GPRS自动化通讯系统在城市供水中的应用

　　摘要：GPRS自动化控制通讯系统是针对现有的供水管网远程测控调度系统存在的缺点，提供一种GPRS检测站点可以根据需要进行不断的增加，GPRS检测站点选址较简便、安装简单，建设、运行和管理费用较低，采集的数据全面，便于实时在线监控的分组数据传输供水管网泵站远程测控装置。本系统在厦门水务集团GPRS供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统工程中得到运用，取得了巨大的经济效益和良好的社会效益。
　　关键词：GPRS，通讯，远程
　　一、原供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统存在的缺点：
　　(一)原供水管网远程测控调度系统存在的缺点
　　原供水管网远程测控调度系统采用数字式无线数据传输电台通讯方式，上位机用VB进行编程，控制中心端的电台在规定时间内对42个站点进行一对一的“轮询”式数据采集。
　　1、检测站点的数量有限。
　　数传电台组成的数据传输网络独占一个频率资源，在同一频点上同时只能有一个设备发送数据。。
　　2、设备功率大、不利于在偏僻地方安装。
　　根据国家无线电管理委员会频率规划，将223.025M～235.000MHz作为遥测、遥控、数据传输等业务使用的频段。用于近距离（1000米以内）操作时≤0.5瓦，设置在城区、近郊区时：≤5瓦，设置在远郊区、野外时：≤25瓦。数传电台受发射功率限制，传输距离最大只有数十公里。超长距离的发送需要采用大功率发射，需要提供大功率的电源。这一特性决定了数传电台的应用只能限定在一定的区域范围内，不利于在偏僻地方安装。
　　3、建设和运行费用高，检测站点的选址不方便。
　　数传电台的建设成本，除了数传电台的采购成本，还需要包括架设塔台、架天线等基站建设成本。厦门是丘陵地貌，丘陵地貌使无线电波的覆盖在部分地方产生死角。必须在高海拔地方建设中继站；传输距离过长，信号容易衰减，要通过各个中继站进行信号接力传输，需建设较多的基站，传输距离越远，基站建设成本就越大。
　　4、设备安装和维护强度大。
　　采用数传电台组成的通讯网络，除了需要架设数传电台、室外天线外，还需要包括架设基站塔台、天线等设备。如果距离远，需架设多个中继基站。数传电台的室外天线必须架设在至高点。
　　5、采集的数据参数少。
　　原有系统各个管网检测站点只提供1路模拟量数据（管网的压力），不能较好地体现现场的设备运行情况。
　　6、受到干扰时严重影响数据传输
　　在一个应用系统中，两台或多台数传电台组网，每个数据网络占用一个频率，当此频率受到干扰时，将严重影响数据传输。
　　(二)原小区泵站运行监测系统存在的问题
　　原小区泵站运行监测系统是采用主中心PC机的Modem与各个泵站PC的Modem通过电话拨号进行连接的。
　　原小区泵站运行监测系统存在的问题是：
　　1、无法及时地反应现场的运行情况。
　　旧系统是通过人工拨号对各个泵站进行数据采集的。当你需要了解某个泵站的情况就通过拨打该泵站的电话，等到两边电话连通后，现场的数据通过电话网传到泵站中心去。每次只能与一个泵站进行联系。
　　2、值班人员的劳动强度大。
　　原系统需要人工对各个泵站进行拨号才能了解泵站运行情况，数据滞后，时延相当长。
　　3、运行和管理费用高。
　　电话拨号方式，要求主站安装一部电话，每个泵站也必须安装一部电话。每部电话除了每个的座机费用外，当你拨号了解泵站情况时，连通后需要支付连通到断开时的电话通讯费用。
　　二、GPRS供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统各部件功能介绍
　　针对现有的供水管网远程测控调度系统存在的缺点，新的GPRS供水管网泵站远程测控系统提供一种GPRS供水管网和泵站检测站点可以根据需要进行不断的增加，GPRS检测站点选址较简便、安装简单，建设、运行和管理费用较低，采集的数据全面，便于实时在线监控的GPRS供水管网泵站远程测控装置。
