一、引言
随着通讯技术的发展, 尤其是无线通讯技术的兴起, 极大地丰富了现代城市居民的生活。现代都市住宅楼宇化、高层化大量普及, 城市生活节奏加快, 以往人工上门抄读仪表方式存在着抄表效率低下、费用回收速度缓慢等问题, 已不再能适应现代社会的发展。如今公共电话网、公众互联网和GSM 无线网络已基本上覆盖全国绝大部分地区, 高效计算机管理、大容量数据库系统的支撑、通讯载体的全球化, 使得传统上门抄表的方式可以向网络化、信息化方向迈进, 城市级联网的仪表抄表和付费方式成为发展的新趋势。
对燃气公司来说, 大用户( 包括工业生产、公共服务、采暖制冷企业、集团用户等) 的用气量比较大, 在整个燃气公司的售气量中占有相当的比重,而且所占比重尚在不断扩大之中, 这些公服用户的用气情况和回收款情况将直接影响到公司的经营效益。
如何随时掌握这些大用户的用气情况, 并对它们的燃气流量计以及燃气设备特别是大型燃气设备的运行状况进行实时监控, 对燃气公司来说, 是一个非常重要也是一个比较复杂的问题。
针对燃气集团燃气流量计大用户的发展、改造以及用户的收费管理、信息采集、数据分析、客户服务, 建立一套针对公服用户的燃气流量计/ 燃气设备的GPRS 远程无线数据采集监控系统, 本系统是利用GSM 无线公网中的数据传输功能( GPRS 无线网络方式) 来实现对工业现场各种数据的远距离无线传输。其克服了原有的自己组网方式的通讯距离短, 性能不稳定,网络维护复杂, 费用高等缺点, 可实现普通场合的无死区覆盖, 并且无距离限制, 具有以下特点:
①、及时了解燃气流量计/ 燃气设备的运行状况, 通过对这些数据的分析, 发现可能发生的隐患, 提高计量设备管理水平, 减少供销差率;
②、及时了解单个用户的用气参数, 包括燃气压力、热负荷、瞬时流量、累积流量等等, 不仅掌握该用户的用气特点, 合理分配燃气资源, 而且可以随时掌握用户的用气量, 避免欠费;
③、通过对所有公服用户用气情况进行及时准确的分析, 为整个燃气管网的合理分析供、调配提供基础数据; 这也是提高公司对大客户提高服务质量的一种有效手段。
GPRS 远程无线数据采集监控系统具有用户管理、仪表管理、采集器管理、数据查询分析、报警提示等多项功能。
本系统充分利用了公众移动网络分布广泛, 运行安全稳定的特点, 采用工业级GPRS 模块实现数据加密传输, 研制的难点是掌握GPRS 数据传输格式、数据加密技术、APN 接入及隧道连接、防爆产品设计等。
二、本系统数据采集方式的选择
根据现有的技术和应用情况, 有下列传输技术可供选择:
无线方式( 集群数传技术或GPRS数传技术) ;DDN 专线、X.25 或Frame Delay技术;PSTN( 中国公众电话网) 技术;上面的这些传输方式, 都各有优缺点:集群数传技术必须有专用集群系统支持并需申请专用频点, 系统投资大, 而且通讯速度较慢;DDN 专线、X.25 或Frame Delay技术传输速度较快, 但覆盖区域有限,运营成本高, 在数据量不是很大的情况下, 有点大材小用;
PSTN 电话拨号方式覆盖区域广,投资少, 运营成本低, 简单方便, 稳定可靠, 速度稍慢, 但在数据量不是很多的情况下, 完全能够满足要求。
GPRS 通讯方式具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输、覆盖范围广、无需申请频率占用、无需架设专用天线等特点, 是目前较为理想的远程无线通讯方式。
GSM 覆盖区域较集群方式广, 可以有效利用稀有的无线资源, 计费方式灵活( 数据量或时长) , 能够快速建立接入, 也可使用IP 协议连接到外部数据网。GPRS 的服务成本仅是CSD(电路交换数据, 即通常说的拨号数据服务成本的十分之一。
综合比较以上各种传输方式的优缺点, 本系统采用GPRS 方式来实现远程无线数据的采集与监控。
三、GPRS 远程无线数据采集监控系统的组成和工作过程
1 、现场仪表
现场仪表带有RS485 通讯接口,主要是计量并显示用户的用量情况,并将用量信息、状态信息、异常信息传输到GPRS 工业表数据采集传输器。
2、GPRS 工业表数据采集传输器
GPRS 工业表数据采集传输器是采用先进的微功耗大规模集成电路、工业级GPRS 模块和先进的表面贴装工艺制造的。它集遥读、遥控、状态报警和防窃用等功能于一体, 可广泛用于工业仪表的计量和控制。
GPRS 工业表数据采集传输器可设置成自动关阀和被动关阀状态。自动关阀是表出现异常情况后( 例如欠电压, 磁干扰) 表立即关阀。被动关阀是现场计量仪表只接收管理系统的正确关阀命令才执行关阀操作。管理部门的销售管理软件可对工业表的各种数据进行分析, 并能生成各种统计分析报表, 真正实现了远程控制管理的自动化。
GPRS 无线远传数据采集器能够每小时采集一次下挂仪表的累计流量, 每天定时主动向监控管理系统传输所挂仪表的数据。数据采集器出现异常情况时( 如外接电源停电) 会主动传输报警信息到监控管理系统, 提示及时维修。GPRS 无线远传数据采集器可由监控管理系统设定所挂接仪表的数量和型号, 并可由监控管理系统随时读取数据采集器当前状态如数据采集器内部时间、所挂表数、仪表类型等信息。
