GPRS遠程氣體計量監控系統技術方案

分類：解決方案日期：2009-08-21 09:10:46 來源：廠商

一、 項目簡介

根據目前用戶所面臨的突出問題和用戶需求，本著花錢少，見效快的原則，建議采用藍迪通信科技有限公司的數據遠程監測技術及產品。根據目前的使用的環境，優先選用移動通信作為數據傳輸模式。數據監控中心的網絡接入使用公司互連網寬帶RS路由接入。

1、在用戶端安裝GPRS數據采集處理終端，與原有或新增流量計、壓力變送器、電動閥等的連接。GPRS數據采集處理終端加電后自動登陸移動通信的GPRS網絡，根據設定時間間隔自動上報測量數據（累計流量、瞬時流量、壓力等）到調度中心的數據監控管理系統服務器。

2、調度控制中心機房設置專用服務器計算機，服務器安裝計量監控系統軟件及服務器系統。通過GPRS路由實現對用戶遠端GPRS數據采集處理終端的數據收發、狀態實時采集監控管理。

二、 系統組成

本系統主要由二次儀表設備，包括（流量計、壓力變送器、溫度變送器、電動閥控）、GPRS智能數據采集終端（RTU）、GPRS網絡、氣體計量監控管理中心（管理服務器+氣體計量監控系統管理軟件）等設備組成。

1、 二次儀表設備包括（流量計、壓力變送器、溫度變送器、電動閥控）

采集用戶流量、累計流量、瞬時流量、壓力、溫度

各類開關如：門禁、閥門狀態等

2、 GPRS智能數據采集終端（RTU）

由藍迪通信科技公司自主開發，是該系統的核心部分之一。其主要功能：

1）通過變送器及傳感器將現場數據采樣、A/D轉換、邏輯判斷、數據編碼、數據處理和協議打包、存儲并向通信單元傳輸操作;

2）接受通信單元發來的信息和控制操作，處理并執行控制中心對采集參數的設置或機構操作；

3）流量計數據通信協議的編碼和解碼

4）供電方式可采用市電220V供電、電池供電、太陽能供電幾種方式。

（1） 技術原理：

LAND無線RTU是集成了模擬信號采集、過程IO控制和無線數據通信于一體的高性能測控裝置，可以直接接入標準變送器信號或儀表輸出的模擬信號、電平信號、干觸點、脈沖信號等，是小規模過程信號實施無線測控的最佳手段。

LAND無線RTU內部具有一個高性能的微處理器，可以完成模擬信號的采集、量值轉換和濾波處理等，數據的存儲周期和上報周期可以根據用戶環境的要求而調整，多點組網的方式非常靈活，既可以選擇簡單方便的GSM短消息方式，也可以選擇高效實時的GPRS/CDMA網絡方式。監控中心的建立也是非常容易，目前流行的組態軟件都可以直接接入，同時我公司也可以提供基于互聯網WEB發布的測控系統，可以滿足大多數用戶的需求。

（2） 功能及特點：

① 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；

② 支持一路RS232/RS485方式的用戶數據接口，可接入流量計等各種設備；

③ 采集傳輸控制一體化，提高了系統可靠性，降低了成本；

④ 采用工業級超低功耗高性能的嵌入式處理器；

⑤ 用戶可以編程的量程轉換和報警上下限設定；

⑥ 內設工業時鐘，精確計時；

⑦ 自動定時上報和事件觸發上報功能；

⑧ 內置大容量FLASH存儲器，數據自動記錄，支持歷史數據檢索；

⑨ 通訊協議完善，組態軟件支持，用戶免開發；

⑩ 板載GSM/GPRS傳輸模塊，方便用戶選擇GSM、GPRS組網方式；

⑪ 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；

⑫ 工業級設計，穩定可靠，堅固耐用；

（3） GPRS智能數據采集終端（RTU）

（4） GPRS智能數據采集終端（RTU）組網原理圖

RTU的通訊方式可以根據實際情況選擇SMS/GPRS/CDMA網絡，其他的工作參數如量程、開關量輸入模式、存儲周期、上報周期等可以通訊RTU初始化軟件予以設置。具體使用參照手冊進行即可。

