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摘要：本文提供了一種基于GPRS網(wǎng)絡的燃氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原理和實現(xiàn)方案，簡要介紹了GPRS技術(shù)的基本知識，描述了GPRS無線傳輸應用于燃氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。通過實際應用，獲得了理想的效果.
關(guān)鍵詞：GPRS；DTU；Internet；燃氣；
城市燃氣是城市能源供應的重要組成部分，是城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。發(fā)展城市燃氣，對于節(jié)約能源、保護環(huán)境、方便人民生活、促進工業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展城市公用事業(yè)意義十分重大，是實現(xiàn)城市現(xiàn)代化的重要標志之一。
二、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及功能要求
本項目由A,B,省會市三市燃氣管網(wǎng)遠程測控調(diào)度 SCADA 系統(tǒng)組成，三地市監(jiān)測中心數(shù)
據(jù)互通。
1、燃氣管網(wǎng)遠程測控調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
如上圖所示燃氣管網(wǎng)遠程測控調(diào)度系統(tǒng)由遠程終端單元（RTU）、GPRS DTU、無線 GPRS網(wǎng)絡、調(diào)度中心幾個部分組成。
數(shù)據(jù)采集將每個調(diào)壓站內(nèi)的壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)通過GPRS 數(shù)據(jù)傳輸終端動態(tài)地發(fā)送到燃氣管理處的調(diào)度中心。調(diào)度中心負責對所接收到數(shù)據(jù)進行分析、存儲、生成表格、曲線顯示等處理，并且在出現(xiàn)非正常燃氣傳輸狀態(tài)的時候進行報警，使現(xiàn)場故障能夠的到及時、有效的處理，避免產(chǎn)生更大的經(jīng)濟損失。 三、遠程終端單元（RTU） 遠程終端單元RTU分散的分布在燃氣管網(wǎng)的遙測點上，主要由GPRS智能模塊、電源、天線、PLC的CPU及各種I/O模板及后備電池、機箱等幾部分組成。 遠程終端單元RTU與現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量、模擬量信號相連，進行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲并通過GPRS網(wǎng)絡與調(diào)度中心傳送數(shù)據(jù)，接收并執(zhí)行上位機的命令。
1、具體功能如下：
RTU機箱：
安裝于遙測點現(xiàn)場，為壁掛式，具有防盜功能（包括GPRS模塊天線），其固定螺絲置于箱體內(nèi)，設(shè)置門鎖，箱體內(nèi)具有220V交流電，信號輸入輸出接線端子，設(shè)置交流進線空氣開關(guān)，配備一220V交流電插座（檢修時方便使用）
PLC：
基本功能要求
無需監(jiān)控中心控制，可自行進行測量，并保存累積數(shù)據(jù)系統(tǒng)；
具有實時時鐘功能（可通過監(jiān)控中心設(shè)定校準），采集到的數(shù)據(jù)以時間為順序，以5分鐘/每次的密 度，能在RTU端存儲一天的歷史數(shù)據(jù)，程序、參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)具有掉電保護功能；
定時上報：把從儀表采集到的數(shù)據(jù)，以定時（整5分鐘報一次）方式上報；
實現(xiàn)數(shù)據(jù)點播：可以響應各監(jiān)控中心發(fā)出的查詢請求，將實時時刻或歷史時刻的數(shù)據(jù)發(fā)給監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)可發(fā)給多個監(jiān)控中心；
輸入信號損壞時發(fā)出報警信息；
當系統(tǒng)上電復位，或系統(tǒng)運行、通信發(fā)生異常死機復位（看門狗復位）時，系統(tǒng)根據(jù)復位類型不同進行復位處理，保證系統(tǒng)正常工作。
可為一次儀表（兩線制，三線制）提供24V電源，具有一次表供電功能。
四、GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端---廈門才茂通信科技有限公司CM 3150P GPRS DTU
CM 3150P GPRS DTU采用ARM9高性能工業(yè)級嵌入式處理器，以實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺,超大內(nèi)存,內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡。針對網(wǎng)絡流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。