3 、监控中心设置及网络数据库服务器主机
选择IBM 的AS/400 小型机作为网络数据库服务器的主机。系统本身自带操作系统( OS400 ) 、数据库( UDBFOR AS400 ) 、安全保障系统、网络管理系统、通讯和性能监控系统和办公软件( LOUTS DOMAIN FOR AS400 )等。
集团监控和管理中心WEB 服务器安装WINDOWS 2000 ( 中文版) 、MSIIS(WEB 服务器), 主要满足数据远端查询功能。
监控中心搭建具有固定IP 地址的Internet 网络, 主要由路由器, 防火墙、代理服务器、监控台、查询台、数据库服务器以及相应的监控软件、查询软件和数据库管理程序等构成。
GPRS 远程无线数据采集监控系统以总公司为中心, 所有的数据信息保存在中心的数据库中, 营业所、小区和移动操作装置需要的数据都是通过中心获取。在以总公司服务器为核心的基础上完成总公司、营业所、小区、移动操作装置和表之间的数据通讯。该方式的优点是数据集中管理, 降低日常的运行、维护成本, 并可使营业所、小区的操作受到有效的管理和监控。
GPRS 模块通过拨号连接到GPRS 网络, 在GPRS 模块中设置有监控中心的固定IP 地址和通讯端口号,GPRS 模块通过IP 地址和端口号寻找到监控中心的TCP/IP 服务器, 向监控软件发送连接请求, 监控软件接到连接请求后验证其通讯地址, 验证通过后建立相应的通讯连接, 各个监控终端依次完成与监控中心的通讯连接,系统通讯可分为: 监控中心对监控终端召测和终端主动上报两种方式。每个监控终端与监控中心都有各自的通讯连接, 彼此互不干扰, 可实现逐个通讯或群测群控。
监控中心管理系统采用模块化设计, 分为数据通讯模块、数据验证模块、数据存储模块、查询统计模块、报表打印模块、数据库备份模块等。可实现用户信息管理、表具信息管理、交费信息管理、用户表具通讯、用户信息查询、表具信息查询、交费信息查询、收发信息查询、异常信息查询、保修信息查询、时段用量分析曲线、SIM 卡管理、自动发送设置、业务统计及打印数据备份、数据恢复等功能。
4 、工作过程
GPRS 工业表数据采集传输器使用时, 将所要采集传输的工业燃气表与对应采集传输器按照一定规则相连接, 膜式表用脉冲计数接口与采集传输器相连, 带有RS485 接口的智能表用485 接口与采集传输器相接, 如有阀门将阀门控制线与采集传输器相接。然后到管理部门的计算机数据库管理系统中开户, 计算机录入用户信息, 并发送初始化命令到采集传输器中, 作相应的初始化操作, 当采集传输器返回正确的信息后表示可以进行其他操作。燃气公司通过计算机数据库管理系统可以实时、定时遥读、遥控用户的带有GPRS 工业表数据采集传输器的现场计量仪表, 以实现实时或定时抄读表信息、控制开关阀、异常处理等操作。燃气公司根据每月抄表数据提示用户缴费。维修人员现场维修时需要计算机系统授权, 获得授权手机或手持设备在授权时间内( 一般8 小时) 可对指定的采集传输器现场计量仪表进行检表、抄表、开关阀操作。外电停电后采集传输器仍可工作24 - 36小时以上, 并且记录各种异常报告, 同时定期向管理系统发送表欠压状态,供电恢复后, 自动停止发送欠压信息。如果所采集传输的现场计量仪表出现磁干扰、断线, 采集传输器会主动发送信息到管理系统。
数据采集方式分定时和实时两种, 可根据用户设置定制, 具有采集数据快速准确, 并能快速生成用量统计分析表、交费单据等优点。除此之外,系统还提供了设备管理功能, 如告警:开箱告警、欠压告警等; 控制功能: 对欠费用户进行提示、关阀等; 并提供停电数据保护功能, 在停电24 - - 36 小时内仍可抄表和监控。本系统还结合了短信平台, 在告警时, 以短信的方式发送到管理系统或通知相关的管理人员。
四、应用展望
GPRS 远程无线数据采集监控系统的应用, 使燃气公司能够随时了解公服用户燃气流量计/ 燃气设备的运行状况, 通过对这些数据的分析, 便于及时发现可能发生的隐患, 提高计量设备管理水平, 减少供销差率。此外,还能够随时了解单个用户的用气参数, 包括燃气压力、瞬时流量、累积流量等, 便于掌握该用户的用气特点, 合理分配燃气资源, 而且可以随时掌握用户的用气量, 避免欠费; 通过对所有公服用户用气情况进行及时准确的分析, 为整个燃气网的合理分析供、调配提供基础数据, 改变了以往人工查表方式的低效率和作弊隐患, 提高了燃气管理服务质量水平, 便于与原有收费系统等实现集成。
GPRS 远程无线数据采集监控系统应用广泛, 可适用于燃气, 水, 电远程监控或无线自动抄表、输油/ 气管道监控、油/ 气井/ 台监控、交通监控、气象检测、环境检测、其它远程无线数据采集传输系统等场合。采用GPRS 网络远程数据通信方法解决了远程监测系统通信问题, 比起其它有线通信方式有着不可比拟的优越性。由于采用的是无线模式, 数据传输的安全性得到了很大的提高。当然, 该方法的实施也还在一些缺陷, 如GPRS 通信方式比起CSD( 电路拨号) 通信方式的可靠性和实时性还有待提高。但是, 随着GPRS 网络的逐渐完整和应用技术的不断成熟, GPRS 在其它工业领域的应用必将越来越广阔。
来自：中国知网