3、GPRS網絡

（1）GPRS通信的特點

GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業務，它是以數據流量計費、覆蓋范圍廣泛、數據傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業和企業用戶開展無線辦公提供了基礎設施平臺，為推動移動辦公的應用和發展創造了有利條件。與有線網絡相比，GPRS網絡具有租用費用低、移動辦公，不受地域制約等優點。GPRS的出現為企業和行業用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。

GPRS通信方式更適合于無線監測系統的通信業務。在管道氣體流動的過程中有大量的數據需要工作人員及時的采集、記錄，如果這些數據都要人工采集、記錄的話勢必給工作人員巨大的工作量，而且效率不高，于是我公司根據氣體計量行業的實際工作情況設計了一套完整的氣體計量監測管理通信解決方案，可以實現各站點累計流量、瞬時流量、壓力、溫度、流體密度、儀表內部時間的監測，并且通過增加現場儀表可以采集更多的數據。采集的參數可以通過報表輸出或者以趨勢曲線的方式顯示、打印，以便供熱部門及時發現管道的異常情況，管理和服務好用戶。

（2）GPRS無線傳輸數據有以下優勢：

1、安裝簡單方便。GPRS用戶可隨意分布和移動自己的網絡點，無須擔心線路的維護或有線在移機時導致的通訊中斷。建設新的營業點無需進行拉線，埋線等工作。
2、設備投資價格低。隨著通信技術的發展，接收傳送數據的GPRS模塊已經比數傳電臺便宜的多。

3、通信資費便宜。目前各地移動公司對GPRS 資費包月比有線電話網絡資費還便宜。在GPRS網中，用戶只需與網絡建立一次連接，就可長時間的保持這種連接，并只在傳輸數據時才占用信道并被計費，保持時不占用信道不計費。這樣，營業點即不用頻繁建立連接，也不必支付傳輸間隙時的費用。

4、鏈路穩定可靠，永不掉線。

5、GPRS網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。

6、覆蓋較好，相比較很多無線數據網絡（集群，雙向傳呼，），其網絡覆蓋是最好的。

7、接入時間短，分組交換接入時間縮短為少于1秒，能提供快速即時的連接。

8、支持IP協議和X.25協議以及VPN組網

4、氣體計量監控管理中心（管理服務器+氣體計量監控系統管理軟件）

調度控制中心部分：

在調度控制中心安裝遠程GPRS數據接入服務器、數據庫服務器、WEB數據發布服務器各一臺。并利用現有的辦公局域網、INTERNET環境形成一套綜合的燃氣銷售管理綜合數據業務平臺。

計量監控系統綜合解決方案網絡拓撲圖

各種流量計壓力變送器電動閥控等

三、 系統功能

1、 硬件功能：

（1）、整個系統性能穩定、通用性好、傳輸速度快、功能強大等特點，可與各種流量計和熱量計的二次表配用。各種測量模式及現場的輸入輸出信號形式均應易于編程設定，方便使用及維護

