基于GPRS网络的热网远程监控系统
时间：2010-01-09 阅读：1794
一、项目建设背景
我国北方地区冬季目前普遍采用集中供暖方式进行供热。热电厂通过城市高温供热管道将热水送至各居民小区、企业中的换热站。在换热站，高温管道（以下简称一次网）中的热水与进居室暖气片（以下简称二次网）的热水通过换热器交换热量。经过换热后，二次网中热水流入各居室中。
在以上过程中，供热调度部门需要对分散在不同地理位置换热站中温度、压力、流量、液位等参数集中实时监视，控制换热站中各设备的运行。同时，根据从现场监测到的各换热站运行参数，调节热电厂运行工况，保证冬季整个供暖的稳定运行。
我国现行的热力站运行管理仍处于手工操作阶段，影响了集中供热*性的充分发挥。主要反映在：缺少全面的参数测量手段，无法对运行工况进行系统的分析判断；系统运行工况失调难以消除，造成用户冷热不均；供热参数未能在*工况下运行，供热量与需热量不匹配；运行数据不全，难以实现量化管理。 搞好城市集中供热工程，必须要全面提高供热技术水平。
因此，建立基于GPRS modem无线网络的自动监控系统，来实现各换热站现场参数的采集、调度室与各换热站的数据实时通讯控制，可以很好的解决上述缺点，可以有效提高供热系统的自动化控制水平，并且能很大程度上提高供热行业的管理水平。供热工程中的自动控制对于保证供热系统供热、安全运行、经济节能、环境保护具有十分重要的作用。
二、GPRS简介
二、GPRS简介
GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，是一种新的分组数据承载业务。GPRS和GSM语音系统zui根本的区别是，GSM modem是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统。因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。这一特点正适合大多数移动互联的应用。相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”的优点。
GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s，实际应用带宽大约在40~100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。GPRS是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。
三、GPRS在热网远程监控系统应用实现
1、应用优势
GPRS具有“实时在线”、“快捷登录”、“高速传输”等等优点，能够确实解决‘项目建设背景’中的所有相关问题。
三、GPRS在热网远程监控系统应用实现
1、应用优势
GPRS具有“实时在线”、“快捷登录”、“高速传输”等等优点，能够确实解决‘项目建设背景’中的所有相关问题。
2、组网方式
GPRS的应用非常广泛，几乎所有行业都能用到GPRS的无线数据传输。但每种行业的实际需求和复杂的应用环境都大不相同，所以每种行业都会有自己*的功能要求和组网方式。
在功能要求方面： 深圳倚天丰华电子有限公司开发的GPRS无线 DTU无线数传终端的强大综合功能将能满足绝大部分行业的需要。
在组网方式方面： 深圳倚天丰华电子有限公司拥有丰富的各行各业GPRS无线移动网络的实际组网经验，总结出以下几种可行的组网方案：
如上图所示，以下将一一对两种连接方案进行讲解：
1） 方案一：中心采用ADSL等INNET公网连接，采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务。
此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务。
1、 中心公网固定IP：监控点直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。
2、 中心公网动态IP+DNS解析服务：客户先与DNS服务商开通动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。
2） 方案二：中心采用APN专线， 所有点都采用内网固定IP（推荐）
此种方案客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该APN，限制使用其他APN。得到APN后，给所有监控点及中心分配移动内部固定IP。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
