集信息數(shù)量少、處理慢、傳遞遲，調(diào)度處于低級階段，以保證不缺水和維持正常運行為主，談不上優(yōu)化調(diào)度。遇上爆漏及其他事故，反映遲鈍損失擴(kuò)大。

　　供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)管網(wǎng)壓力、水流量等的數(shù)據(jù)傳送及各水廠出水量的控制，便于及時了解及控制遠(yuǎn)端生產(chǎn)運行情況，降低故障率，縮短檢修時間，減少停水次數(shù)。各管網(wǎng)監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道壓力、水流量等的實時數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)阶詠硭?a target="_blank">公司的調(diào)度中心，調(diào)度中心通過對傳輸回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到出故障的地點，從而當(dāng)一個遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時，能在最短的時間內(nèi)解決問題。

　　目前，自來水供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可簡單分為有線和無線兩大類，其中有線通信主要包括架設(shè)光纜、電纜或租用電信電話線、X.25、DDN、ADSL等，而無線則包括超短波通信、擴(kuò)頻通信、衛(wèi)星通信、GSM 短信/GPRS通信等。

　　在供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中，由于各管網(wǎng)監(jiān)控點分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，個別站點還地處偏僻，因此架設(shè)光纜(電纜)難度大、費用高，向電信部門租用專用電話線又要申請很多電話線，而且有些監(jiān)控點線路難以到達(dá)，況且采用電話線路時需要等待漫長的電話撥號過程，速度慢，運營成本較高，不切合實際?？傊O(jiān)控系統(tǒng)采用有線通信方式建設(shè)周期長、工作難度大、運行費用高，不便于大規(guī)模使用;與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設(shè)周期短、運行維護(hù)簡單、性價比高等優(yōu)點。

　　在監(jiān)控系統(tǒng)中，無線通信方式主要包括：超短波(230MHz)無線數(shù)傳、擴(kuò)頻、衛(wèi)星通信、GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)等，其中衛(wèi)星通信由于通信費用昂貴，只在一些特殊的領(lǐng)域下使用，未得以普及;而擴(kuò)頻通信技術(shù)雖然速率高，但只能在視距范圍內(nèi)傳輸，應(yīng)用也受到限制。采用超短波數(shù)傳電臺作為傳輸信道具有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展容易、維修方便、運行費用低等優(yōu)點，但由于系統(tǒng)工作于230MHz且多采用普通間接調(diào)制的數(shù)傳電臺，這就造成系統(tǒng)易受外界干擾、 通信速率低、誤碼率高、數(shù)據(jù)傳送量不大、信號覆蓋范圍小等缺點。

　　經(jīng)過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)作為供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。目前GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過電信部門的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是中國移動新推出的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GSM/GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建自來水供水管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)控點的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡單。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

　　為了滿足對生產(chǎn)過程的調(diào)度和指揮，需要一個可靠的SCADA系統(tǒng)。它一般由企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮中心、水廠、管網(wǎng)測壓點、抄表遙測等組成。它所具有的功能一般包括：數(shù)據(jù)采集控制功能，數(shù)據(jù)傳輸功能，數(shù)據(jù)顯示及分析功能，報警功能，歷史數(shù)據(jù)的存儲、檢索、查詢功能，報表顯示及打印功能，遙控功能，網(wǎng)絡(luò)功能等。

　　管網(wǎng)測點SCADA自動化控制系統(tǒng)，主要監(jiān)測分散管網(wǎng)測點站點。該系統(tǒng)采用兩級控制，一級為SCADA系統(tǒng)中心控制室，二級為管網(wǎng)測點站點遠(yuǎn)程測控終端GPRS RTU。中心控制室負(fù)責(zé)監(jiān)視、管理和控制等工作。站點GPRS RTU負(fù)責(zé)多個管網(wǎng)測點站點的數(shù)據(jù)采集，無線傳輸、管網(wǎng)測點壓力的自動控制。

　　調(diào)度中心對各個管網(wǎng)測點進(jìn)行實時監(jiān)控并指揮各個水廠的出水量，它是系統(tǒng)的信息采集和控制中心。調(diào)度中心采集各站點的數(shù)據(jù)信息，并對這些信息進(jìn)行存儲、分析匯總或打印等處理。通過數(shù)據(jù)分析，及時給出報警信息或向站點發(fā)出控制命令，控制站點設(shè)備的運行，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的調(diào)度和管理。

　　GPRS RTU(遠(yuǎn)程測控終端)是SCADA系統(tǒng)的基本組成單元，采集、控制和通信是他所具有的基本功能。對于具有分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化特點的企業(yè)，其SAS/SCADA系統(tǒng)的建立，離不開承上啟下的GPRS RTU產(chǎn)品。城市供水綜合自動化系統(tǒng)中的SCADA系統(tǒng)，必須具備并且非常重要的一個功能就是：實時、準(zhǔn)確地監(jiān)測遍布于全市的自來水管網(wǎng)的流量、壓力等變化情況。應(yīng)用于管網(wǎng)測壓的GPRS RTU產(chǎn)品就是為此目的而設(shè)計的。由于管網(wǎng)測壓工藝簡單、無須控制、散布廣泛，因此就要求此類GPRS RTU產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價格便宜等特點。

　　1.管網(wǎng)監(jiān)控點

　　管網(wǎng)監(jiān)控點：各監(jiān)控點通過數(shù)據(jù)采集模塊采集如壓力、流量等數(shù)據(jù)，通過RS232(RS485)接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連，無標(biāo)準(zhǔn)通訊接口的設(shè)備，也可以采用我公司帶有模擬量、開關(guān)量采集功能的RS6011G GPRS RTU。通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)。