（2）、能實現多種測量參數的顯示和報表功能，應涵蓋瞬時流量、總累計流量、日累計流量、夜累計流量、壓力、溫度等參數。

（3）、現場的遠程監控終端設備具有短路保護功能、耐熱及防塵，并具有故障率低和長時間運行等特點。

（4）、具有多種報警功能，變送器配電報警、市電消失報警、蓄電池欠壓報警、設備故障報警、壓力/溫度/流量的越限（偏差）報警、非法闖入報警等多種報警。

（5）、具有故障保護功能，適應現場突發事件的需要。儀表掉電后內部時鐘繼續保持準確走時，并且上位機軟件具有統一時鐘命令。

（6）、系統能記錄最近多次的停電及來電時間，為儀表的異常故障提供有效依據。

（7）、具有定時抄錄功能，可設定在某天的某一時刻將累計數據進行主動上報功能。

（8）、具備雙串口通訊功能，保證遠程集中抄表監控的同時，用戶端也可進行監視記錄。

（9）、保持數據的實時性和完整性，如發生信號問題能自動恢復，不會丟失數據。

（10）、具有權限分級設置數字密碼鎖功能，防止非授權人員操作及更改智能流量表的設置參數。

（11）、在保證系統網絡安全的前提下，盡可能的提高數據共享能力，使監控操作站以外的管理端具有獲得實時現場數據的能力，以達到遠程監控的目的。

（12）、操作站容錯。操作站必須實現雙機同時運行，或者以主/備形式運行，以保證操作端的可靠性，滿足連續實時監控。

2、 軟件功能：

（1）、強大包大攬的數據庫支持和存儲能力

系統支持SQL Server和其他可以通過ODBC接口進行訪問的數據庫系統，其中對于Sybase數據庫服務器，可以選用UNIX或Windows 2003操作系統。客戶端可以使用Open Client和ODBC兩種接口。

數據庫服務器：存放系統所有的數據(包括：運行數據、配置信息、告警信息、安全及操作員權限信息、操作維護記錄等)，它只是被動地響應來自其他業務臺的請求，進行訪問。具有文件存檔功能，存檔的文件能在硬盤上保存一年，然后倒入其他存儲介質保存。

（2）多種數據查詢和報表功能

提供了很多滿足用戶需要的報表，設備分類告警統計報表、告警分類統計報表、端局告警對比報表、運行狀態統計報表、某時刻設備運行狀態查詢報表、及監控量歷史曲線報表等。

（3）數據采集和信息查詢功能：

該項功能是整個系統的核心功能之一，因為它直接決定著監測中心是否能夠實時準確地掌握用戶計量點的實時用量。實現該功能的基礎是高精度的計量表和基于GPRS網絡的實時在線傳輸。

GPRS智能數據采集終端是一個具有自動上報計量數據和自動故障報警功能的智能化裝置，無需人工干預校時，GPRS智能數據采集終端能夠將時鐘自動同步于監測中心的電腦，同時對流量計的時鐘進行同步，從而保證了整個計量系統時鐘的準確性和一致性。根據對各個計量點數據的實時性的要求，系統可以對每一個GPRS智能數據采集終端設定其數據上報周期，上報周期由起始時刻和上報間隔時間組成。即GPRS智能終端從起始時刻開始每隔一個上報間隔時間便會自動向監測中心上報一次計量數據。上報周期可以由監測中心進行遠程設置和更改。

（4）計量數據遙測功能：

數據上報體制采用自報和遙測相結合的體制。即以自動上報為主，用戶也可以在有權的情況下對任何一個或多個計量點主動遙測。

（5）查看在線監測點:

在查看在線中可以看到所有在線的監測點，用戶可對所有在線監測點進行監測。

（6）查看實時信息: 在實時信息查詢中，用戶可以查詢最新的數據。

（7）用戶查詢：在用戶查詢中可以查詢系統中所有的單位信息。

（8）操作人員查詢: 在操作人員查詢中，可以查詢系統中所有操作人員。

（9）歷史數據查詢: 在歷史數據查詢中，可以查詢系統中的歷史數據。

（10）用量查詢和報表生成: 可以查詢日、月、年的任何單位的用量信息。

（11）單位用水分析: 在單位分析中可以查詢某一單位日、月、年的曲線。

（12）各監測點分析: 在各監測點分析中可以查詢某一監測點日、月、年的曲線。

（13）大型SQL數據庫：支持多用戶和海量數據。

（14）信息發布與上報：采用網站發布的方式，其他分中心沒有費用，方便用戶使用和管理。

（15）系統的設定和安全保證功能

系統設定: 在系統設定中對系統的相關參數進行設置。

權限管理: 在權限管理中，可以對系統的操作用戶進行權限管理。具有防止非本系統人員入侵本系統，不同級別的用戶具有不同權限的操做權限。

（16）系統其他功能

在線幫助：提供在線幫助功能,方便用戶查找各項功能的操作使用方法.