此种方案无论时时性，安全性和稳定性较前三种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、时时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之*组网方式。
GPRS的应用非常广泛，几乎所有行业都能用到GPRS的无线数据传输。但每种行业的实际需求和复杂的应用环境都大不相同，所以每种行业都会有自己*的功能要求和组网方式。
在功能要求方面： 深圳倚天丰华电子有限公司开发的GPRS无线 DTU无线数传终端的强大综合功能将能满足绝大部分行业的需要。
在组网方式方面： 深圳倚天丰华电子有限公司拥有丰富的各行各业GPRS无线移动网络的实际组网经验，总结出以下几种可行的组网方案：
如上图所示，以下将一一对两种连接方案进行讲解：
1） 方案一：中心采用ADSL等INNET公网连接，采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务。
此种方案向先INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务。
1、 中心公网固定IP：监控点直接向中心发起连接。运行可靠稳定，推荐此种方案。
2、 中心公网动态IP+DNS解析服务：客户先与DNS服务商开通动态域名，监控点先采用域名寻址方式连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方式可以大大节约公网固定IP的费用，但稳定性受制于DNS服务器的稳定，所以要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。
2） 方案二：中心采用APN专线， 所有点都采用内网固定IP（推荐）
此种方案客户中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该APN，限制使用其他APN。得到APN后，给所有监控点及中心分配移动内部固定IP。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
此种方案无论时时性，安全性和稳定性较前三种方案都有大大提高，适合于安全性要求较高、数据点比较多、时时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之*组网方式。
3、系统的组成
整个热网远程监控系统由三部分组成：现场换热站控制部分、GPRS数据传输部分、调度室数据中心。通过控制模块完成与GPRS DTU的数据交互。PLC定时将数据发送给DTU，同时PLC实时接收DTU发来的数据完成相应控制功能。DTU在收到PLC发来的数据会立即转发到数据中心。
（1） 现场换热站PLC将各工艺参数实时采集后通过RS-232串口通信模块将数据送往GPRS DTU通信模块；同时，还可通过该通信模块接收调度中心的指令。
（2） GPRS数据传输部分在对DTU通信模块进行配置时，预先输入数据中心的固定IP地址。DTU通信模块收到PLC发来的数据后，把这些数据送到前面设置的IP地址网络服务器中，通过端口映射转发到数据中心服务器。GPRS DTU发送数据的过程为：数据送到China移动GPRS网络中，然后再经过Internet，zui后在数据中心通过ADSL／APN进行接收。
（3） 调度室数据中心由ADSL MODEM／APN、网络服务器、防火墙、数据中心服务器、工作站及GSM短信发送系统。数据中心服务器通过ADSL Modem／APN接收来自各换热站的数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报表打印等，其中一部分数据还传送到全厂MIS系统。
（4） GSM短信发送系统可以应相关实际要求，可将数据中心服务器接收来自各换热站的数据，发送到人员手机中显示。
4、系统特点
4.1 特点
（1） *性
本方案设计中不仅采用了*的软、硬件，而且着眼于企业“管控一体化”的需求，贯彻了数字化、信息化环保的*思想，使企业生产数据的进一步智能应用成为现实。该方案使控制系统有机地成为企业整个IT架构的一部分。
本系统采用*的计算机控制系统，主要用于城市热网的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统配有可靠的硬件设备和功能强大、运行可靠、界面友好的系统软件、编程软件、控制软件。
（2） 高可靠性
① 与传统的无线电台传输相比，GPRS网的数据传输抗*力更强，且通讯覆盖范围远远强于前者；
② 现场控制站PLC对工艺过程的控制不会因监控计算机的瘫痪而受影响；
（1） 现场换热站PLC将各工艺参数实时采集后通过RS-232串口通信模块将数据送往GPRS DTU通信模块；同时，还可通过该通信模块接收调度中心的指令。
