|
一、前言
先進(jìn)的燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)對于燃?xì)膺\(yùn)營的正常進(jìn)行非常重要。一個自動化程度高，功能完善的控制系統(tǒng)可以極大地提高工作效率，保證燃?xì)膺\(yùn)營安全、可靠地運(yùn)行。先進(jìn)的燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)設(shè)計必須依賴于先進(jìn)的控制技術(shù)，所以控制系統(tǒng)占了氣場投資的相當(dāng)比例。
通過現(xiàn)場監(jiān)控終端（DTU、RTU）和GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)，可對各地多個加氣站、儲配站、調(diào)壓站以及計量點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離實時集中控制管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對管網(wǎng)壓力、流量以及環(huán)境參數(shù)、動力環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程無線實時監(jiān)測、控制、報警、故障診斷和排除的功能。監(jiān)控系統(tǒng)貼合氣站實際情況，無論其實用性、可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等方面都有許多創(chuàng)新。
調(diào)度管理中心和工作、維護(hù)人員利用“燃?xì)釭PRS遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)”提供的遠(yuǎn)程無線監(jiān)測、控制、報警、報表、打印等功能，可實現(xiàn)對氣站的全面監(jiān)控、管理。
二、方案介紹
由于GPRS是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心計算機(jī)主機(jī)配置固定的IP地址，各個站點(diǎn)的GPRS終端和計算機(jī)主機(jī)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸。
各監(jiān)測點(diǎn)使用GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端，通過移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連。各數(shù)據(jù)采集點(diǎn)使用移動通信公司統(tǒng)一的SIM卡，同時監(jiān)控中心對各點(diǎn)進(jìn)行登記，保存相關(guān)資料以便識別和維護(hù)處理。各信息采集點(diǎn)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)軟件，支持24小時實時在線，實現(xiàn)信息采集點(diǎn)24小時傳送采集的信息數(shù)據(jù)。
凡燃?xì)夤臼跈?quán)的信息采集點(diǎn)均可以使用本系統(tǒng)：
1、管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)必須使用移動統(tǒng)一的SIM卡，用戶使用本卡只能用于與監(jiān)控中心數(shù)據(jù)通信功能。
2、終端設(shè)備使用廈門靈旗通信有限公司提供的GPRS數(shù)據(jù)通信終端LQ2883 RTU。
3、用戶登記，符合燃?xì)夤镜囊?guī)定。
系統(tǒng)組成：
燃?xì)釭PRS遠(yuǎn)程監(jiān)測主系統(tǒng)由燃?xì)馀渌凸芫W(wǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)、燃?xì)庥嬃繑?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和燃?xì)鈹?shù)據(jù)控制中心組成。燃?xì)馀渌凸芫W(wǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對管網(wǎng)壓力、流量以及環(huán)境參數(shù)、動力環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程無線實時監(jiān)測、控制、報警、故障診斷和排除的功能。燃?xì)庥嬃繑?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)可監(jiān)測燃?xì)庥脩舻娜細(xì)馐褂昧浚С諫PRS在線監(jiān)測功能，并可將監(jiān)測的燃?xì)馐褂脭?shù)據(jù)按圖表、報表等方式統(tǒng)計、查詢。整套監(jiān)控系統(tǒng)貼合燃?xì)庹緦嶋H情況，無論其實用性、可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等方面都有許多技術(shù)創(chuàng)新。
2.1、燃?xì)馀渌凸芫W(wǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)
2.1.1、燃?xì)馀渌凸芫W(wǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)功能
燃?xì)馀渌凸芫W(wǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)可同時對各地多個加氣站、儲配站、調(diào)壓站進(jìn)行組網(wǎng)監(jiān)控，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離實時集中控制管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對管網(wǎng)壓力、流量以及環(huán)境參數(shù)、動力環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程無線實時監(jiān)測、控制、故障診斷和預(yù)警等功能。
