GPRS城市供水管网无线远程监测系统

　　概述:

　　由于城市供水地理位置分散，采集、控制功能要求稳定，安全性要求较高。一般采取人工抄表、电话报数、现场手动操作的原始调度方法。收集信息数量少、处理慢、传递迟，调度处于低级阶段，以保证不缺水和维持正常运行为主，谈不上优化调度。遇上爆漏及其他事故，反映迟钝损失扩大。

　　供水管网远程监测监控系统可以对远程现场的运行设备进行监视和控制，以实现管网压力、水流量等的数据传送及各水厂出水量的控制，便于及时了解及控制远端生产运行情况，降低故障率，缩短检修时间，减少停水次数。各管网监测点的数据采集终端可自动采集管道压力、水流量等的实时数据，信息传输到自来水公司的调度中心，调度中心通过对传输回来的数据进行分析，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。

　　目前，自来水供水调度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。

　　在供水管网远程监测系统中，由于各管网监控点分布范围广、数量多、距离远，个别站点还地处偏僻，因此架设光缆(电缆)难度大、费用高，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，不切合实际。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。

　　经过比较分析，我们选择中国移动的GPRS系统作为供水管网远程监测系统的数据通信平台。目前GSM网络经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，特别是中国移动新推出的GPRS数据业务。GSM/GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建自来水供水管网远程监测系统，实现管网监控点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。

　　系统结构：

　　为了满足对生产过程的调度和指挥，需要一个可靠的SCADA系统。它一般由企业生产调度指挥中心、水厂、管网测压点、抄表遥测等组成。它所具有的功能一般包括：数据采集控制功能，数据传输功能，数据显示及分析功能，报警功能，历史数据的存储、检索、查询功能，报表显示及打印功能，遥控功能，网络功能等。

　　管网测点SCADA自动化控制系统，主要监测分散管网测点站点。该系统采用两级控制，一级为SCADA系统中心控制室，二级为管网测点站点远程测控终端GPRS RTU。中心控制室负责监视、管理和控制等工作。站点GPRS RTU负责多个管网测点站点的数据采集，无线传输、管网测点压力的自动控制。

　　调度中心对各个管网测点进行实时监控并指挥各个水厂的出水量，它是系统的信息采集和控制中心。调度中心采集各站点的数据信息，并对这些信息进行存储、分析汇总或打印等处理。通过数据分析，及时给出报警信息或向站点发出控制命令，控制站点设备的运行，以实现整个系统的调度和管理。

　　GPRS RTU(远程测控终端)是SCADA系统的基本组成单元，采集、控制和通信是他所具有的基本功能。对于具有分布式、集散型、网络化特点的企业，其SAS/SCADA系统的建立，离不开承上启下的GPRS RTU产品。城市供水综合自动化系统中的SCADA系统，必须具备并且非常重要的一个功能就是：实时、准确地监测遍布于全市的自来水管网的流量、压力等变化情况。应用于管网测压的GPRS RTU产品就是为此目的而设计的。由于管网测压工艺简单、无须控制、散布广泛，因此就要求此类GPRS RTU产品具有结构简单、性能可靠、价格便宜等特点。

　　1.管网监控点

　　管网监控点：各监控点通过数据采集模块采集如压力、流量等数据，通过RS232(RS485)接口与GPRS透明数据传输终端相连，无标准通讯接口的设备，也可以采用我公司带有模拟量、开关量采集功能的RS6011G GPRS RTU。通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络。

　　瑞申RS6011G GPRS RTU产品介绍

　　1)基本原理:

　　通过RS—485总线将数字传感器(也可采用模拟输出传感器)与瑞申无线智能测控终端连为一体，构成现场监控单元。瑞申无线测控终端内置：CPU模块、数据存储模块、控制模块、GPRS/CDMA数据通信模块。可现场接入多路模拟量、开关量、继电器信号等数据，然后直接通过GPRS无线模块将现场数据与远程控制中心连接，将采集数据实时发送到远程数据库服务器，并存储到数据库中。 通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能方便地对各种环境要素如流量、压力等数据的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。除数据远程采集、实时监控外，系统还可实现远程手机报警，并通过用户手机远程控制现场设备。

　　2)功能特点：

　　◎ 采集传输控制一体化，提高了系统可靠性，降低了成本;

　　◎ 采用超低功耗高性能的嵌入式处理器，数据采样精度小于2‰;

　　◎ 内嵌看门狗，不死机，掉线自动恢复;

　　◎ 配备多种接口资源：包括模拟信号采集、开关量采集、脉冲信号输入、继电器控制输出等;

　　◎ 继电器可设置报警联动;

　　◎ 支持一路RS232/RS485(只支持MODBUS协议)方式的用户数据接口，可接入电子式传感器、PLC等各种设备;

　　◎ 短信数据传输或GPRS实时在线传输方式;

　　◎ GPRS 远程在线设置和短信息远程设置功能;

　　◎ 支持终端远程进入休眠模式，并可用多种方式唤醒;

　　◎ 监控中心及手机远程控制现场设备;

　　◎ 可向用户设定的手机发送短信报警信息;

　　◎ 模拟量分时段报警;

　　◎ 用户可以编程的量程转换和报警上下限设定;

　　◎ 内设工业时钟，精确记时;

　　◎ 自动定时上报和事件触发上报功能;

　　◎ 内置大容量FLASH存储器，数据自动记录，支持历史数据检索;

　　◎ 板载工业级GSM/GPRS通信模块，方便用户选择GSM/GPRS组网方式;

　　◎ 提供用户设置软件，开放式接口，方便与组太软件及其他软件连接;

　　2、监控中心

　　服务器申请配置固定IP地址，采用移动通信公司提供的专线，与GPRS网络相连。由于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。

　　监控中心服务器接收到GPRS网络终端传来的连接申请先进行认证，认证通过后接受传来的数据并进行处理。

　　系统功能

　　中心控制室负责整个系统地控制监控。配有打印机电台等。

　　1.遥控遥测

　　测量各站点的状态，通过监视各个测压点的压力，调控供水系统的水泵的开关;测量、控制可人为干预进行，也可根据设定进行。

　　2.数据处理

　　可存储系统各站点的工作状态信息，并对信息进行统计处理产生各种报表输出。

　　3.网络连接

　　系统应用MODBUS RTU/ASCII协议，可以方便的联入其他计算机系统。

　　4.报警指示

　　监测数据量有上、下限报警指示功能。

　　5.系统参数输入及组态

　　输入系统参数，如巡检周期、控制参数、报警限、计算公式、系统时间等，并对这些参数进行组态，以形成完整的系统操作、控制、统计、显示、打印参数数据库。整个系统以此数据库为基础运行。

　　6.自动巡检

　　中心控制室自动巡检n个站点及送水泵房工作情况。

　　7.手动采集

　　可以人为手动巡检N个站点，得到监控数据。

　　8.历史数据打印

　　根据系统设定参数，自动打印系统遥测、遥控等运行状态数据。

　　9.供水数据统计

　　能实现对N个管网测点的压力，生成报表。

　　10.远程诊断、远程维护、远程升级

　　通过网络，可以对GPRS RTU远程诊断、远程维护、远程升级。

　　总结：

　　本系统以自来水厂的生产过程为背景，提出了一套基于PC机的自动供水计算机监控系统设计方案。现场调试证明，该方案切实可行，既保证了水厂的不间断生产又提高了水厂的管理水平。系统的开发时间短，成本低，节能效益明显。适合广大中小城市的供水调度进行技术改造。