GPRS城市管網(wǎng)供水調(diào)度系統(tǒng)

前言

由于城市供水地理位置分散，采集、控制功能要求穩(wěn)定，安全性要求較高。一般采取人工抄表、報(bào)數(shù)、現(xiàn)場手動操作的原始調(diào)度方法。收集信息數(shù)量少、處理慢、傳遞遲，調(diào)度處于低級階段，以保證不缺水和維持正常運(yùn)行為主，談不上優(yōu)化調(diào)度。遇上爆漏及其他事故，反映遲鈍損失擴(kuò)大。

城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力、水流量等的數(shù)據(jù)傳送及各水廠出水量的控制，便于及時(shí)了解及控制遠(yuǎn)端生產(chǎn)運(yùn)行情況，降低故障率，縮短檢修時(shí)間，減少停水次數(shù)。各管網(wǎng)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道壓力、水流量等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)阶詠硭镜恼{(diào)度中心，調(diào)度中心通過對傳輸回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到出故障的地點(diǎn)，從而當(dāng)一個(gè)遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí)，能在zui短的時(shí)間內(nèi)解決問題。

目前，自來水供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可簡單分為有線和無線兩大類，其中有線通信主要包括架設(shè)光纜、電纜或租用電信線、X.25、DDN、ADSL等，而無線則包括超短波通信、擴(kuò)頻通信、衛(wèi)星通信、GSM 短信/GPRS通信等。

在城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，個(gè)別站點(diǎn)還地處偏僻，因此架設(shè)光纜（電纜）難度大、費(fèi)用高，向電信部門租用線又要申請很多線，而且有些監(jiān)控點(diǎn)線路難以到達(dá)，況且采用線路時(shí)需要等待漫長的撥號過程，速度慢，運(yùn)營成本較高，不切合實(shí)際。總之監(jiān)控系統(tǒng)采用有線通信方式建設(shè)周期長、工作難度大、運(yùn)行費(fèi)用高，不便于大規(guī)模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設(shè)周期短、運(yùn)行維護(hù)簡單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

在監(jiān)控系統(tǒng)中，無線通信方式主要包括：超短波（230MHz）無線數(shù)傳、擴(kuò)頻、衛(wèi)星通信、GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)等，其中衛(wèi)星通信由于通信費(fèi)用昂貴，只在一些特殊的領(lǐng)域下使用，未得以普及；而擴(kuò)頻通信技術(shù)雖然速率高，但只能在視距范圍內(nèi)傳輸，應(yīng)用也受到限制。采用超短波數(shù)傳電臺作為傳輸信道具有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展容易、維修方便、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但由于系統(tǒng)工作于230MHz且多采用普通間接調(diào)制的數(shù)傳電臺，這就造成系統(tǒng)易受外界干擾、 通信速率低、誤碼率高、數(shù)據(jù)傳送量不大、信號覆蓋范圍小等缺點(diǎn)。

