GPRS無線熱力監(jiān)控系統(tǒng)

摘    要：本文提出了一種基于GPRS 的無線熱力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，簡要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識(shí)，描述了GPRS 無線傳輸應(yīng)用于電力數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法。通過實(shí)際應(yīng)用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：GPRS；DDN；熱力；無線；數(shù)據(jù)監(jiān)控；熱力站控制；

一、背景介紹

我國現(xiàn)行的熱力站運(yùn)行管理仍處于手工操作階段，影響了集中供熱優(yōu)越性的充分發(fā)揮。主要反映在：缺少全面的參數(shù)測量手段，無法對運(yùn)行工況進(jìn)行系統(tǒng)的分析判斷，系統(tǒng)運(yùn)行工況失調(diào)難以消除，造成用戶冷熱不均，供熱參數(shù)未能在合適工況下運(yùn)行，供熱量與需熱量不匹配，運(yùn)行數(shù)據(jù)不全，難以實(shí)現(xiàn)量化管理。搞好城市集中供熱工程，必須要全面提高供熱技術(shù)水平，來實(shí)現(xiàn)各換熱站現(xiàn)場參數(shù)的采集、調(diào)度室與各換熱站的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊控制，有效提高供熱系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，并且提高供熱行業(yè)的管理水平。供熱工程中的自動(dòng)控制對于保證供熱系統(tǒng)正常供熱、安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、環(huán)境保護(hù)具有十分重要的作用。

城市供熱系統(tǒng)是由熱源、熱網(wǎng)、熱用戶(工業(yè)印染廠、室內(nèi)采暖等)組成的龐大、封閉、復(fù)雜的循環(huán)系統(tǒng)。隨著城市供熱管網(wǎng)建設(shè)的高速發(fā)展，由單一熱源到多熱源，管網(wǎng)規(guī)模和設(shè)備數(shù)量不斷擴(kuò)大，熱用戶急劇增長。如何有效管理城市供熱系統(tǒng)的設(shè)施設(shè)備，提高熱網(wǎng)運(yùn)行效率，節(jié)約能源，滿足用戶需求成為擺在城市供熱部門面前急需解決的問題。

二、同類方案對比

1、電話撥號(hào)方案：即每個(gè)熱力站申請一條專用的普通電話線即可，監(jiān)控中心按每條電話線控制10個(gè)換熱站適當(dāng)申請電話線，另外單獨(dú)申請一條專用的普通電話線用于報(bào)警。該種方式實(shí)施簡單，投資低，運(yùn)行費(fèi)用不高，但實(shí)時(shí)性和擴(kuò)展性較差，輪巡周期為30分鐘左右，是一種可行的通訊方案。

2、GPRS在線方案：GPRS在線方案是撥號(hào)方案的改進(jìn)，是在GSM網(wǎng)上利用虛擬專網(wǎng)技術(shù)和通信系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果。他在每個(gè)熱力站安裝一個(gè)GPRS通信控制器，通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)在線完成通信控制任務(wù)。

三、本方案優(yōu)勢

GPRS無線熱力監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：　　

1、建設(shè)周期短，成本低：

GPRS無線網(wǎng)絡(luò)可為熱力監(jiān)控系統(tǒng)提供了簡單有效的通信傳輸手段。中國移動(dòng)GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺(tái)上構(gòu)建熱力監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)熱能數(shù)據(jù)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。 

2、實(shí)時(shí)性強(qiáng)： 

由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無時(shí)延，無需輪巡就可以同步接收、處理所有數(shù)據(jù)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

3、可對熱力設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制： 

通過GPRS雙向通訊方式還可實(shí)現(xiàn)對熱力設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、開關(guān)等控制作用。

4、系統(tǒng)的傳輸容量大： 

熱力數(shù)據(jù)中心要和每一個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)保持實(shí)時(shí)連接。由于熱力數(shù)據(jù)采集點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。 

5、數(shù)據(jù)傳送速率高： 

每個(gè)熱力數(shù)據(jù)采集點(diǎn)每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s，目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。 

6、通信費(fèi)用低：采用包月計(jì)費(fèi)方式，運(yùn)營成本低。 

7、系統(tǒng)易于擴(kuò)展和維護(hù)。

由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，因此監(jiān)測中心計(jì)算機(jī)需要一個(gè)固定的IP地址或固定的域名，各個(gè)熱力數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機(jī)，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 　

四、 系統(tǒng)組成

（圖一）GPRS無線熱力監(jiān)控系統(tǒng)