2.1.2、燃?xì)馀渌凸芫W(wǎng)監(jiān)控終端技術(shù)性能
GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端實現(xiàn)監(jiān)控中心主站與監(jiān)控終端的通訊。本系統(tǒng)中采用LQ1200 GRPS/DTU。該DTU功能與特點(diǎn)如下：
1、標(biāo)準(zhǔn)的AT命令界面,方便程序設(shè)計。
2、TCP/IP Internet 內(nèi)嵌的協(xié)議棧，輕松互連。
3、RS-232或RS-485接口方式，更加簡便的通訊方式。
4、可通過串口升級程序。
5、使用低功耗高性能的CPU 做處理器，16位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，1MB FLASH，可高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)。
6、支持全透明及幀格式數(shù)據(jù)傳輸。
7、簡化的接口設(shè)計，使用通用的232 接口和簡單的AT命令交互界面。
8、供了更方便的電源接口，即可使用外掛電源。又可從串口直接取電。
9、完善了GPRS 網(wǎng)絡(luò)中所出現(xiàn)的假撥號，掉線自動重啟，遠(yuǎn)程喚醒等功能。
10、支持遠(yuǎn)程控制及動態(tài)域名解析。
11、同時更具嵌入式系統(tǒng)要求，可提供內(nèi)置式模塊（不帶外殼，可通過插針與嵌入式直接系統(tǒng)相連）。
12、同時還有軟硬件雙重看門狗，在RTU不能正常工作時，能夠自動斷電復(fù)位。
2.2、燃?xì)庥嬃繑?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)
燃?xì)庥嬃繑?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)各監(jiān)控點(diǎn)通過RS-485總線采集燃?xì)獗碛嬃康臄?shù)據(jù)，通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到數(shù)據(jù)控制中心，實現(xiàn)實時在線監(jiān)控的功能。
2.2.1、燃?xì)庥嬃繑?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)功能
燃?xì)庥嬃繑?shù)據(jù)采集子系統(tǒng)位于燃?xì)庥嬃恐行模細(xì)庥脩舻挠脷鈹?shù)據(jù)先由燃?xì)獗碛嬃浚偻ㄟ^RS485總線使用雙絞線傳輸數(shù)據(jù)到GPRS通訊終端，通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，最后，通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)將抄表數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)控制中心燃?xì)膺h(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，實現(xiàn)燃?xì)獗頂?shù)據(jù)和數(shù)據(jù)控制中心系統(tǒng)的實時在線測控。
燃?xì)獬斫K端通過RS485接口直接連接到燃?xì)獗砩希瓤芍С謫蝹�燃?xì)獗恚部梢酝瑫r支持多個燃?xì)獗恚瑢崿F(xiàn)對電表參數(shù)的采集、存儲、預(yù)處理或并將采集到的燃?xì)獗頂?shù)據(jù)實時傳送到數(shù)據(jù)控制中心；同時，抄表終端還可將數(shù)據(jù)控制中心發(fā)送的遙控指令傳給燃?xì)獗砜刂颇K，對燃?xì)獗磉M(jìn)行控制操作。
2.2.2、燃?xì)獬斫K端技術(shù)性能
系統(tǒng)采用LQ1200 GPRS無線透明數(shù)據(jù)傳輸終端。產(chǎn)品基于中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，提供標(biāo)準(zhǔn)232數(shù)據(jù)口可直接與計算機(jī)、RTU、PLC、GPS接收機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)終端等連接，傳輸速率達(dá)171Kbps，具有遠(yuǎn)程診斷、測試、監(jiān)管功能，滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠(yuǎn)端站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。
1、支持900／1800／1900MHz三頻GSM/GPRS。
2、接口： RS232、RS485、TTL。
3、系統(tǒng)理論傳輸速率171Kbps，實際傳輸速率40Kbps。
4、支持Windows95/98/2000/XP/LINUX操作系統(tǒng)。
5、透明數(shù)據(jù)傳輸：LQ1200-DTU內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，為用戶的數(shù)據(jù)設(shè)備提供透明傳輸通道。
6、自動撥號連接：LQ1200-DTU可配置上電自動撥號上網(wǎng)、連接網(wǎng)絡(luò)，同時支持用戶端發(fā)起命令連接或遠(yuǎn)程喚醒連接。
7、短信息備用數(shù)據(jù)通道：在GPRS網(wǎng)絡(luò)無法連接時可啟用短信作為備用數(shù)據(jù)傳輸通道。
8、短信息遠(yuǎn)程維護(hù)功能。
9、實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)連接情況，掉線自動重?fù)芄δ堋?