經(jīng)過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統(tǒng)作為供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺。目前GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過電信部門的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是中國移動新推出的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GSM/GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建自來水供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)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。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了滿足對生產(chǎn)過程的調(diào)度和指揮，需要一個(gè)可靠的SCADA系統(tǒng)。它一般由企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度指揮中心、水廠、管網(wǎng)測壓點(diǎn)、抄表遙測等組成。它所具有的功能一般包括：數(shù)據(jù)采集控制功能，數(shù)據(jù)傳輸功能，數(shù)據(jù)顯示及分析功能，報(bào)警功能，歷史數(shù)據(jù)的存儲、檢索、查詢功能，報(bào)表顯示及打印功能，遙控功能，網(wǎng)絡(luò)功能等。
    管網(wǎng)測點(diǎn)SCADA自動化控制系統(tǒng)，主要監(jiān)測分散管網(wǎng)測點(diǎn)站點(diǎn)。該系統(tǒng)采用兩級控制，一級為SCADA系統(tǒng)中心控制室，二級為管網(wǎng)測點(diǎn)站點(diǎn)遠(yuǎn)程測控終端GPRS RTU。中心控制室負(fù)責(zé)監(jiān)視、管理和控制等工作。站點(diǎn)GPRS RTU負(fù)責(zé)多個(gè)管網(wǎng)測點(diǎn)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，無線傳輸、管網(wǎng)測點(diǎn)壓力的自動控制。
    調(diào)度中心對各個(gè)管網(wǎng)測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并指揮各個(gè)水廠的出水量，它是系統(tǒng)的信息采集和控制中心。調(diào)度中心采集各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，并對這些信息進(jìn)行存儲、分析匯總或打印等處理。通過數(shù)據(jù)分析，及時(shí)給出報(bào)警信息或向站點(diǎn)發(fā)出控制命令，控制站點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度和管理。
    GPRS RTU（遠(yuǎn)程測控終端）是SCADA系統(tǒng)的基本組成單元，采集、控制和通信是他所具有的基本功能。對于具有分布式、集散型、網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)的企業(yè)，其SAS/SCADA系統(tǒng)的建立，離不開承上啟下的GPRS RTU產(chǎn)品。城市供水綜合自動化系統(tǒng)中的SCADA系統(tǒng)，必須具備并且非常重要的一個(gè)功能就是：實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測遍布于全市的自來水管網(wǎng)的流量、壓力等變化情況。應(yīng)用于管網(wǎng)測壓的GPRS RTU產(chǎn)品就是為此目的而設(shè)計(jì)的。由于管網(wǎng)測壓工藝簡單、無須控制、散布廣泛，因此就要求此類GPRS RTU產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。

                            （系統(tǒng)拓?fù)鋱D）

1、管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)

管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)：各監(jiān)控點(diǎn)通過數(shù)據(jù)采集模塊采集如壓力、流量等數(shù)據(jù)，通過RS232（RS485）接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連，無標(biāo)準(zhǔn)通訊接口的設(shè)備，也可以采用我公司帶有模擬量、開關(guān)量采集功能的RS6011G GPRS RTU。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GSM網(wǎng)絡(luò)。

瑞申RS6011G GPRS RTU產(chǎn)品介紹

（1）、基本原理:

通過RS—485總線將數(shù)字傳感器（也可采用模擬輸出傳感器）與瑞申無線智能測控終端連為一體，構(gòu)成現(xiàn)場監(jiān)控單元。瑞申無線測控終端內(nèi)置：CPU模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數(shù)據(jù)通信模塊。可現(xiàn)場接入多路模擬量、開關(guān)量、繼電器信號等數(shù)據(jù)，然后直接通過GPRS無線模塊將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程控制中心連接，將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。 通過該系統(tǒng)，即使在遠(yuǎn)離觀測現(xiàn)場的異地，也能方便地對各種環(huán)境要素如流量、壓力等數(shù)據(jù)的采集讀取，真正實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享的功能。除數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控外，系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手機(jī)報(bào)警，并通過用戶手機(jī)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備。