　　相对其它通讯方式来说，采用GPRS技术可以充分利用覆盖范围广的中国移动通讯网络，极大节约建设成本，缩短建设周期,提高整个系统的性能价格比。
　　(一)系统结构组成
　　厦门水务集团GPRS供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统由供水管网远程测控调度系统和小区泵站运行监测系统两个子系统组成。
　　1、供水管网远程测控调度系统结构
　　如“供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统(GPRS)示意图”所示，供水管网远程测控调度系统由调度中心、无线GPRS网络、APN专线网络、管网远程终端单元（管网RTU）等几个部分组成。
　　2、泵站运行监测系统结构图
　　如“供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统(GPRS)示意图”所示小区泵站运行监测系统由泵站监控中心、无线GPRS网络、泵站终端等几个部分组成。
　　（二）GPRS供水管网远程测控调度系统各部件功能介绍
　　1、远程终端单元（管网RTU）
　　远程终端单元RTU分散地分布在厦门各区市政供水管网的52个遥测点上，为壁挂式，具有防盗功能，主要由GPRS模块、电源、天线、PLC、机箱等几部分组成。
　　远程终端单元RTU采用西门子S7-200系列PLC与现场设备的开关量、模拟量信号相连，目前提供4路4-20mA模拟输入、14路开关量输入、10路开关量输出。可以根据检测站点的需要，对PLC模块进行增减，每个RTU的PLC模块可以扩展到最多7个扩展模块，最大限度地满足现场控制需求。远程终端单元RTU具有自行进行数据采集、处理，能在RTU端存储一天的历史数据，程序、参数和历史数据等具有掉电保护功能。
　　2、无线GPRS网络
　　无线GPRS网络采用中国移动GPRS网络的专用APN形式入网，每个SIM卡绑定固定移动内部IP，拥有独立上网APN名，其特点如下：
　　网内分配专用的APN名，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN，也限制网外SIM卡使用专网APN。
　　3、APN专线网络
　　集团专线是指中国移动通信基于自身强大的CMNET数据网，利用自己的接入网和传输网络资源，采用固线方式为集团用户提供专线接入，从而实现集团客户专享各种高质量的通信服务和信息化服务的解决方案。[!--empirenews.page--]
　　利用移动公司的集团专线业务，从移动公司的城市光纤网络分出专用光纤，通过水务集团网络防火墙和水务集团内部网络转换，与调度中心的HP服务器相连接，将该HP服务器作为中国移动公司APN通讯网络的一个客户端。RTU的数据通过各地的移动基站传输到中国移动公司的APN网络服务器，然后通过APN专线经过水务集团网络防火墙和水务集团内部网络，传送到水务大厦的HP服务器。服务器到RTU的信息传输则相反。
　　4、调度中心
　　如“供水管网远程测控调度系统示意图”所示，调度中心由两套PC、APN专线及GPRS模块组成，主系统采用APN专线通讯方式，备用系统采用GPRSMODEM拨号方式，组成APN专线与GPRSMODEM拨号主备系统，平时由主系统工作，主系统故障时，起用备用系统；调度中心两台PC，主机选用HP服务器，通过APN专线与中国移动公司的APN网络联系。
　　5、调度中心上位机软件
　　厦门水务集团GPRS供水管网远程测控调度系统上位机软件采用VisualBasic和国内著名组态软件的组态王进行组态，由“GPRS数据采集程序”和“组态王应用程序”组成。
　　“GPRS数据采集程序”控制调度中心的主、副中心的GPRS网络进行网络切换；指挥主、副中心通过APN专线或驱动GPRS通信模块向各个检测站点RTU下发配置信息、控制信息，用各种方式采集数据，接收下位机上报的数据及告警信息；然后将采集到的数据发给“组态王应用程序”。“组态王应用程序”将采集到的管网数据进行管理，具有查询、统计、报表和声光报警提示等功能。
