|
GPRS远程供水管网系统
技术方案
唐山蓝迪通信科技有限公司
LAND communication Technology Ltd.
一、 项目简介
为保证供水管网工作有的放矢，依靠现代计算机通信技术和传感技术，实施对供水管道的无人化远程实时监测，并且能够自动传输到上面各级主管部门，监测输水管网、城市供水管网的压力、流量信息；及时发现管网故障，提高维护效率、降低损失，保障输水、供水质量，达到科学预警，减少成本，提高效率的目的。
二、 系统组成
本系统主要由仪表设备、GPRS测控终端、GPRS网络、监控管理中心等设备组成。
仪表设备包括：
水表或流量计、压力变送器等
1、 GPRS测控终端（RTU）
由蓝迪通信科技公司自主开发，是该系统的核心部分之一。其主要功能：
1）通过变送器及传感器将现场数据采样、A/D转换、逻辑判断、数据编码、 数据处理和协议打包、存储并向通信单元传输操作;
2）接受通信单元发来的信息和控制操作，处理并执行控制中心对采集参数的设置或机构操作；
3）流量计数据通信协议的编码和解码
4）供电方式可采用市电220V供电、电池供电、太阳能供电几种方式。
（1） 技术原理：
LAND无线RTU是集成了模拟信号采集、过程IO控制和无线数据通信于一体的高性能测控装置，可以直接接入标准变送器信号或仪表输出的模拟信号、电平信号、干触点、脉冲信号等，是小规模过程信号实施无线测控的最佳手段。
LAND无线RTU内部具有一个高性能的微处理器，可以完成模拟信号的采集、量值转换和滤波处理等，数据的存储周期和上报周期可以根据用户环境的要求而调整，多点组网的方式非常灵活，既可以选择简单方便的GSM短消息方式，也可以选择高效实时的GPRS/CDMA网络方式。监控中心的建立也是非常容易，目前流行的组态软件都可以直接接入，同时我公司也可以提供基于互联网WEB发布的测控系统，可以满足大多数用户的需求。
（2） 功能及特点：
① 配备多种接口资源，包括模拟信号采集、开关量输入、输出，脉冲信号输入等；
② 支持一路RS232/RS485方式的用户数据接口，可接入流量计等各种设备；
③ 采集传输控制一体化，提高了系统可靠性，降低了成本；
④ 采用工业级超低功耗高性能的嵌入式处理器；
⑤ 用户可以编程的量程转换和报警上下限设定；
⑥ 内设工业时钟，精确计时；
⑦ 自动定时上报和事件触发上报功能；
⑧ 内置大容量FLASH存储器，数据自动记录，支持历史数据检索；
⑨ 通讯协议完善，组态软件支持，用户免开发；
⑩ 板载GSM/GPRS传输模块，方便用户选择GSM、GPRS组网方式；
⑪ 提供用户设置软件，开放式接口，方便与组太软件及其它软件连接；
⑫ 工业级设计，稳定可靠，坚固耐用；
（3） GPRS测控终端（RTU）
（4） GPRS测控终端（RTU）组网原理图
RTU的通讯方式可以根据实际情况选择SMS/GPRS/CDMA网络，其他的工作参数如量程、开关量输入模式、存储周期、上报周期等可以通讯RTU初始化软件予以设置。具体使用参照手册进行即可。
2、GPRS网络
（1）GPRS通信的特点
GPRS是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，它是以数据流量计费、覆盖范围广泛、数据传输速度更快。GPRS的推出，为行业和企业用户开展无线办公提供了基础设施平台，为推动移动办公的应用和发展创造了有利条件。与有线网络相比，GPRS网络具有租用费用低、移动办公，不受地域制约等优点。GPRS的出现为企业和行业用户开展无线办公提供了一种新的选择。
GPRS通信方式更适合于无线监测系统的通信业务。在供水管网过程中有大量的数据需要工作人员及时的采集、记录，如果这些数据都要人工采集、记录的话势必给工作人员巨大的工作量，而且效率不高，于是我公司根据的实际工作情况设计了一套完整的远程供水管网系统解决方案，可以实现各站点累计流量、瞬时流量、压力、温度、流体密度、仪表内部时间的监测，并且通过增加现场仪表可以采集更多的数据。采集的参数可以通过报表输出或者以趋势曲线的方式显示、打印，以便管理部门及时发现管道的异常情况，管理和服务好用户。
（2）GPRS无线传输数据有以下优势：
1、安装简单方便。GPRS用户可随意分布和移动自己的网络点，无须担心线路的维护或有线在移机时导致的通讯中断。建设新的营业点无需进行拉线，埋线等工作。