Ø 無線參數(shù)：
支持EGSM900/GSM1800無線網(wǎng)絡
GPRS multi-slot class 10
編碼方案：CS1~CS4
符合SMG31bis技術(shù)規(guī)范
Compliant to GSM phase 2/2+
支持數(shù)據(jù)、語音、短信和傳真
Ø 硬件系統(tǒng)：
CPU:工業(yè)級ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache(業(yè)內(nèi)最高級CPU)
FLASH：8MB（可擴展至32MB）(業(yè)內(nèi)最大內(nèi)存容量)
SDRAM：64MB（可擴展至256MB）
接口：
1個RS232串口。串口速率110~230400bits/s
指示燈：具有電源、通信及在線指示燈。
天線接口：標準SMA陰頭天線接口，特性阻抗50歐。
SIM卡接口：3V/5V標準的推桿式用戶卡接口。
電源接口：標準的3芯火車頭電源插座。
語音接口：標準的耳機麥克風接口。
供電：
外接電源：DC 9V 500mA
寬電壓供電：DC 5-35V
通信電流：350mA
待機電流：35mA
工業(yè)級無線模塊：
GRPS模塊：Simens MC39i
尺寸：
外形尺寸：92.7x61.3x23 mm（不包括天線及固定件）
其他參數(shù)：
工作環(huán)境溫度 -25~+65ºC
儲存溫度 -40~+85ºC
相對濕度 95%(無凝結(jié))
Ø 軟件功能：
智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設(shè)備永遠在線。
支持RSA，RC4加密算法
支持虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠
支持虛擬數(shù)據(jù)專 用網(wǎng)（APN）
透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持多種工作模式
支持數(shù)據(jù)中心動態(tài)域名和IP地址訪問
支持雙數(shù)據(jù)中心備份
支持多數(shù)據(jù)中心
支持主從模式
支持短信、語音、數(shù)據(jù)等喚醒方式以及超時斷開網(wǎng)絡連接。
支持短消息備份及告警。
多重軟硬件看門狗
數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)報告。
標準的AT命令界面
可以用做普通撥號MODEM
支持telnet功能。
支持遠程配置，遠程控制
通過串口軟件升級
同時支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)
五、調(diào)度中心
調(diào)度中心可以設(shè)一主一備兩個中心（即有一主一備兩個IP地址），平時RTU端的GPRS模塊只與調(diào)度中心主中心（主IP地址）聯(lián)系，當主IP地址聯(lián)系不上時，RTU端的GPRS模塊能主動的與備用中心地址聯(lián)系，切換到備用系統(tǒng)進行工作，當主IP地址系統(tǒng)恢復正常，關(guān)閉備用IP地址系統(tǒng)時，能恢復到主IP地址系統(tǒng)進行工作。
移動APN專線方式：
中心用一個服務器組作為中心接收，中心采用APN專線連接。此種方案先向移動運營商申請APN寬帶業(yè)務，并申請邦定IP地址。
終端設(shè)備通過RS232串行方式接到GPRS 智能終端上，GPRS 智能終端與GPRS基站通信，但與電路交換或數(shù)據(jù)呼叫不同，GPRS數(shù)據(jù)分組是從基站發(fā)送到SGSN節(jié)點，而不是通過移動交換中心MSC連接到語音網(wǎng)絡上。SGSN與網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN進行通信，GGSN對分組數(shù)據(jù)進行相應的處理，再發(fā)送到目的網(wǎng)絡，如Internet網(wǎng)絡，（參見圖示）來自Internet、標識有移動臺地址的IP包，由GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而傳送到移動臺上。
由于GPRS網(wǎng)絡工作方式是以IP地址尋址為基礎(chǔ)的，所以目標服務器端必須先接入Internet網(wǎng)絡以獲得IP地址（固定IP），然后將CM3150P GPRS 智能終端進行相應初始化，所以監(jiān)控點的GPRS智能DTU設(shè)置好中心固定IP地址和端口號，上電自動向中心固定IP發(fā)起連接，時時在線傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)�？芍С滞瑫r并發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送，無需輪詢訪問，時時性高，運行可靠穩(wěn)定。此過程是由GPRS 智能終端主動向服務器發(fā)送數(shù)據(jù)，請求TCP/IP連接，當TCP/IP連接通道建立以后，服務器和終端設(shè)備可以雙工地進行數(shù)據(jù)傳輸。
調(diào)度中心與總調(diào)度中心之間的數(shù)據(jù)傳輸通道