操作日志功能：操作員對于系統的重要操作,要保留操作日志。

在線地圖：在線地圖顯示當地的地理信息。

遠程維護功能：遠端設備具備遠程維護功能，方便用戶安裝調試和后期系統維護。

（17）系統可以擴充的功能

可擴充管道壓力的監測，可以在管線上增加壓力監測點，現場無需220電源，電池供電，中心可以隨時了解管線運行狀態。

系統軟件界面

現場安裝圖

四、系統特點

根據項目的需求，我們充分考慮到應用的實際情況，注重設備的性價比，建設一個技術先進、成熟可靠、簡潔靈活、經濟適用、可升級擴展的數據采集遠程控制的系統體系?？紤]到企業的中長期發展規劃，在管理結構、數據應用、生產管理、系統性能以及遠程控制等各個方面能夠適應未來的發展，最大程度地保護企業的投資。借助輸水管線、站數據采集遠程控制系統的建設，可充分利用信息資源，真正把現代化管理、安全技術融入到日常辦公管理當中，實現更為先進的管理的體系。

1、準確性

計量數據報告的及時、準確；運行狀態數據的無丟失；運行資料的可處理，可追蹤。

2、可靠性

全天候運行；傳輸系統獨立完整；維護操作方便；

3、經濟性

用戶可以選擇兩種方案組成GPRS遠程監控網絡平臺，

一是采用流量計+壓力變送器+采集器+透明GPRS傳輸實現

先由采集器采集流量計，壓力表的數據，再經過GPRS DTU上傳到監控中心

根據不同情況，用戶可以選擇最經濟的方案

4、先進性

選用了全球最先進的GPRS數據網絡技術和成熟穩定的智能化終端加上獨特的數據處理控制技術。系統功能的擴展性強。

5、實用的低功耗電池供電技術

對于現場沒有電源的監測點，可以采用電池供電的超聲流量計，壓力變送器由采集終端直接升壓驅動。選用了最先進的低功耗集成電路技術，使得GPRS數據采集和傳輸的電源功率非常低，休眠電流<50uA，這樣一來可以使用一次性鋰電池工作，現場不需要220電源。

6、互換性和拓展性

系統統一規劃，分步實施，隨時可以擴充壓力、液位的信息監測。

五、 現場所選設備

1、 GPRS傳輸采集終端：

（1）GPRS DTU：。

基本功能：

◎ 內嵌TCP/IP協議、用戶數據完全透明傳輸；

◎ 具有自動登陸網絡、斷線自動重連的功能，用戶免于維護數據鏈路；

◎ 參數設置可以通過電腦或手機遠程設置、更改；

◎ 雙重看門狗設計，長期運行不會死機；

◎ 用戶數據接口為RS232或RS485，速率可調；

◎ 支持GSM撥號、短信數據傳輸方式，用戶數據可選短信、GPRS/CDMA網絡雙通道數據通信；

◎ 128K用戶數據緩沖；

◎ 具有信號強度顯示、網絡連接和數據收發指標燈；

◎ 標準工業模塊和滑道安裝，標準工業接線端子；

◎ 工業級品質保證、性能穩定可靠；

◎ 提供用戶設置軟件、DLL或控件開放源代碼接口、方便與多種組太軟件及其它軟件連接；

◎ 組網容易，運行成本低廉。

組網方式：

采用GPRS/CDMA 數傳構筑數據采集系統時，系統可以分為中心服務器和終端設備。終端設備和GPRS/CDMA DTU模塊通過RS232或RS485相連。

中心服務器接入有四種方式：

1） 中心采用計算機加互連網固定IP地址（如寬帶接入）的方式。

中心公網固定IP：監控點直接向中心發起連接。運行可靠穩定，推薦此種方案。

2） 中心采用計算機加互連網固定域名解析（如寬帶接入）的方式。

中心公網動態IP+DNS解析服務：客戶先與DNS服務商聯系開通動態域名，監控點先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再由DNS服務器找到中心公網動態IP，建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用，但穩定性受制于DNS服務器的穩定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適合小規模應用。

3） 中心采用計算機加移動APN專線，所有點都采用內網固定IP。

此種方案客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監控點及中心分配移動內部固定IP。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
　此種方案無論實實性，安全性和穩定性較前三種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實實性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。

4） 中心采用計算機加GPRS MODEM的方式(APN專網固定IP)。

此種方案客戶先與移動申請APN專網業務。移動為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監控點及中心分配移動內部固定IP。