　　调度中心的服务器通过公司内部网络采集供水管网远程测控调度系统副中心和GPRS小区泵站运行监测系统的数据，经过“组态王应用程序”数据处理后，对外发布网页。
　　提供一个开放的实时数据库，配合DLP大屏幕供应商，使DLP大屏幕控制器软件能够读取各监测点的实时数据。
　　(三)小区泵站运行监测系统各部件功能介绍
　　1、泵站终端
　　泵站终端设置于各小区加压泵站，由研华工控机（包括板卡、PLC）控制加压泵站进行自动供水，其控制程序由组态王编写，通过GPRS模块与泵站监控中心联网。
　　2、无线GPRS网络
　　无线GPRS网络采用中国移动GPRS网络的专用APN形式入网，每个SIM卡绑定固定移动内部IP，拥有独立上网APN名。
　　3、泵站监控中心
　　泵站监控中心由PC及GPRS模块组成系统，其PC使用工控机。设置于泵站监控中心，通过城际网络与公司内部网连接，将数据送至集团调度中心的服务器。
　　三、GPRS供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统的特点：
　　远程测控系统数据传输包括各种检测、监视、生产、报警等。远程测控系统数据有数据量小、定时或非定时及实时发送等特点，一方面需实现数据的上传；另一方面亦需下达各种传输、控制指令，即双向的数据、指令传输。
　　厦门水务集团GPRS供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统采用目前中国移动主推的GPRS通讯方式，将从根本上解决传统传输方式的弊端，更加贴近专业数据传输的需求。
　　（一）GPRS供水管网远程测控调度系统新的特点是：
　　1、两种通讯方式，确保了系统的安全稳定。
　　GPRS供水管网远程测控调度系统主中心通过APN专线与中国移动网络相联，副中心用GPRSMODEM拨号上网，构成双机备份系统；平时由主系统工作，主系统故障时，起用备用系统。当APN专线出现故障时，系统自动切换成GPRSMODEM拨号上网方式接收数据，确保了系统的安全稳定。
　　2、GPRS检测站点可以根据需要进行不断地增加，以满足城市建设的需要。
　　随着城市建设的发展，自来水的供应也不断地往城乡结合部以及农村延伸，提高居民的生活质量。厦门是丘陵地貌，自来水管网需要足够的压力才能覆盖更多的供水面积。因此对新增供水管网压力监测就尤为重要。新的供水管网远程测控调度系统采用GPRS通讯方式，它是采用群播方式（一个对多个）进行通讯的，因此，它不受到数量上的限制，可以根据需要进行站点的扩充。
　　3、GPRS检测站点选址较简便
　　新的供水管网远程测控调度系统是采用中国移动GPRS网络的通讯平台进行通讯的；监控覆盖范围广阔，系统规模扩展快速。充分利用中国移动宽带互联网CMNET网络和全国范围的电信网络，还可将跨地区的GPRS数据通过移动公司内部的网络平台传回本地区，从而实现跨流域跨地区使用，方便、快速、低成本地实现远程接入网络的部署。
　　4、GPRS检测站点安装简单
　　GPRS模块大小：80x65x20mm，天线非常短，直接安装在控制箱上。整个GPRS检测站点就是一个封闭的控制箱，尺寸大小大约是50*30*25cm3。现场安装时，只需接通各条数据信号线和电源即可，无需将GPRS的检测终端安装在至高点。控制箱壁挂式安装，具有防水防盗功能，室内外均可以安装。
　　5、建设、运行和管理费用较低。
　　GPRS供水管网远程测控调度系统是采用中国移动GPRS网络的通讯平台，无线通讯网络使用的是中国移动GPRS无线通讯基站和中国移动宽带互联网。福建省内GPRS可以相互漫游，互联互通。不存在通讯距离问题，无需自己建设中继基站，只需与中国移动签署通讯保障协议，就可以实现跨地区的GPRS通讯。通讯网络的正常运行由中国移动公司专业人员进行维护和保障，降低了管理人员的技术要求。目前，GPRS供水管网远程测控调度系统每个检测站点的费用是20元/月，相对于无线电台通讯费用低，管理方便。
