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、電話報(bào)數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)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(jí)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(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)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(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動(dòng)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?lái)水公司的調(diào)度中心，調(diào)度中心通過(guò)對(duì)傳輸回來(lái)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)，能在最短的時(shí)間內(nèi)解決問(wèn)題。

　　目前，自來(lái)水供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可簡(jiǎn)單分為有線和無(wú)線兩大類，其中有線通信主要包括架設(shè)光纜、電纜或租用電信電話線、X.25、DDN、ADSL等，而無(wú)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，向電信部門租用專用電話線又要申請(qǐng)很多電話線，而且有些監(jiān)控點(diǎn)線路難以到達(dá)，況且采用電話線路時(shí)需要等待漫長(zhǎng)的電話撥號(hào)過(guò)程，速度慢，運(yùn)營(yíng)成本較高，不切合實(shí)際?？傊O(jiān)控系統(tǒng)采用有線通信方式建設(shè)周期長(zhǎng)、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(wú)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(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

　　在監(jiān)控系統(tǒng)中，無(wú)線通信方式主要包括：超短波（230MHz）無(wú)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(tái)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(tái)，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(hào)覆蓋范圍小等缺點(diǎn)。

　　經(jīng)過(guò)比較分析，我們選擇中國(guó)移動(dòng)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(tái)。目前GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)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(guó)移動(dòng)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(wú)線IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建自來(lái)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(wú)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(jiǎn)單。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　為了滿足對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(cè)壓點(diǎn)、抄表遙測(cè)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(chǔ)、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(cè)點(diǎn)SCADA自動(dòng)化控制系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)分散管網(wǎng)測(cè)點(diǎn)站點(diǎn)。該系統(tǒng)采用兩級(jí)控制，一級(jí)為SCADA系統(tǒng)中心控制室，二級(jí)為管網(wǎng)測(cè)點(diǎn)站點(diǎn)遠(yuǎn)程測(cè)控終端GPRSRTU。中心控制室負(fù)責(zé)監(jiān)視、管理和控制等工作。站點(diǎn)GPRSRTU負(fù)責(zé)多個(gè)管網(wǎng)測(cè)點(diǎn)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，無(wú)線傳輸、管網(wǎng)測(cè)點(diǎn)壓力的自動(dòng)控制。

　　調(diào)度中心對(duì)各個(gè)管網(wǎng)測(cè)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(duì)這些信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分析匯總或打印等處理。通過(guò)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。

　　GPRSRTU（遠(yuǎn)程測(cè)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(duì)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(kāi)承上啟下的GPRSRTU產(chǎn)品。城市供水綜合自動(dòng)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(cè)遍布于全市的自來(lái)水管網(wǎng)的流量、壓力等變化情況。應(yīng)用于管網(wǎng)測(cè)壓的GPRSRTU產(chǎn)品就是為此目的而設(shè)計(jì)的。由于管網(wǎng)測(cè)壓工藝簡(jiǎn)單、無(wú)須控制、散布廣泛，因此就要求此類GPRSRTU產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guò)數(shù)據(jù)采集模塊采集如壓力、流量等數(shù)據(jù)，通過(guò)RS232（RS485）接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連，無(wú)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(kāi)關(guān)量采集功能的RS6011GGPRSRTU。通過(guò)GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對(duì)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RS6011GGPRSRTU產(chǎn)品介紹

　　（1）、基本原理:

　　通過(guò)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(wú)線智能測(cè)控終端連為一體，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元。瑞申無(wú)線測(cè)控終端內(nèi)置：CPU模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數(shù)據(jù)通信模塊?？涩F(xiàn)場(chǎng)接入多路模擬量、開(kāi)關(guān)量、繼電器信號(hào)等數(shù)據(jù)，然后直接通過(guò)GPRS無(wú)線模塊將現(xiàn)場(chǎng)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(kù)服務(wù)器，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)該系統(tǒng)，即使在遠(yuǎn)離觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的異地，也能方便地對(duì)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(cè)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(guò)用戶手機(jī)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)恢復(fù);

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

　　◎繼電器可設(shè)置報(bào)警聯(lián)動(dòng);

　　◎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(chǎng)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，精確記時(shí);

　　◎自動(dòng)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(chǔ)器，數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索;

　　◎板載工業(yè)級(jí)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(kāi)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(qǐng)配置固定IP地址，采用移動(dòng)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(lái)的連接申請(qǐng)先進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)后接受傳來(lái)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(tái)等。

　　遙控遙測(cè)

　　測(cè)量各站點(diǎn)的狀態(tài)，通過(guò)監(jiān)視各個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力，調(diào)控供水系統(tǒng)的水泵的開(kāi)關(guān);測(cè)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(chǔ)系統(tǒng)各站點(diǎn)的工作狀態(tài)信息，并對(duì)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MODBUSRTU/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(cè)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(duì)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(kù)。整個(gè)系統(tǒng)以此數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)運(yùn)行。

　　自動(dòng)巡檢

　　中心控制室自動(dòng)巡檢n個(gè)站點(diǎn)及送水泵房工作情況。

　　手動(dòng)采集

　　可以人為手動(dòng)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(dòng)打印系統(tǒng)遙測(cè)、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(duì)N個(gè)管網(wǎng)測(cè)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(jí)

　　通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)GPRSRTU遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí)。

結(jié)束語(yǔ)

　　本系統(tǒng)以自來(lái)水廠的生產(chǎn)過(guò)程為背景，提出了一套基于PC機(jī)的自動(dòng)供水計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)場(chǎng)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(kāi)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。