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GPRS城市管網供水調度監控係統
一、前言
由於城市供水地理位置分散，采集、控製功能要求穩定，安全性要求較高。一般采取人工抄表、電話報數、現場手動操作的原始調度方法。收集信息數量少、處理慢、傳遞遲，調度處於低級階段，以保證不缺水和維持正常運行為主，談不上優化調度。遇上爆漏及其他事故，反映遲鈍損失擴大。
GPRS城市供水調度監控係統可以對遠程現場的運行設備進行監測和控製，以實現管網壓力、水(shui)流(liu)量(liang)等(deng)的(de)數(shu)據(ju)傳(chuan)送(song)及(ji)閥(fa)門(men)開(kai)關(guan)的(de)自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)，便(bian)於(yu)及(ji)時(shi)了(le)解(jie)及(ji)控(kong)製(zhi)遠(yuan)端(duan)生(sheng)產(chan)運(yun)行(xing)情(qing)況(kuang)，降(jiang)低(di)故(gu)障(zhang)率(lv)，縮(suo)短(duan)檢(jian)修(xiu)時(shi)間(jian)，減(jian)少(shao)停(ting)水(shui)次(ci)數(shu)。各(ge)管(guan)網(wang)監(jian)測(ce)點(dian)的(de)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)終(zhong)端(duan)可(ke)自(zi)動(dong)采(cai)集(ji)管(guan)道(dao)壓(ya)力(li)、水流量等的實時數據，信息傳輸到自來水公司的監控中心，監控中心通過對傳輸回來的數據進行分析，可找到出故障的地點；當出現故障時，能在最短的時間內解決問題。
目前，自來水供水調度監控係統中采用的數據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、擴頻通信、衛星通信、GSM短信/GPRS通信等。
在城市供水調度監控係統中，由於各管網監控點分布範圍廣、數量多、距離遠，個別站點還地處偏僻，因此架設光纜（電纜）難度大、費(fei)用(yong)高(gao)，向(xiang)電(dian)信(xin)部(bu)門(men)租(zu)用(yong)專(zhuan)用(yong)電(dian)話(hua)線(xian)又(you)要(yao)申(shen)請(qing)很(hen)多(duo)電(dian)話(hua)線(xian)，而(er)且(qie)有(you)些(xie)監(jian)控(kong)點(dian)線(xian)路(lu)難(nan)以(yi)到(dao)達(da)，況(kuang)且(qie)采(cai)用(yong)電(dian)話(hua)線(xian)路(lu)時(shi)需(xu)要(yao)等(deng)待(dai)漫(man)長(chang)的(de)電(dian)話(hua)撥(bo)號(hao)過(guo)程(cheng)，速(su)度(du)慢(man)，運(yun)營(ying)成(cheng)本(ben)較(jiao)高(gao)，不(bu)切(qie)合(he)實(shi)際(ji)。總(zong)之(zhi)，監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)有(you)線(xian)通(tong)信(xin)方(fang)式(shi)建(jian)設(she)周(zhou)期(qi)長(chang)、工作難度大、運行費用高，不便於大規模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設周期短、運行維護簡單、性價比高等優點。
在監控係統中，無線通信方式主要包括：超短波（230MHz）無線數傳、擴頻、衛星通信、GSM數字蜂窩通信係統等，其中衛星通信由於通信費用昂貴，隻在一些特殊的領域下使用，未得以普及；而擴頻通信技術雖然速率高，但隻能在視距範圍內傳輸，應用也受到限製。采用超短波數傳電台作為傳輸信道具有組網靈活、擴展容易、維修方便、運行費用低等優點，但由於係統工作於230MHz公共頻段，且多采用普通間接調製的數傳電台，這就造成係統易受外界幹擾、通信速率低、誤碼率高、數據傳送量不大、信號覆蓋範圍小等缺點。
經過比較分析，我們選擇中國移動的 GPRS 係統作為供水調度監控係統的數據通信平台。目前 GSM 網絡經過電信部門的多年建設，覆蓋範圍不斷擴大，已成為成熟、穩定、可靠的通信網絡，特別是中國移動新推出的 GPRS 數據業務。GSM/GPRS 係統可提供廣域的無線 IP 連接。在移動通信公司的 GPRS yewupingtaishanggoujianchengshizilaishuiguanwanggongshuitiaodujiankongxitong，shixianguanwangjiankongdiandewuxianshujuchuanshujuyoukechongfenliyongxianyouwangluo，suoduanjianshezhouqi，jiangdijianshechengbendeyoudian，erqieshebeianzhuangfangbian、維護簡單。