2、设备投资价格低。随着通信技术的发展，接收传送数据的GPRS模块已经比数传电台便宜的多。
3、通信资费便宜。目前各地移动公司对GPRS 资费包月比有线电话网络资费还便宜。在GPRS网中，用户只需与网络建立一次连接，就可长时间的保持这种连接，并只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道不计费。这样，营业点即不用频繁建立连接，也不必支付传输间隙时的费用。
4、链路稳定可靠，永不掉线。
5、GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。
6、覆盖较好，相比较很多无线数据网络（集群，双向传呼，），其网络覆盖是最好的。
7、接入时间短，分组交换接入时间缩短为少于1秒，能提供快速即时的连接。
8、支持IP协议和X.25协议以及VPN组网
4、监控管理中心（管理服务器+供水管网监控系统管理软件）
调度控制中心部分：
在调度控制中心安装远程GPRS数据接入服务器、数据库服务器、WEB数据发布服务器各一台。并利用现有的办公局域网、INTERNET环境形成一套综合数据业务平台。
二、 系统功能
1、 硬件功能：
1、测控终端现场采集管网参数水位、压力等数据。
2、测控终端主动定时上报现场数据，随时上报状态变化信息和报警信息。
3、测控终端可显示、存储、查询历史数据；可修改工作参数。
4、测控终端支持远程软件升级和参数设置。
5、测控终端兼容任何厂家生产的脉冲水表或各种流量计。
6、测控终端兼容任何厂家生产的标准信号输出的测量变送器。
7、使用GPRS-VPN专网，投资少、数据传输可靠、通信设备维护量小。
8、使用GPRS网络通信时，支持GPRS和短消息两个通信通道。
2、 软件功能：
（1）、强大包大揽的数据库支持和存储能力
系统支持SQL Server和其他可以通过ODBC接口进行访问的数据库系统，其中对于Sybase数据库服务器，可以选用UNIX或Windows 2003操作系统。客户端可以使用Open Client和ODBC两种接口。
数据库服务器：存放系统所有的数据(包括：运行数据、配置信息、告警信息、安全及操作员权限信息、操作维护记录等)，它只是被动地响应来自其他业务台的请求，进行访问。具有文件存档功能，存档的文件能在硬盘上保存一年，然后倒入其他存储介质保存。
（2）多种数据查询和报表功能
提供了很多满足用户需要的报表，设备分类告警统计报表、告警分类统计报表、端局告警对比报表、运行状态统计报表、某时刻设备运行状态查询报表、及监控量历史曲线报表等。
（3）数据采集和信息查询功能：
该项功能是整个系统的核心功能之一，因为它直接决定着监测中心是否能够实时准确地掌握用户计量点的实时用量。实现该功能的基础是高精度的计量表和基于GPRS网络的实时在线传输。
（4）计量数据遥测功能：
数据上报体制采用自报和遥测相结合的体制。即以自动上报为主，用户也可以在有权的情况下对任何一个或多个计量点主动遥测。
（5）查看在线监测点:
在查看在线中可以看到所有在线的监测点，用户可对所有在线监测点进行监测。
（6）查看实时信息: 在实时信息查询中，用户可以查询最新的数据。
（7）用户查询： 在用户查询中可以查询系统中所有的单位信息。
（8）操作人员查询: 在操作人员查询中，可以查询系统中所有操作人员。
（9）历史数据查询: 在历史数据查询中，可以查询系统中的历史数据。
（10）用量查询和报表生成: 可以查询日、月、年的任何单位的用量信息。
（11）单位用水分析: 在单位分析中可以查询某一单位日、月、年的曲线。
（12）各监测点分析: 在各监测点分析中可以查询某一监测点日、月、年的曲线。
（13）大型SQL数据库：支持多用户和海量数据。
（14）信息发布与上报：采用网站发布的方式，其他分中心没有费用，方便用户使用和管理。
（15）系统的设定和安全保证功能
系统设定: 在系统设定中对系统的相关参数进行设置。
权限管理: 在权限管理中，可以对系统的操作用户进行权限管理。具有防止非本系统人员入侵本系统，不同级别的用户具有不同权限的操做权限。
（16）系统其他功能
在线帮助：提供在线帮助功能,方便用户查找各项功能的操作使用方法.
