GPRS燃气无线远程监控系统方案 - 新维致远无线远程监控工控博客技术论文

    系统概述

    城市供气管网监控系统的主要目的是解决燃气公司对供气各环节监测点的数据采集和监控。该系统由监控中心和各个调压柜，调压站监测点组成，各个监测点的数据采集终端（RTU）可监视和采集压力、流量等各种数据，供控制中心及有关部门分析和决策取用，提高工作效率，保证供气质量，满足日益增产的用气量的需求。城市供气管网监控系统可以对远程现场的运行设备进行监视和控制，以实现管道压力、流量的数据传送及阀门开关的自动控制，降低了故障率和提高了对系统的反应时间。便于及时迅速的了解及控制远端管道及阀门，低故障率和检修的时间，减少停气次数。各气体监测点的数据采集终端可自动采集管道压力、气流量的实时数据与开关状态等数据，信息传输到燃气公司的监控中心，监控中心通过对传输回的数据进行分析，可找到出故障的地点，从而当一个远端出现故障时，能在最短的时间内解决问题，恢复供气，提高了整体的服务水平，从而实现了城市供气的信息化、现代化。

    目前，燃气供气管网监控系统中采用的数据通信可简单分为有线和无线两大类，其中有线通信主要包括架设光缆、电缆或租用电信电话线、X.25、DDN、ADSL等，而无线则包括超短波通信、扩频通信、卫星通信、GSM 短信/GPRS通信等。

    在城市供气管网监控系统中，由于各管网监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此架设光缆、铺设电缆难度大、不切合实际，向电信部门租用专用电话线又要申请很多电话线，而且有些监控点线路难以到达，况且采用电话线路时需要等待漫长的电话拨号过程，速度慢，运营成本较高，总之监控系统采用有线通信方式建设周期长、工作难度大、运行费用高，不便于大规模使用；与之相比，无线通信方式则显得非常灵活，它具有投资较少、建设周期短、运行维护简单、性价比高等优点。在监控系统中，无线通信方式主要包括：超短波（230MHz）无线数传、扩频、卫星通信、GSM数字蜂窝通信系统等，其中卫星通信由于通信费用昂贵，只在一些特殊的领域下使用，未得以普及；而扩频通信技术虽然速率高，但只能在视距范围内传输，应用也受到限制。采用超短波数传电台作为传输信道具有组网灵活、扩展容易、维修方便、运行费用低等优点，但由于系统工作于230MHz且多采用普通间接调制的数传电台，这就造成系统易受外界干扰、通信速率低、误码率高、数据传送量不大、信号覆盖范围小等缺点。

    这套系统为城市供气的科学调度提供了准确数据，保证了全市管网的安全，同时为燃气公司节省了大量的人力和资金。这套系统的应用，可以解决了以往城市供气压力不均匀，产生了良好的社会意义。

    系统结构

    系统特点

    1、良好的实时响应与处理能力。与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，系统能够同时实时收取、处理多个所有监测点的各种数据，无需轮巡就可以同步监测点的时钟可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

    2、远程仪器设备控制：由于采用GPRS双向传输系统，监控中心可以反向实现对仪器设备的时间校正、状态报告、开关以及其他监测、控制等功能；

    3、建设成本低：可充分利用现有GSM网络，设备安装即接通，而采用超短波通信时需要充分考虑现场环境，还需要配备天线铁架等附属设备。

    4、安装调试简单，建设周期短：利用现有成熟GSM网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷。采用超短波通信时安装调试工作量大，要先进行现场信号测试，天线铁架架设，天线方向角度调试等工作。

    5、覆盖范围广。构建供气管网监控系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于管网监控点数量众多，分布在全市范围内，部分管网监控点位于偏僻地区，而且地理位置分散。采用超短波通讯方式，覆盖范围只有30多公里；而采用GPRS方式，理论上在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以实现监控。

    6、数据传输速率高。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，实际应用时数据传输速率在96Kbps左右，而目前一般的超短波数传电台传送速率多为2.4kbit/s或更低。

    7、系统的传输容量大。监控中心站要和每一个管网监控点实现同时实时连接。由于管网监控点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要，短信有可能会出现阻塞现象（采用短信接收设备方式）

    8、通信费用低。由于GPRS采用流量计费的方式，运营维护成本低，月通信费用将在10元之内。

    系统功能

    1)管网监控点：（数据采集终端+仪表+DTU)

    管网监控点：各监控点通过数据采集终端采集如压力、流量等数据，通过内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络。

    2）监控中心：(服务器+系统软件)

    服务器申请配置固定IP地址，采用省移动通信公司提供的DDN专线，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当管网监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。监控中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。

    3）GPRS/GSM移动数据传输网络：

    现场监控点采集的数据经GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心IP地址。

    系统控制原则

    为保证系统平稳、安全、可靠、高效的运行,最大限度减少事故造成的损失, 控制原则如下设定：

    ■ 分布式控制原则：监控系统采用分布式的控制原则,一般的过程控制和设备保护功能由各现场站点内的底层控制设备自动执行,同时将执行结果上传到中控室。中控室作为运行监控的决策机构,可以只是监视,不直接介入各现场站控系统内的控制,负责各站点之间的协调控制，也可以直接介入站控系统进行控制操作处理。

    ■ 独立性原则：现场各控制系统之间在设计上应保持相对独立,不能因其中一个出现故障而影响其他控制系统的运行。

    ■ 容错性原则：SCADA系统的软硬件各个部分或全部的故障不能影响各现场站点的控制和运行。系统对各种控制操作应有基本的诊断和防错功能,以阻止错误操作、误操作或结果相互冲突的操作。为防止不同操作员对统一监控点下达不同的控制指令,造成系统异常动作,应有控制优先权处理程序来处理此类指令。

    ■ 安全管理原则：系统应有严格的安全和权限级别限制,不得随意越权操作。

    ■ 自动处理原则：一般在门站或调压站等站内的事故和故障,在没有及时得到中控室的响应时,应有现场站点的控制设备自动作应急处理操作,同时向控制中心报警和报告处理结果。故障或事故范围较大,超出现场站的控制范围时,由中控室协调处理,并做出相应的控制操作。

    系统效果

    下图为系统架构框架图，图中由数据传输模块通过GPRS/CDMA功能以公网转以太网然后传输到各终端监控计算机上。