二、係統結構
為了滿足對生產過程的調度和指揮，需要一個可靠的 SCADA 係統。它一般由企業生產調度指揮中心、管網測壓點、抄表遙測等組成。它所具有的功能一般包括：數據采集控製功能，數據傳輸功能，數據顯示及分析功能，報警功能，曆史數據的存儲、檢索、查詢功能，報表顯示及打印功能，遙控功能，網絡功能等。管網測點 SCADA 自動化控製係統，主要監測分散管網測點站點。該係統采用兩級控製，一級為 SCADA 係統中心控製室,二級為管網測站點遠程測控終端 GPRS RTU（遠程測控終端）。中心控製室負責監視、管理和控製等工作。站點 GPRS RTU 負責多個管網測點站點的數據采集，無線傳輸、管guan網wang測ce點dian壓ya力li的de自zi動dong控kong製zhi。中zhong心xin控kong製zhi室shi對dui各ge個ge站zhan點dian進jin行xing實shi時shi監jian控kong，它ta是shi係xi統tong的de信xin息xi采cai集ji和he控kong製zhi中zhong心xin。中zhong心xin控kong製zhi室shi采cai集ji各ge站zhan點dian的de數shu據ju信xin息xi，並bing對dui這zhe些xie信xin息xi進jin行xing存cun儲chu、fenxihuizonghuodayindengchuli。tongguoshujufenxi，jishigeichubaojingxinxihuoxiangzhandianfachukongzhimingling，kongzhizhandianshebeideyunxing，yishixianzhenggexitongdetiaoduheguanli。
GPRS RTU是 SCADA 係統的基本組成單元，負責整個係統的采集、控製和遠程通信功能。對於具有分布式、集散型、網絡化特點的企業，其 SCADA 係統的建立，離不開承上啟下的 GPRS RTU 產品。城市供水綜合自動化係統中的 SCADA 係統，必須具備並且非常重要的一個功能就是：實時、準確地監測遍布於全市的自來水管網的流量、壓力等變化情況。應用於管網測壓的 GPRS RTU 產品就是為此目的而設計的。由於管網測壓工藝簡單、無須控製、散布廣泛，因此就要求此類 GPRS RTU 產品具有結構簡單、性能可靠、價格便宜等特點。
2.1、 管網監控點：
各監控點采用我公司帶有模擬量、開關量采集功能的 YN4112 GPRS RTU。通過 GPRS 透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝後發送到 GPRS 網絡。
2.2、宇能 YN4112 GPRS RTU 產品介紹：
2.2.1、基本原理：
無線測控終端內置：CPU模塊、數據存儲模塊、控製模塊、GPRS數據通信模塊。可現場接入多路模擬量、開關量、幹觸點信號、繼電器信號等數據，然後直接通過 GPRS 無wu線xian模mo塊kuai將jiang現xian場chang數shu據ju與yu遠yuan程cheng控kong製zhi中zhong心xin連lian接jie，將jiang采cai集ji數shu據ju實shi時shi發fa送song到dao遠yuan程cheng數shu據ju庫ku服fu務wu器qi，並bing存cun儲chu到dao數shu據ju庫ku中zhong。通tong過guo該gai係xi統tong，即ji使shi在zai遠yuan離li觀guan測ce現xian場chang的de異yi地di，也ye能neng方fang便bian地di對dui各ge種zhong環huan境jing要yao素su：如流量、壓力等數據的采集讀取，真正實現了遠程監測和數據共享的功能。除數據遠程采集、實時監控外，係統還可實現遠程手機報警，並通過用戶手機遠程控製現場設備。
2.2.2、功能特點：
● 配備多種接口資源，包括模擬信號采集、開關量輸入、輸出、脈衝信號輸入等；
● 支持一路RS232/RS485方式的用戶數據接口，可接入PLC等各種設備；
● 采集傳輸控製一體化，提高了係統可靠性，降低了成本；
● 采用工業級超低功耗高性能的嵌入式處理器；
● 用戶可以編程的量程轉換和報警上下限設定；
● 內設工業時鍾，精確計時；
● 自動定時上報和事件觸發上報功能；
● 內置大容量FLASH存儲器，數據自動記錄，支持曆史數據檢索；
● 板載GSM/GPRS傳輸模塊，方便用戶選擇GSM、GPRS組網方式；
● 提供用戶設置軟件，開放式接口，方便與組態軟件及其它軟件連接；
● 工業級設計，穩定可靠，堅固耐用；
2.2.3、GPRS無線數據傳輸技術特點：
GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱， 是在現有GSM係統上發展起來的一種承載業務，目的是為 GSM 用戶提供分組形式的數據業務。GPRS拋pao棄qi了le傳chuan統tong的de獨du占zhan電dian路lu交jiao換huan模mo式shi，采cai用yong分fen組zu交jiao換huan技ji術shu，每mei個ge用yong戶hu可ke同tong時shi占zhan用yong多duo個ge無wu線xian信xin道dao，同tong一yi無wu線xian信xin道dao又you可ke以yi由you多duo個ge用yong戶hu共gong享xiang，有you效xiao地di利li用yong了le信xin道dao資zi源yuan，帶dai寬kuan最zui高gao可ke達da 171.2Kb/s。目前中國移動的 GPRS 覆蓋範圍在中心城市幾乎達到了100%，在邊遠地區也達到了80%以上，實際應用帶寬大約在 20-40Kb/s，特別適合遠程監測行業的通信需求，完全取代過去傳統的有線、MODEM、X.25、數傳電台、短信等通信方式。