操作日志功能：操作员对于系统的重要操作,要保留操作日志。
在线地图：在线地图显示当地的地理信息。
远程维护功能：远端设备具备远程维护功能，方便用户安装调试和后期系统维护。
（17）系统可以扩充的功能
可扩充管道压力的监测，可以在管线上增加压力监测点，现场无需220电源，电池供电，中心可以随时了解管线运行状态。
系统软件界面
用户登陆界面
监测点查询页
实时数据查询页
数据远程召测页
远程控制页
三、 系统特点
根据项目的需求，我们充分考虑到应用的实际情况，注重设备的性价比，建设一个技术先进、成熟可靠、简洁灵活、经济适用、可升级扩展的数据采集远程控制的系统体系。考虑到企业的中长期发展规划，在管理结构、数据应用、生产管理、系统性能以及远程控制等各个方面能够适应未来的发展，最大程度地保护企业的投资。借助输水管线、站数据采集远程控制系统的建设，可充分利用信息资源，真正把现代化管理、安全技术融入到日常办公管理当中，实现更为先进的管理的体系。
1、准确性
计量数据报告的及时、准确；运行状态数据的无丢失；运行资料的可处理，可追踪。
2、可靠性
全天候运行；传输系统独立完整；维护操作方便；
3、经济性
用户可以选择两种方案组成GPRS远程监控网络平台，
4、先进性
选用了全球最先进的GPRS数据网络技术和成熟稳定的智能化终端加上独特的数据处理控制技术。系统功能的扩展性强。
5、实用的低功耗电池供电技术
对于现场没有电源的监测点，可以采用电池供电的超声流量计，压力变送器由采集终端直接升压驱动。选用了最先进的低功耗集成电路技术，使得GPRS数据采集和传输的电源功率非常低，休眠电流<50uA，这样一来可以使用一次性锂电池工作，现场不需要220电源。
6、互换性和拓展性
系统统一规划，分步实施，随时可以扩充压力、液位的信息监测。
四、 现场所选设备
1、 GPRS传输采集终端：
（1）GPRS DTU：。
基本功能：
◎ 内嵌TCP/IP协议、用户数据完全透明传输；
◎ 具有自动登陆网络、断线自动重连的功能，用户免于 维护数据链路；
◎ 参数设置可以通过电脑或手机远程设置、更改；
◎ 双重看门狗设计，长期运行不会死机；
◎ 用户数据接口为RS232或RS485，速率可调；
◎ 支持GSM拨号、短信数据传输方式，用户数据可选短信、GPRS/CDMA网络双通道数据通信；
◎ 128K用户数据缓冲；
◎ 具有信号强度显示、网络连接和数据收发指标灯；
◎ 标准工业模块和滑道安装，标准工业接线端子；
◎ 工业级品质保证、性能稳定可靠；
◎ 提供用户设置软件、DLL或控件开放源代码接口、方便与多种组太软件及其它软件连接；
◎ 组网容易，运行成本低廉。
组网方式：
采用GPRS/CDMA 数传构筑数据采集系统时，系统可以分为中心服务器和终端设备。终端设备和GPRS/CDMA DTU模块通过RS232或RS485相连。
中心服务器接入有四种方式：
1） 中心采用计算机加互连网固定IP地址（如宽带接入）的方式。
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） 中心采用计算机加互连网固定域名解析（如宽带接入）的方式。
中心公网动态IP+DNS解析服务：客户先与DNS服务商联系开通动态域名，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。
3） 中心采用计算机加移动APN专线，所有点都采用内网固定IP。
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。为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用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。