（2） GPRS数据传输部分在对DTU通信模块进行配置时，预先输入数据中心的固定IP地址。DTU通信模块收到PLC发来的数据后，把这些数据送到前面设置的IP地址网络服务器中，通过端口映射转发到数据中心服务器。GPRS DTU发送数据的过程为：数据送到China移动GPRS网络中，然后再经过Internet，zui后在数据中心通过ADSL／APN进行接收。
（3） 调度室数据中心由ADSL MODEM／APN、网络服务器、防火墙、数据中心服务器、工作站及GSM短信发送系统。数据中心服务器通过ADSL Modem／APN接收来自各换热站的数据，并对数据进行存储、历史趋势分析、报表打印等，其中一部分数据还传送到全厂MIS系统。
（4） GSM短信发送系统可以应相关实际要求，可将数据中心服务器接收来自各换热站的数据，发送到人员手机中显示。
4、系统特点
4.1 特点
（1） *性
本方案设计中不仅采用了*的软、硬件，而且着眼于企业“管控一体化”的需求，贯彻了数字化、信息化环保的*思想，使企业生产数据的进一步智能应用成为现实。该方案使控制系统有机地成为企业整个IT架构的一部分。
本系统采用*的计算机控制系统，主要用于城市热网的生产控制、运行操作、监视管理。控制系统配有可靠的硬件设备和功能强大、运行可靠、界面友好的系统软件、编程软件、控制软件。
（2） 高可靠性
① 与传统的无线电台传输相比，GPRS网的数据传输抗*力更强，且通讯覆盖范围远远强于前者；
② 现场控制站PLC对工艺过程的控制不会因监控计算机的瘫痪而受影响；
③ 现场控制站的PLC能够在恶劣的环境中长期可靠运行，并且易配置、易接线、易维护、隔离性好，结构坚固、抗腐蚀、适应较宽的温度变化范围，平均*间隔时间（MTBF）15年。
（3） 高应用灵活性
（3） 高应用灵活性
产品提供了丰富的指令集，用户直接调用即可进行二次开发，定制个性化需要；
（4） 优良的开放性
① TCP/IP协议是目前开放性的协议，可以轻松进行系统扩展；
② 本公司产品已与各大组态软件提供商有合作，各厂商都已提供对本公司产品的驱动支持。
① TCP/IP协议是目前开放性的协议，可以轻松进行系统扩展；
② 本公司产品已与各大组态软件提供商有合作，各厂商都已提供对本公司产品的驱动支持。
六、结束语
该方案实现了对换热站运行参数的集中监视、控制，与老系统相比，可以大量的减少维护人员，部分换热站还实现了无人值守，提高企业的经济效益。与使用传统无线电台相比，该方案具备更好的抗干扰性（尤其是在城市中）、数据传输安全性。相信这种远程监控方案将在城市管网、热网、石油、地震检测、电力等一些无线远程数据监控中得到更大范围应用。
该方案实现了对换热站运行参数的集中监视、控制，与老系统相比，可以大量的减少维护人员，部分换热站还实现了无人值守，提高企业的经济效益。与使用传统无线电台相比，该方案具备更好的抗干扰性（尤其是在城市中）、数据传输安全性。相信这种远程监控方案将在城市管网、热网、石油、地震检测、电力等一些无线远程数据监控中得到更大范围应用。
附录： GPRS DTU 主要功能特性介绍
深圳倚天丰华电子GPRS DTU产品，内嵌了TCP/IP协议栈模块，且简化了接口设计。通用的 RS-232接口 或者RS-485接口或TTL电平接口，更适合于工业现场应用。
深圳倚天丰华电子GPRS DTU产品，内嵌了TCP/IP协议栈模块，且简化了接口设计。通用的 RS-232接口 或者RS-485接口或TTL电平接口，更适合于工业现场应用。
| 特点参数 | |
| 宽电压应用 | 提供5V-25V 宽电源供电，满足不同场合的应用需求 |
| 全功能接口 | 可以根据客户的要求来订制接口（如RS-232、RS-485、TTL等） |
| 功能强大 | 自动拨号上线功能；断线自动重拨功能；*透明传输数据功能；支持动太域名解析；自动复位重启功能；远程复位功能等等 |
| 配置灵活 | 用户可通过窗口界面的配置软件自由切换选择透明传输模式和非透明传输模式，并可对产品的相关参数，根据自身项目需求灵活配置。 |
| 体积小巧 | 产品体积小巧，设计时考虑到不同环境下的应用，既可以作嵌入式使用，也可以外置使用 |
| 升级方便 | ETPro-221系列具有 Firmware 在线升级功能，用户可以方便的升级到更高版本。 |
| 抗干扰性强 | 外壳采用冷轧板，坚固耐用，可以有效地抵御各种恶劣环境；抗强电磁干扰及高、低温能力强，能够在恶劣的环境下稳定工作 |
| 工作温度 | -30-60℃，湿度范围：≤90% |
| TCP/IP协议栈 | ETPro-221系列内嵌了完整的 TCP/IP 协议族，包括 TCP、 UDP、 FTP、 PPP、NET、 HTTP、 Web Server等。内嵌的 TCP/IP 使 ETPro-221系列有了访问Internet 的能力。 |