　　瑞申RS6011G GPRS RTU產(chǎn)品介紹

　　1)基本原理:

　　通過RS—485總線將數(shù)字傳感器(也可采用模擬輸出傳感器)與瑞申無線智能測控終端連為一體，構(gòu)成現(xiàn)場監(jiān)控單元。瑞申無線測控終端內(nèi)置：CPU模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數(shù)據(jù)通信模塊?？涩F(xiàn)場接入多路模擬量、開關(guān)量、繼電器信號等數(shù)據(jù)，然后直接通過GPRS無線模塊將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程控制中心連接，將采集數(shù)據(jù)實時發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。 通過該系統(tǒng)，即使在遠(yuǎn)離觀測現(xiàn)場的異地，也能方便地對各種環(huán)境要素如流量、壓力等數(shù)據(jù)的采集讀取，真正實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享的功能。除數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、實時監(jiān)控外，系統(tǒng)還可實現(xiàn)遠(yuǎn)程手機(jī)報警，并通過用戶手機(jī)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備。

　　2)功能特點：

　　◎ 采集傳輸控制一體化，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本;

　　◎ 采用超低功耗高性能的嵌入式處理器，數(shù)據(jù)采樣精度小于2‰;

　　◎ 內(nèi)嵌看門狗，不死機(jī)，掉線自動恢復(fù);

　　◎ 配備多種接口資源：包括模擬信號采集、開關(guān)量采集、脈沖信號輸入、繼電器控制輸出等;

　　◎ 繼電器可設(shè)置報警聯(lián)動;

　　◎ 支持一路RS232/RS485(只支持MODBUS協(xié)議)方式的用戶數(shù)據(jù)接口，可接入電子式傳感器、PLC等各種設(shè)備;

　　◎ 短信數(shù)據(jù)傳輸或GPRS實時在線傳輸方式;

　　◎ GPRS 遠(yuǎn)程在線設(shè)置和短信息遠(yuǎn)程設(shè)置功能;

　　◎ 支持終端遠(yuǎn)程進(jìn)入休眠模式，并可用多種方式喚醒;

　　◎ 監(jiān)控中心及手機(jī)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備;

　　◎ 可向用戶設(shè)定的手機(jī)發(fā)送短信報警信息;

　　◎ 模擬量分時段報警;

　　◎ 用戶可以編程的量程轉(zhuǎn)換和報警上下限設(shè)定;

　　◎ 內(nèi)設(shè)工業(yè)時鐘，精確記時;

　　◎ 自動定時上報和事件觸發(fā)上報功能;

　　◎ 內(nèi)置大容量FLASH存儲器，數(shù)據(jù)自動記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索;

　　◎ 板載工業(yè)級GSM/GPRS通信模塊，方便用戶選擇GSM/GPRS組網(wǎng)方式;

　　◎ 提供用戶設(shè)置軟件，開放式接口，方便與組太軟件及其他軟件連接;

　　2、監(jiān)控中心

　　服務(wù)器申請配置固定IP地址，采用移動通信公司提供的專線，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于專線可提供較高的帶寬，當(dāng)管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。

　　監(jiān)控中心服務(wù)器接收到GPRS網(wǎng)絡(luò)終端傳來的連接申請先進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證通過后接受傳來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。

　　系統(tǒng)功能

　　中心控制室負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)地控制監(jiān)控。配有打印機(jī)電臺等。

　　1.遙控遙測

　　測量各站點的狀態(tài)，通過監(jiān)視各個測壓點的壓力，調(diào)控供水系統(tǒng)的水泵的開關(guān);測量、控制可人為干預(yù)進(jìn)行，也可根據(jù)設(shè)定進(jìn)行。

　　2.數(shù)據(jù)處理

　　可存儲系統(tǒng)各站點的工作狀態(tài)信息，并對信息進(jìn)行統(tǒng)計處理產(chǎn)生各種報表輸出。

　　3.網(wǎng)絡(luò)連接

　　系統(tǒng)應(yīng)用MODBUS RTU/ASCII協(xié)議，可以方便的聯(lián)入其他計算機(jī)系統(tǒng)。

　　4.報警指示

　　監(jiān)測數(shù)據(jù)量有上、下限報警指示功能。

　　5.系統(tǒng)參數(shù)輸入及組態(tài)

　　輸入系統(tǒng)參數(shù)，如巡檢周期、控制參數(shù)、報警限、計算公式、系統(tǒng)時間等，并對這些參數(shù)進(jìn)行組態(tài)，以形成完整的系統(tǒng)操作、控制、統(tǒng)計、顯示、打印參數(shù)數(shù)據(jù)庫。整個系統(tǒng)以此數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)運行。

　　6.自動巡檢

　　中心控制室自動巡檢n個站點及送水泵房工作情況。

　　7.手動采集

　　可以人為手動巡檢N個站點，得到監(jiān)控數(shù)據(jù)。

　　8.歷史數(shù)據(jù)打印

　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)，自動打印系統(tǒng)遙測、遙控等運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。

　　9.供水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計

　　能實現(xiàn)對N個管網(wǎng)測點的壓力，生成報表。

　　10.遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程升級

　　通過網(wǎng)絡(luò)，可以對GPRS RTU遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程升級。

　　總結(jié)：

　　本系統(tǒng)以自來水廠的生產(chǎn)過程為背景，提出了一套基于PC機(jī)的自動供水計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案?，F(xiàn)場調(diào)試證明，該方案切實可行，既保證了水廠的不間斷生產(chǎn)又提高了水廠的管理水平。系統(tǒng)的開發(fā)時間短，成本低，節(jié)能效益明顯。適合廣大中小城市的供水調(diào)度進(jìn)行技術(shù)改造。