2.2.4、可靠性高：
與 SMS 短信息方式相比，YN4112 GPRS RTU 采用麵向連接的 MODBUS 協議通信，避免了數據包丟失的現象，保證數據可靠傳輸。中心可以與多個監測點同時進行數據傳輸，互不幹擾。GPRS 網絡本身具備完善的頻分複用機製，並具備極強的抗幹擾性能，完全避免了傳統數傳電台的多機頻段“碰撞”現象。
2.2.5、實時性強：
GPRS具有實時在線的特性，數據傳輸時延小，並支持多點同時傳輸，因此 GPRS 監測數據中心可以多個監測點之間快速，實時地進行雙向通信，很好地滿足係統對數據采集和傳輸實時性的要求。目前GPRS實際數據傳輸速率在30Kbps 左右，完全能滿足係統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。
2.2.6、監控範圍廣：
GPRS網絡已經實現全國範圍內覆蓋，並且擴容無限製，接入地點無限製，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。比較很多無線數據網絡（集群，雙向傳呼，CDPD，CDMA）而言，其網絡覆蓋是最好的。
2.2.7、係統建設成本低：
由於采用 GPRS 公網平台，無需建設網絡，隻需安裝設備就即可，建設成本低；也免去了網絡維護費用。
2.2.8、係統運營成本低：
采用GPRS公網通信，全國範圍內均按統一費率計費，省去昂貴的漫遊費用, GPRS網絡可按實際通信數據流量計費，(1分-3分/1K字節)，也可以按包月不限流量收費，從而實現了係統的低成本通信。
2.2.9、可對各監測點儀器設備進行遠程控製：
通過GPRS雙向係統還可實現對儀器設備進行反向控製，如：時間校正、狀態報告、開關等控製功能，並可進行係統遠程在線升級。
2.2.10、係統的傳輸容量，擴容性能好：
能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要；由於係統采用成熟的 MODBUS 通信架構，具備良好的擴展性能，一個監測中心可輕鬆支持幾千個現場采集點的通信接入。
2.2.11、GPRS傳輸功耗小，適合野外供電環境：
雖然與遠在千裏的數據中心進行雙向通信，GPRS數傳設備在工作時卻隻需與附近的移動基站通信即可,其整體功耗與一台普通GSM手機相當,比傳統數傳電台小得多。因此GPRS傳輸方式非常適合在野外使用太陽能供電或蓄電池供電的場合下使用。
2.3、監控中心:
服務器申請配置固定 IP 地址，采中國移動公司提供的專線，與 GPRS 網絡相連。由於專線可提供較高的帶寬，當管網監控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。
監控中心服務器接收到 GPRS 網絡終端傳來的連接申請先進行認證，認證通過後接受傳來的數據並進行處理。
三、係統功能
3.1、中心控製室負責整個係統地控製監控。配有電腦服務器、打印機等。
3.2、遙控遙測：測量各站點的狀態，通過監視各個測壓點的壓力，調控供水係統的水泵的開關；測量、控製可人為幹預進行，也可根據設定進行。
3.3、數據處理：可存儲係統各站點的工作狀態信息，並對信息進行統計處理產生各種報表輸出。
3.4、網絡連接：係統應用標準 MODBUS 協議，可以方便的聯入其他計算機係統。
3.5、報警指示：監測數據量有上、下限報警指示功能。
3.6、係統參數輸入及組態：輸入係統參數，如巡檢周期、控製參數、報警限、計算公式、係統時間等，並對這些參數進行組態，以形成完整的係統操作、控製、統計、顯示、打印參數數據庫。整個係統以此數據庫為基礎運行。
3.7、自動巡檢：中心控製室自動巡檢多個站點及送水泵房工作情況。
3.8、手動采集：可以人為手動巡檢多個站點，得到監控數據。
3.9、曆史數據打印：根據係統設定參數，自動打印係統遙測、遙控等運行狀態數據。
3.10、供水數據統計：能實現對多個管網測點的壓力，生成報表。遠程診斷、遠程維護。
3.11、遠程升級：通過網絡，可以對 GPRS RTU 遠程診斷、遠程維護、遠程升級。
四、結論
本係統以自來水廠的生產過程為背景，提出了一套基於 PC jidezidonggongshuijisuanjijiankongxitongshejifangan。xianchangtiaoshizhengming，gaifanganqieshikexing，jibaozhengleshuichangdebujianduanshengchanyoutigaoleshuichangdeguanlishuiping。xitongdekaifashijianduan，chengbendi，jienengxiaoyimingxian。shiyongyuquanguogedachengshigongshuitiaoduxitongjianshexiangmu。
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