10、提供主副IP及動態(tài)域名解析。
11、心跳報告時間間隔用戶可設(shè)定。
12、數(shù)據(jù)通信幀長度用戶可設(shè)定。
13、支持VPN安全功能。
14、安裝靈活、使用方便、可靠。
三、數(shù)據(jù)控制中心主站軟件功能介紹
主控室監(jiān)測軟件對采集來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、保存、入庫，制作輸出報表，繪出各種曲線，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表、實時監(jiān)測及自動化管理功能。
1、用戶（GIS）地圖
用戶管理界面采用數(shù)字地圖，界面可放大縮小，在此界面上可觀察到各個用戶子站的多種工藝參數(shù)運(yùn)行情況，通過點(diǎn)擊用戶即可進(jìn)入該用戶實時曲線界面。
2、報表功能
日報表統(tǒng)計當(dāng)天實時的運(yùn)行數(shù)據(jù)，列出每天的用氣狀態(tài)和停電時間等情況；月報表統(tǒng)計當(dāng)月每天的運(yùn)行數(shù)據(jù)，列出每天的用氣狀態(tài)和停電時間等情況；年度報表統(tǒng)計一年12個月每月的用氣狀態(tài)和停電情況。報表格式可按照用戶要求定制，由軟件直接進(jìn)行預(yù)覽、打印，無需另行轉(zhuǎn)換。
3、圖表曲線功能
系統(tǒng)可以針對某一站點(diǎn)、某一用戶或者整個系統(tǒng)自動做出多參數(shù)日用氣量直方圖趨勢曲線，月用氣量直方圖趨勢曲線，年用氣量直方圖趨勢曲線，或某一時間段內(nèi)的用氣量趨勢曲線。直觀的反映出各個用戶的用氣情況。曲線可任意放大、縮小和拖動。
4、故障處理和報警功能
主控室對于出現(xiàn)的通信故障和參數(shù)數(shù)據(jù)超限、儀表單體故障、市電停電、儀表掉線產(chǎn)生報警，并將產(chǎn)生報警的時間和原因記自動記錄到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，幫助操作員直接處理。報警方式為窗口提示、聲音報警等方式可選。
5、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫查詢功能
查詢某一時刻的壓力、溫度、瞬時流量、累計流量等參數(shù)形成報表。也可查詢報警記錄，獲得產(chǎn)生報警的時間和原因并形成報表。
6、兼容不同通信協(xié)議
系統(tǒng)中可有不同廠家的儀表；并可根據(jù)用戶要求增加特定的通信協(xié)議。
7、實時在線功能
系統(tǒng)對所有監(jiān)測子站能夠進(jìn)行群收群發(fā)；根據(jù)系統(tǒng)要求，對各采集子站設(shè)定不同的采集間隔（可以任意設(shè)置）。
8、系統(tǒng)安全設(shè)置
系統(tǒng)設(shè)置多級權(quán)限，不同權(quán)限的功能有所不同。系統(tǒng)管理員可以使用所有的功能，而對于一般用戶來說，數(shù)據(jù)庫維護(hù)，系統(tǒng)維護(hù)等一些涉及系統(tǒng)內(nèi)部安全的設(shè)置功能限制使用。
9、時間同步
中心監(jiān)測軟件對整個系統(tǒng)現(xiàn)場控制器可進(jìn)行時間同步化處理，保證用戶分站主動上發(fā)時刻和管網(wǎng)主站時間的整體一致性。
10、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能
數(shù)據(jù)監(jiān)控中心服務(wù)器運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)版的應(yīng)用軟件，可以通過局域網(wǎng)把各個采集終端的數(shù)據(jù)共享給有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門；局域網(wǎng)內(nèi)的授權(quán)用戶可以查看、調(diào)閱數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，實現(xiàn)辦公自動化。
用戶單位可申請配置固定IP地址，采用移動運(yùn)營商提供的DDN專線，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于DDN專線可提供較高的帶寬，當(dāng)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。
監(jiān)控中心服務(wù)器接受到GPRS網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)后先進(jìn)行認(rèn)證，后傳送到監(jiān)控中心計算機(jī)主機(jī)，通過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
四、網(wǎng)絡(luò)安全
由于供氣監(jiān)測系統(tǒng)的特殊性，本系統(tǒng)需要極高的系統(tǒng)安全保障和穩(wěn)定性。安全保障主要是防止來自系統(tǒng)內(nèi)外的有意和無意的破環(huán)，網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施包括信道加密、信源加密、登錄防護(hù)、訪問防護(hù)、接入防護(hù)、防火墻等。穩(wěn)定是指系統(tǒng)能夠7×24小時不間斷運(yùn)行，即使出現(xiàn)硬件和軟件故障，系統(tǒng)也不能中斷運(yùn)行。
數(shù)據(jù)中心可通過公網(wǎng)使用VPN接入到移動GPRS網(wǎng)，采用VPN方式成本比較低，企業(yè)不用租用專線，還可使用原有的VPN設(shè)備，移動終端需要安裝具有VPN二次虛擬撥號的功能的軟件。通過VPN方式，客戶端在連接應(yīng)用服務(wù)器前，要經(jīng)過Radius服務(wù)器的認(rèn)證，整個數(shù)據(jù)傳送過程得到加密保護(hù)，安全性較高，可充分保障數(shù)傳速度和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。
另外，數(shù)據(jù)中心也可以采用APN接入方式，租用專線接入到移動公司的GGSN設(shè)備上，這種成本高，安全性高、穩(wěn)定可靠。
對于安全性要求非常高的系統(tǒng)，可考慮在專用APN接入的基礎(chǔ)上再加上VPN接入方式的混合接入方式，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性。