此种方案无论实实性，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、实实性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。
4） 中心采用计算机加GPRS MODEM的方式(APN专网固定IP)。
此种方案客户先与移动申请APN专网业务。移动为客户分配专用的APN，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用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。
应用领域：
油井监控、电力自动化系统数据传输；无人值守机房监控和远程维护；自来水管道、水源井、泵站与水厂监控；煤气管线与加压站监控；气体计量远程监控系统；供热系统实时监控和维护；气象站数据采集与传输；水文监测等需要数据无线传输的场合。
（2）无线RTU
基本功能：
◎配备多种接口资源，包括模拟信号采集、开关量 输入、输出，脉冲信号输入等；
◎支持一路RS232/RS485方式的用户数据接口，可接入流量计等各种设备；
◎采集传输控制一体化，提高了系统可靠性，降低了成本；
◎采用工业级超低功耗高性能的嵌入式处理器；
◎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，精确计时；
◎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；
◎通讯协议完善，组态软件支持，用户免开发；
◎板载GSM/GPRS传输模块，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它软件连接；
◎工业级设计，稳定可靠，坚固耐用；
组网方式：组网方式和GPRS DTU 一样。
应用领域：
流量计组网；气体计量远程监控系统；4-20mA模拟流量计连网；路灯集中控制；水源井监控；管网监控； 4-20mA模拟信号无线远传和还原；油井监控；变电站远程监控 ；气象数据采集；粮情监测；换热站自动化控制；过程测量和无线远程控制等诸多领域。
（3）电池供电GPRS DTU
主要技术参数及特性：
A/D转换部分
采集速率：6.5次/秒
模拟量输入：4～20mA、0-5V
分辨率：16bit
输入通道：2通道差分
测量精度：0.5%
量程转换：自动进行量程转换和上下限判断
脉冲量输入部分
脉冲量输入：2路输入
隔离：光电隔离
数字量输入部分
数字接口：1路RS485接口
显示输出部分
显示器：自带LCD 8位数字液晶
存储记忆部分
存储方式：1M BYTES flash，循环覆盖
时钟部分
工业时钟：有
无线数据通信部分
传输方式：GSM/GPRS/CDMA 供电电源
SIM卡座：抽屉式卡座 供电电压：标准2×3.6V一次性锂电池
通信协议：标准MODBUS-RTU协议、组态王兼容协议、蓝迪RTU格式 工作电流：关机<50uA，数据传输<200mA
参数设置：本地设置或短信远程设置
工作环境
防水等级：IP68
工作温度：-40℃～+70℃
湿度范围：0－95%，非冷凝
（3）GPRS测控终端
1、 采集传输控制于一体
2、 支持8路4-20mA或0-5V信号输入
3、 采样分辨率大于等于24位
4、 支持不少于4路的光电隔离输入
5、 输出控制继电器不少于2路，触点电流≥5A
6、 GPRS模块为Motorola
7、 内部数据 FLASH存储空间≥1M bytes
8、 通讯协议支持TCP/UDP，支持4个中心同时在线
9、 本地具有LCD显示
10、本地实时时钟
11、电源范围：DC7V-24V
|