一個(gè)完整的熱力監(jiān)控系統(tǒng)如上圖所示，在物理層面上它主要由五部分組成：監(jiān)控指揮中心、通訊網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備、輔助監(jiān)控設(shè)備，熱網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。即中央與本地分工協(xié)作監(jiān)控方法。中央控制室只負(fù)責(zé)全網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)視、本地控制方式的調(diào)整和總供熱量、總循環(huán)流量的自動(dòng)調(diào)控。本地的熱力站機(jī)組根據(jù)中央指定的控制方式完成現(xiàn)場自動(dòng)調(diào)節(jié)控制功能。概括起來也可以叫做：“中央監(jiān)測，統(tǒng)一調(diào)度，現(xiàn)場控制”。以下根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的四部分組成，分別進(jìn)行介紹。

1.、監(jiān)控指揮中心

監(jiān)控中心的軟件平臺(tái)采用熱網(wǎng)控制系統(tǒng)，可輕松支持遠(yuǎn)程訪問與控制，不論通過PSTN電話網(wǎng)、GPRS無線網(wǎng)、Internet或內(nèi)部局域網(wǎng)，任何一臺(tái)經(jīng)過授權(quán)的工作站都可瀏覽查詢現(xiàn)場的工況和數(shù)據(jù)并進(jìn)行控制指令發(fā)送。控制中心的管理計(jì)算機(jī)不斷的采集現(xiàn)場控制機(jī)的數(shù)據(jù)，監(jiān)測現(xiàn)場控制機(jī)的運(yùn)行情況并指導(dǎo)操作員進(jìn)行操作。該計(jì)算機(jī)還向現(xiàn)場控制機(jī)發(fā)送控制和參數(shù)設(shè)置指令。操作員從控制中心通過該系統(tǒng)能夠方便地得到子站運(yùn)行的數(shù)據(jù)并向子站下達(dá)指令。

2、通訊網(wǎng)絡(luò)

通訊是整個(gè)熱網(wǎng)控制系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的樞紐，各個(gè)熱力站、熱源、管道監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和泵站通過通訊系統(tǒng)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測、控制、調(diào)度，必須建立連接所有監(jiān)控點(diǎn)的通訊網(wǎng)絡(luò)。

3、現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備

現(xiàn)場控制機(jī)是集散型控制系統(tǒng)的終端環(huán)節(jié)，既可獨(dú)立工作，也可以接受中央管理工作站的監(jiān)督指導(dǎo)?，F(xiàn)場控制機(jī)與其所控系統(tǒng)內(nèi)的傳感器、執(zhí)行器及被控設(shè)備組成了一個(gè)相對獨(dú)立的控制單元。現(xiàn)場控制機(jī)的主要功能如下：

1) 參數(shù)檢測：主要完成管網(wǎng)現(xiàn)場過程的模擬量（如溫度、壓力、熱量等）、狀態(tài)量（如泵的狀態(tài)、溫度等）及脈沖量的測量。

2) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：由于熱網(wǎng)運(yùn)行的大量性，和控制系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)性，要求現(xiàn)場控制設(shè)備能按指定的時(shí)間間隔進(jìn)行參數(shù)存儲(chǔ)，一般情況下這些參數(shù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)定期傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的服務(wù)器中。

3) 通訊：現(xiàn)場控制設(shè)備必須能夠在主動(dòng)或被動(dòng)方式下與監(jiān)控中心通過某種通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以便監(jiān)控中心能了解系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行狀況，做到系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。

4) 顯示操作功能：現(xiàn)場控制設(shè)備具備液晶顯示和操作界面，以方便運(yùn)行人員在現(xiàn)場對運(yùn)行狀況一目了然，同時(shí)可以人工直接控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行工況。

4、輔助監(jiān)控設(shè)備

一般情況下，每個(gè)按換熱站劃分的供熱區(qū)域應(yīng)當(dāng)根據(jù)供熱面積的大小并根據(jù)管網(wǎng)阻力大小及不利狀況安置2~6個(gè)室內(nèi)溫度采集器，并利用其數(shù)據(jù)指導(dǎo)控制系統(tǒng)的運(yùn)行如下圖

（圖二）系統(tǒng)拓撲圖

該系統(tǒng)利用完善的GPRS網(wǎng)絡(luò)和優(yōu)越的GPRS無線數(shù)傳終端作為主站與終端的信息交換，它備了遙測、遙控、遙信的強(qiáng)大監(jiān)控功能，克服了其它通訊方式監(jiān)控系統(tǒng)的弊端，保證了系統(tǒng)有效、實(shí)時(shí)、可靠的運(yùn)行。

五、總結(jié)

熱網(wǎng)控制的目的是用較經(jīng)濟(jì)的手段將需要的熱能安全地送到需要它的地方。由于供熱是要在城市中保證熱量的終端用戶的室內(nèi)溫度，因此利用GPRS無線熱力監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測供熱用戶的室內(nèi)溫度是否達(dá)到要求就成為必要，GPRS技術(shù)的使用將使換熱站的自動(dòng)化控制有質(zhì)的飛躍。