調(diào)度中心A市和調(diào)度中心B市通過GPRS 網(wǎng)絡，接收到本地的監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后發(fā)送給前置機設(shè)備。每臺前置機掛有GPRS智能數(shù)傳終端，分別通過GPRS網(wǎng)絡與省會市總調(diào)度中心的建立TCP/IP鏈路，雙工地進行數(shù)據(jù)傳輸。接受總調(diào)度中心的時時數(shù)據(jù)查詢。
調(diào)度中心功能
A,B省會市三市通過網(wǎng)絡與公司內(nèi)部網(wǎng)連接，調(diào)度中心服務器通過GPRS網(wǎng)絡向RTU下發(fā)配置信息、控制信息，及接收下位機上報的數(shù)據(jù)及告警信息，同時對采集的數(shù)據(jù)進行管理，提供查詢、統(tǒng)計、報表等功能
調(diào)度中心的具體功能如下：
能夠給RTU下發(fā)組態(tài)信息、控制命令，能夠校準RTU的時鐘。
RTU發(fā)送來的數(shù)據(jù)自動進入數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫具備一定的安全措施。
處理RTU的報警信息。
數(shù)據(jù)遙測功能：定時巡測、手動巡測、隨機抽測、分組召測遙控功能：控制RTU開關(guān)量輸出點的開、關(guān)狀態(tài)、遙信開關(guān)狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)管理功能：設(shè)置修改各測量數(shù)據(jù)上、下限值，通訊參數(shù)在線組態(tài)功能：新增RTU數(shù)據(jù)采集點等參數(shù)通過組態(tài)定義即可完成。
數(shù)據(jù)庫管理功能：對測得的數(shù)據(jù)建庫，對數(shù)據(jù)進行處理，查詢歷史數(shù)據(jù)，報表打印具有數(shù)據(jù)顯示功能： 能顯示測量的各種數(shù)據(jù)、遙信開關(guān)狀態(tài)、各種系統(tǒng)圖形等具有圖形功能,模擬顯示管網(wǎng)圖、水廠工藝流程圖等搶修修理、停水、管網(wǎng)沖洗等數(shù)據(jù)錄入及統(tǒng)計。
數(shù)據(jù)共享功能：提供一個WEB站點，該WEB站點使公司寬帶內(nèi)部網(wǎng)的任意一臺工作站只通過WEB瀏覽器就可以登陸查看所有監(jiān)控點的實時數(shù)據(jù)和存儲的任何時間段的歷史數(shù)據(jù)。WEB站點通過用戶身份認證授權(quán)方式控制該用戶可訪問那些監(jiān)控點的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)和存儲的任何時間段的歷史數(shù)據(jù)。調(diào)度中心系統(tǒng)管理員能增加、刪除可訪問用戶，并對用戶進行不同權(quán)限的授權(quán)。該WEB站點應能通過超鏈接方式聯(lián)入公司統(tǒng)一平臺。具備一開放的實時數(shù)據(jù)庫，DLP大屏控制器軟件能夠讀取各監(jiān)測點的實時數(shù)據(jù)。
通訊服務器
通訊服務器中運行GPRS通信管理軟件，完成與遠端無人值守站點RTU的通信鏈接，協(xié)議轉(zhuǎn)換、通信系統(tǒng)的監(jiān)視及管理、網(wǎng)絡監(jiān)視及管理等任務。
通信系統(tǒng)服務器的最低配置為（機架式，共一套）
* 2*Xeon 3.0GHz以上CPU；
* 4GB ECC DDR2以上內(nèi)存，最高支持8GB以上；
* 4*73.4GB SCSI 熱插拔硬盤，RIAD 5，10000轉(zhuǎn)/分以上；
* DVDROM；
* 集成雙10/100/1000Mbps Ethernet網(wǎng)卡；
* 熱插拔冗余電源（2口）；
* 17＂液晶顯示器；
* 集成遠程管理模塊；
* 鍵盤及鼠標等；
* 支持Windows Server 2003 簡體中文版。
六、系統(tǒng)優(yōu)勢
1) 系統(tǒng)開放性強，可與上一級應用的聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)實現(xiàn)無逢連接，為更深層次的數(shù)據(jù)挖掘，打好基礎(chǔ)。
2) 以人為本的操作，友好的人機界面，完全符合國人思維和操作習慣
七、總 結(jié)
該系統(tǒng)可達到提高燃氣集輸計量管理水平目的，具有良好的經(jīng)濟效益及社會效益，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
1、由于對計量間天然氣濃度實施了24小時連續(xù)在線監(jiān)測，當氣體發(fā)生泄漏時，監(jiān)控室及管理部門可在第一時間做出反應，極大地提高了生產(chǎn)的安全性；
2、由于采用遠程抄表，可大大提高目前抄表人員的工作效率，減少車輛等資源浪費，大幅度降低總體運行成本；
3、通過對各計量間實時監(jiān)測，可實時掌握輸差情況，為穩(wěn)定輸差提供科學依據(jù)； 由于運行數(shù)據(jù)全部存入數(shù)據(jù)庫管理，可按照ISO9000的要求對流量計等數(shù)據(jù)資料進行管理，系統(tǒng)可自動提示流量計檢定時間等信息，對提高管理水平具有重要的意義。
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