GPRS熱網監控系統

一、前言
我國北方地區冬季目前普遍采用集中供暖方式進行供熱。熱電廠通過城市高溫供熱管道將熱水送至各居民小區、企業中的換熱站。在換熱站，高溫管道（以下簡稱一次網）中的熱水與進居室暖氣片（以下簡稱二次網）的熱水通過換熱器交換熱量。經過換熱后，二次網中熱水流入各居室中。
在以上過程中，供熱調度部門需要對分散在不同地理位置換熱站中溫度、壓力、流量、液位等參數集中實時監視，控制換熱站中各設備的運行。同時，根據從現場監測到的各換熱站運行參數，調節熱電廠運行工況，保證冬季整個供暖的穩定運行。
我國現行的熱力站運行管理仍處于手工操作階段，影響了集中供熱優越性的充分發揮。主要反映在：缺少全面的參數測量手段，無法對運行工況進行系統的分析判斷；系統運行工況失調難以消除，造成用戶冷熱不均；供熱參數未能在最佳工況下運行，供熱量與需熱量不匹配；運行數據不全，難以實現量化管理。搞好城市集中供熱工程，必須要全面提高供熱技術水平。因此，建立基于GPRS無線網絡的自動監控系統，來實現遠程流量、溫度、壓力的計量、采集與傳輸，使工作人員和用戶能夠不到現場即可實時查看監測點的計量數據，并對突發情況（流量及溫度不穩定，漏氣等）及時做出相應的處理。同時，本系統還提供了GSM短消息匯報的功能，智能遠程測控終端能夠及時將信息以短消息的方式發送到工作人員隨身佩帶的移動電話上，從而將監控網絡拓撲到城市的每一個角落。 系統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、系統方案
根據項目需求情況整個系統被分成三大部分，一部分是現場數據采集裝置，實時將現場的流量、壓力、溫度等數據采集到智能遠程測控終端內，根據實時數據實現采集點現場的自動報警，防止事故的發生；并且由智能遠程測控終端將數據采用主動或被動的方式發送到監控中心；第二部分是監控中心，它實現對數據的接收、存儲、顯示、數據請求以及曲線顯示、報表打印輸出等信息管理工作和進行特殊情況的監控中心預警以及通過客戶端軟件方便地訪問實時和歷史數據；最后一部分是短信息預警系統，該短信息預警硬件仍以現場智能遠程測控終端為基礎，通過編程，可實現在系統檢測到不良狀態時，自動以手機短信息的方式將報警信息發送到管理人員的移動電話上，使管理人員及時了解到現場的不良狀況，從而為安全生產作業提供信息保證。
現場流量、溫度、壓力等數據的實時采集和發送都通過智能遠程測控終端RS6011G GPRS RTU來完成，將現場傳感器連接RS6011G GPRS RTU的模擬量采集接口，實現數據的采集。數據采集RS6011G GPRS RTU中后，經過數據打包，再利用RS6011G GPRS RTU的GPRS無線通訊模塊將數據發送到遠端的監控中心服務器上，監控中心服務器須采用獨立IP地址上網，以便測控終端準確的將數據傳輸到指定的固定IP上，且服務器上裝有熱網監控服務器端軟件及數據庫，對接收的數據進行存儲、分析、顯示。上位機信息管理系統采用B/S結構，出于對信息安全、科學管理的需要，給有數據訪問需求的部門或人員配置熱網監控數據訪問帳號，通過用戶驗證訪問的方式實時查看并配置監測到的現場數據。另一方面，現場檢測的數據通過RS6011G GPRS RTU內部的程序設定可以直接發送到相關管理人員的移動電話上，通過這種主動的方式實現隨時隨地匯報現場不良情況的目的。
1、瑞申RS6011G GPRS RTU產品介紹
（1）、基本原理:
通過RS—485總線將數字傳感器（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，構成現場監控單元。瑞申無線測控終端內置：CPU模塊、數據存儲模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數據通信模塊。可現場接入多路模擬量、開關量、繼電器信號等數據，然后直接通過GPRS無線模塊將現場數據與遠程控制中心連接，將采集數據實時發送到遠程數據庫服務器，并存儲到數據庫中。 通過該系統，即使在遠離觀測現場的異地，也能方便地對各種環境要素如流量、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，系統還可實現遠程手機報警，并通過用戶手機遠程控制現場設備。
（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、脈沖信號輸入等；
◎支持一路RS232/RS485方式的用戶數據接口，可接入PLC等各種設備；
◎采集傳輸控制一體化，提高了系統可靠性，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；
◎內設工業時鐘，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，支持歷史數據檢索；
◎通訊協議完善，組態軟件支持，用戶免開發；
◎板載工業級GPRS傳輸模塊；
◎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；
◎工業級設計，穩定可靠，堅固耐用；
（3）、GPRS介紹：
GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM系統上發展出來的一種新的承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS采用與GSM同樣的無線調制標準、同樣的頻帶、同樣的突發結構、同樣的跳頻規則以及同樣的TDMA幀結構，這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話音業務信道極其相似。因此，現有的基站子系統(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS理論帶寬可達171.2Kbit/s，實際應用帶寬大約在40~100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數據傳輸等應用。GPRS是一種新的移動數據通信業務，在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP或X.25服務。GPRS采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用，數據傳輸速率高達160Kbps。使用GPRS技術實現數據分組發送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。
2、遠程監控中心介紹
監控中心需配置信息管理軟件，其主要作用在于接收、存儲、顯示現場終端發來的數據，并實現一些數據分析功能，同時，能夠根據接受的數據，自動分析完成自動預警的功能。
軟件采用B/S結構，其特點在于采用Web Enable技術利用Internet廣域網將信息共享網絡拓展到最大范圍，使領導或工作人員，在家里或使用筆記本在外地無線上網時也能方便的查詢到現場工作信息。
遠程測控系統軟件是數據采集中心的核心，主要用于接收各檢測站點發來的數據并進行整理、保存，可隨時對歷史數據進行查詢、統計并生成報表。同時提供對站點的配置功能（如添加、刪除、修改等）。通過它，可以及時地了解各檢測點的狀況及變化趨勢，為相關部門提供可靠的數據。
軟件特色：
通用性強，能適用于GMS、GPRS、無線專網等不同通訊方式的數據遠程測控系統；
功能齊全，集用戶管理、站點配置、數據采集、存儲、查詢、統計、打印等功能于一體；
a、界面友好，采用電子地圖配合動態站點圖標、加之動畫渲染，使得界面生動、形象。數據查詢或統計同時提供了數據表格和風格多樣的曲線，清晰、直觀；
b、 配置靈活，系統支持多地區、多單位、多站點，用戶可以根據需要自行添加、刪除或更換電子地圖，自行添加/刪除/修改地區、單位、站點；
c、網絡共享，系統基于B/S結構開發，采用SQL Server數據庫系統，每個部門均可以通過客戶端程序對數據進行查詢、統計、打印等；
d、 安全性強，采用“操作員”、“管理員”、“維護員”三級權限，并分別配以密碼，不同的權限對系統有不同的操作范圍；
e、易學易用，軟件設計以人為本，充分為用戶考慮。人性化的界面便于理解，分門別類的菜單、方便快捷的工具條和無處不在的提示，使得新用戶也能很快掌握軟件的使用；
系統軟件功能
a、實時在線數據傳輸，傳輸方式分為主動上傳和被動上傳；
b、本地參數的設置和報警顯示；
c、 遠程控制和遠程參數的設置；
d、數據的備份和查詢；
e、直觀的電子地圖功能；
f、生成歷史曲線和報表；
g、遠程報警功能；
h、多用戶登陸和密碼管理；
三、熱網計算機監控管理系統的功能
熱網遠程計量監控系統按照功能可分為二部分：監控中心（MCC）、本地站（LCM）。監控中心（MCC）相對于熱網管理站，本地站（LCM）相對于熱交換站。監控中心（MCC）與本地站（LCM）之間采用GPRS/CDMA無線組網方式進行數據傳輸。
1、監控中心（MCC）的主要功能：
a、全網監視
　　 在線監視全網運行工況和具體參數，數據與現場保持同步，并用數字、趨勢圖、表格、棒圖等方式顯示數據。
　　 b.報警
　　 對各類故障、事故、參數超限提供報警。
　　 c.數據存儲
　　 對實時數據、報警信息進行存儲，數據每隔5分鐘存入歷史數據庫，可隨時調用、檢索、查詢、打印以供分析參考。
　　 d.報表打印
　　 可打印班、日、月、年生產報表、運行趨勢圖。
系統的特點
e、 實現遠程抄表，提高員工工作效率，降低勞動強度
f、現場采集終端獲取流量及天然濃度等現場生產數據后，通過GPRS通信方式及時將數據發送到中控室監控主機，實現了遠程抄表，無需人工現場抄表，極大地提高了員工工作效率，降低了勞動強度。
g、輸差實時監測與管理，過對數據進行分析與處理，可以及時了解公司的輸差情況，及時發現輸差異常，減少公司經濟損失。
h、用戶用氣量異常分析功能，通過對用戶用氣量的歷史數據進行分析與對比，可以及時發現用戶用氣量發生異常，第一時間發現盜氣、漏氣、儀表損壞等情況,減少經濟損失。圖八為用戶用氣量異常分析界面。
2、本地站（LCM）的主要功能
LCM是指熱交換站。LCM是自主的、功能完善的智能單元，是由RS6011G GPRS智能遠程測控終端和現場顯示設備、數據采集傳感器及儀表組成，這些單元安裝在不同類型的熱力站內。
LCM的功能如下：
a. 現場數據采集、數據處理、數據顯示、流量累計計算。可對溫度、壓力、流量、熱負荷變化等參數實現就地監視控制。
b.獨立完成本地調節，閉環監控。例如可以就地利用采集的室外溫度控制供水溫度或任意設置供水溫度。
c. 獨立完成開環控制，聯鎖控制。可以隨意設置電動調節閥的開度來控制熱輸送溫度。
d. 配備必要的軟硬件及人機接口，可現場設定、修改參數,可以最大限度地提高換熱站的自控水平。
e. 設置各種報警參數、報警處理及報警確認。
f. 數據通過GPRS方式上傳監控中心計算機并接受監控中心計算機指令，完成控制任務
g.通過GSM短信息的方式向管理人員主動匯報現場實時流量，達到不良情況及時預警的目的。
四、結束語
該方案實現了對換熱站運行參數的集中監視、控制，與老系統相比，可以大量的減少維護人員，部分換熱站還實現了無人值守，提高企業的經濟效益。與使用傳統無線電臺相比，該方案具備更好的抗干擾性（尤其是在城市中）、數據傳輸安全性。相信這種遠程監控方案將在城市管網、熱網、石油、地震檢測、電力等一些無線遠程數據監控中得到更大范圍應用。