　　6、防雷击
　　采用中国移动GPRS网络的通讯平台进行通讯，在不影响上网的前提下，GPRSMODEM的发射功率非常小。天线非常短，直接安装在控制箱上，无需将GPRS的检测终端安装在至高点，克服了无线数传电台传输容易引雷，击坏设备的缺点。
　　7、采集的数据全面。
　　原有系统只提供了1路模拟量的数据（管网压力）。GPRS供水管网远程测控调度系统采用西门子PLC进行数据采集，能在RTU端存储一天的历史数据，程序、参数和历史数据等具有掉电保护功能；
　　每个RTU站目前提供4路4-20mA模拟输入，除了可以采集各站点的压力、液位、流量、温度等站点运行参数外，还可以采集自来水的OPR、氨氮、酸碱度、浊度、余氯、溶解氧、COD、SS、BOD等水质参数。[!--empirenews.page--]
　　每个RTU站目前提供14路开关量输入，同时提供10路开关量输出。并可以根据检测站点的需要，对PLC模块进行增减，最大限度地满足现场设备控制需求，更全面地采集现场的信息，便于管理人员详细了解现场的情况，做出及时和正确的决策。
　　(二)GPRS小区泵站运行监测系统控制系统的特点：
　　GPRS小区泵站运行监测系统采用目前中国移动主推的GPRS通讯方式，从根本上解决原来人工电话拨号通讯方式的传输速度慢、数据量少、费用高的弊端。
　　1、实时在线，及时地反应现场的运行情况
　　GPRS小区泵站运行监测系统用GPRSMODEM拨号上网登录中国移动通讯平台，GPRS模块具有实时在线，断线自动重拨功能。登录后，数据采集程序自动控制泵站中心的GPRS模块按照规定的时间对各个小区加压泵站进行数据采集，泵站终端数据异常自动上报泵站中心。
　　2、降低值班人员的劳动强度。
　　GPRS小区泵站运行监测系统中的GPRS数据采集自动完成，无需人工参与。“GPRS数据采集程序”将采集到的数据发给“组态王应用程序”。“组态王应用程序”将采集到的泵站数据进行管理，将各个泵站的运行情况及时、动态、形象、直观地反应在屏幕上，且通过声光报警功能，及时地提醒值班人员对故障做出反应，提高了管理反应速度。
　　3、运行和管理费用低
　　GPRS小区泵站运行监测系统实行不限GPRS通讯流量包月制，每个泵站的通讯费用是100元/月。旧的电话拨号系统需要在主站和各个泵站设置一部电话，泵站只能设置在电话线能到达的地方。GPRS通讯只要中国移动GPRS网络覆盖的地方就可以通讯，不受线路的限制，有利于在偏远地区架设通讯站点。
　　（三）数据集中管理，便于调度人员的调度指挥。
　　集团调度中心的服务器通过公司内部网络采集供水管网远程测控调度系统副中心和小区泵站运行监测系统的数据，将原来两个独立运行的系统整合在一起，并将数据传输到自来水的调度中心，数据进行集中管理，确保整个厦门的供水系统安全、稳定运行。
　　（四）通过发布网页，提高了办公自动化强度
　　改造后的控制系统将采集到的数据，经过集团调度中心的服务器数据处理后，对外发布网页。该WEB站点通过用户身份认证授权方式控制用户访问相应小区加压泵站的实时监控数据和存储的任何时间段的历史数据。提高了办公自动化的强度，为集团总部以及各分公司、厂、站领导做决策提供了详细的数据。
　　四、结束语
　　本系统可以根据不同用户的需求进行量身定制，可以广泛用于市政给排水、油田、环境监测、地震、水利、电力、气象、燃气、管道、供暖、井群等领域的监测监控，特别是在通讯范围广，地点偏僻的地域进行数据采集、控制和传输时具有很强的优势，极具推广价值，市场前景极佳，可产生巨大的经济效益和良好的社会效益。

《GPRS自动化通讯系统在城市供水中的应用》

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文章名称： GPRS自动化通讯系统在城市供水中的应用

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