（2）、功能特點(diǎn)：

  ◎ 采集傳輸控制一體化，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本；

  ◎ 采用超低功耗高性能的嵌入式處理器，數(shù)據(jù)采樣精度小于2‰；

  ◎ 內(nèi)嵌看門狗，不死機(jī)，掉線自動恢復(fù)；

  ◎ 配備多種接口資源：包括模擬信號采集、開關(guān)量采集、脈沖信號輸入、繼電器控制輸出等；

  ◎ 繼電器可設(shè)置報(bào)警聯(lián)動；

  ◎ 支持一路RS232/RS485（只支持MODBUS協(xié)議）方式的用戶數(shù)據(jù)接口，可接入電子式傳感器、PLC等各種設(shè)備；

  ◎ 短信數(shù)據(jù)傳輸或GPRS實(shí)時(shí)在線傳輸方式；

  ◎ GPRS 遠(yuǎn)程在線設(shè)置和短信息遠(yuǎn)程設(shè)置功能；

  ◎ 支持終端遠(yuǎn)程進(jìn)入休眠模式，并可用多種方式喚醒；

  ◎ 監(jiān)控中心及手機(jī)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備；

  ◎ 可向用戶設(shè)定的手機(jī)發(fā)送短信報(bào)警信息；

  ◎  模擬量分時(shí)段報(bào)警；

  ◎ 用戶可以編程的量程轉(zhuǎn)換和報(bào)警上下限設(shè)定；

  ◎ 內(nèi)設(shè)工業(yè)時(shí)鐘，記時(shí)；

  ◎ 自動定時(shí)上報(bào)和事件觸發(fā)上報(bào)功能；

  ◎ 內(nèi)置大容量FLASH存儲器，數(shù)據(jù)自動記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索；

  ◎ 板載工業(yè)級GSM/GPRS通信模塊，方便用戶選擇GSM/GPRS組網(wǎng)方式；

  ◎ 提供用戶設(shè)置軟件，開放式接口，方便與組太軟件及其他軟件連接；

                         （RS6011G產(chǎn)品拓?fù)鋱D）

2、監(jiān)控中心

服務(wù)器申請配置固定IP地址，采用移動通信公司提供的專線，與GPRS網(wǎng)絡(luò)相連。由于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)器接收到GPRS網(wǎng)絡(luò)終端傳來的連接申請*行認(rèn)證，認(rèn)證通過后接受傳來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。

系統(tǒng)功能
　　中心控制室負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)地控制監(jiān)控。配有打印機(jī)電臺等。
　　遙控遙測
　　測量各站點(diǎn)的狀態(tài)，通過監(jiān)視各個(gè)測壓點(diǎn)的壓力，調(diào)控供水系統(tǒng)的水泵的開關(guān)；測量、控制可人為干預(yù)進(jìn)行，也可根據(jù)設(shè)定進(jìn)行。
　　數(shù)據(jù)處理
　　可存儲系統(tǒng)各站點(diǎn)的工作狀態(tài)信息，并對信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理產(chǎn)生各種報(bào)表輸出。
　　網(wǎng)絡(luò)連接
　　系統(tǒng)應(yīng)用MODBUS RTU/ASCII協(xié)議，可以方便的聯(lián)入其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
　　報(bào)警指示
　　監(jiān)測數(shù)據(jù)量有上、下限報(bào)警指示功能。
　　系統(tǒng)參數(shù)輸入及組態(tài)
　　輸入系統(tǒng)參數(shù)，如巡檢周期、控制參數(shù)、報(bào)警限、計(jì)算公式、系統(tǒng)時(shí)間等，并對這些參數(shù)進(jìn)行組態(tài)，以形成完整的系統(tǒng)操作、控制、統(tǒng)計(jì)、顯示、打印參數(shù)數(shù)據(jù)庫。整個(gè)系統(tǒng)以此數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)運(yùn)行。
　　自動巡檢
　　中心控制室自動巡檢n個(gè)站點(diǎn)及送水泵房工作情況。
　　手動采集
　　可以人為手動巡檢N個(gè)站點(diǎn)，得到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。
　　歷史數(shù)據(jù)打印
　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)，自動打印系統(tǒng)遙測、遙控等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)。
　　供水?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
　　能實(shí)現(xiàn)對N個(gè)管網(wǎng)測點(diǎn)的壓力，生成報(bào)表。
　　遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程升級
　　通過網(wǎng)絡(luò)，可以對GPRS RTU遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程升級。

結(jié)束語

本系統(tǒng)以自來水廠的生產(chǎn)過程為背景，提出了一套基于PC機(jī)的自動供水計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。現(xiàn)場調(diào)試證明，該方案切實(shí)可行，既保證了水廠的不間斷生產(chǎn)又提高了水廠的管理水平。系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間短，成本低，節(jié)能效益明顯。適合廣大中小城市的供水調(diào)度進(jìn)行技術(shù)改造。