4.1、VPN虛擬專網(wǎng)模式：企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中配置VPN服務(wù)器，移動終端加載具有VPN二次虛擬撥號的功能的客戶端軟件。采用VPN安全技術(shù)，用戶通過接入企業(yè)內(nèi)部虛擬專網(wǎng)的方式與Internet進(jìn)行隔離，可對整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)，有效避免非法入侵。
4.2、利用SIM卡的唯一性，對用戶SIM卡手機(jī)號碼進(jìn)行鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對SIM卡號和APN進(jìn)行綁定，劃定用戶可接入某系統(tǒng)的范圍,只有屬于指定行業(yè)的SIM卡手機(jī)號才能訪問專用APN，移動終端與數(shù)據(jù)中心采用中國移動分配的專門的APN進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)接入，普通手機(jī)的SIM卡號無法呼叫專門的APN。
4.3、對于特定用戶，可通過數(shù)據(jù)中心分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的用戶將無法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。
4.4、數(shù)據(jù)加密：通過VPN對整個數(shù)據(jù)傳送過程進(jìn)行加密保護(hù)。
4.5、網(wǎng)絡(luò)接入安全鑒定機(jī)制：采用防火墻軟件，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)和安全防范功能，保障系統(tǒng)安全。
目前，在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建城市燃?xì)膺h(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡單。
五、GPRS無線遠(yuǎn)程監(jiān)測的特點(diǎn)
5.1、良好的實時響應(yīng)與處理能：與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，能夠同時實時收取、處理多個/所有監(jiān)測點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)，無需輪巡就可以同步監(jiān)測點(diǎn)的時鐘，可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
5.2、遠(yuǎn)程儀器設(shè)備控制：由于采用GPRS雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對儀器設(shè)備的時間校正、狀態(tài)報告、開關(guān)以及其他監(jiān)測、控制等功能。
5.3、建設(shè)成本低：可充分利用現(xiàn)有GPRS網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現(xiàn)場環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設(shè)備。
5.4、安裝調(diào)試簡單，建設(shè)周期短：利用現(xiàn)有成熟GPRS網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)投入運(yùn)行時基本不需要調(diào)試，安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調(diào)試工作量大，要先進(jìn)行現(xiàn)場信號測試，天線鐵架架設(shè)，天線方向角度調(diào)試等工作。
5.5、覆蓋范圍廣：構(gòu)建城市燃?xì)膺h(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。
由于管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量眾多，分布在全市范圍內(nèi)，部分管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而采用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實現(xiàn)監(jiān)控。
5.6、數(shù)據(jù)傳輸速率高：GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s，實際應(yīng)用時數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。
5.7、系統(tǒng)的傳輸容量大：監(jiān)控中心站要和每一個管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)實現(xiàn)實時連接。由于管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
六、結(jié)論
采用有線方式，租用靜態(tài)IP目前費(fèi)用比較高約800-1500元/月。采用GPRS無線方式，GPRS數(shù)據(jù)流量費(fèi)用目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費(fèi)方式，按流量計算0.03元K，而包月制15元/月可享受150 MB數(shù)據(jù)流量(福建移動公司資費(fèi))，完全可滿足燃?xì)夤灸壳叭細(xì)鈹?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實際數(shù)據(jù)量，日后其費(fèi)用還會逐步降低。對于燃?xì)夤镜扔脩魜碚f，由于通信費(fèi)用較低，享受到了實惠。另外，由于GPRS終端可任意移動和組合使用，當(dāng)燃?xì)獗O(jiān)測站和燃?xì)庑畔⒉杉c(diǎn)搬遷時設(shè)備可隨之遷移并可繼續(xù)使用，可以保護(hù)用戶原有投資，適合于燃?xì)獗O(jiān)測工作的特點(diǎn)。
采用GPRS構(gòu)建城市燃?xì)膺h(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能很好地滿足燃?xì)庑畔⒉杉男枨螅遥鰹镚PRS網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的移動通信公司也將因此獲得業(yè)務(wù)穩(wěn)定的集團(tuán)用戶，隨著用戶數(shù)量的增加，移動通信公司的營收也隨之增加，調(diào)動了運(yùn)營商的積極性，符合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用同步發(fā)展的要求。
|
