GPRS DTU在燃氣管網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)

　　摘要

　　燃氣管網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)是以計算機為基礎的生產(chǎn)過程控制與調度自動化系統(tǒng)，用于現(xiàn)場監(jiān)測和自動化管理。遠程監(jiān)測主要利用RTU為終端，目前有多種形式，可以利用PSTN，鋪設專用線路無線電臺等。本文利用GPRS 來實現(xiàn)遠距離的自動監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對現(xiàn)場進行本地或遠程的自動控制，對供氣過程進行全面、實時監(jiān)視口，并為生產(chǎn)、調度和管理提供必要的參考數(shù)據(jù)，較好地滿足了城市燃氣管網(wǎng)監(jiān)控的需要。

　　系統(tǒng)構成

　　本系統(tǒng)既可通過監(jiān)控中心計算機對燃氣管嘲調壓站遠程控制。也可通過移動終端設備對現(xiàn)場儀表進行數(shù)據(jù)讀取，使生產(chǎn)管理人員掌握管嘲壓力變化、流景情況，及時進行處置。系統(tǒng)構成如圖1所示。由壓力變送器、GPRS DTU、Internet網(wǎng)絡和管理中心計算機組成。

　　位于不同的調壓站現(xiàn)場，對管網(wǎng)壓力、流量實時監(jiān)測。其中壓力傳感器為一個橋式應變片，在壓力作用下，彈性體發(fā)生形變，導致應變片形阻變化，得到一個與形變線性的輸出，通過放大器放大和變送器電路得到4～20mA信號輸出。

　　其硬件原理如圖所示，壓力信號通過RS232接口直接連接無線數(shù)傳終端 GPRS DTU模塊實現(xiàn)無線透明傳輸。這樣現(xiàn)場壓力信號通過INTENET網(wǎng)絡實時傳送到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫。

　　燃氣管網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集點數(shù)量眾多，要求能滿足突贊|生數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰Ｓ捎贕PRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，無需輪巡就可以同步接收、處理多個所有數(shù)據(jù)采嵬點的數(shù)據(jù)，因此可以滿足燃氣管網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)踞采集和傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。

　　系統(tǒng)軟件設計

　　系統(tǒng)軟件主要有：數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)分析模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊進行數(shù)據(jù)的采集，將獲取的壓力、流量信號經(jīng)RS一232接口發(fā)送給GPRS無線數(shù)傳模塊，通過INTNET傳送到監(jiān)控中心計算機。

　　GPRS通訊模塊DTU數(shù)據(jù)傳送

　　GPRS采用分組交換技術，可以同時占用多個無線信道，同一個無線信道又可以由多個用戶共享，從而實現(xiàn)了高速率數(shù)據(jù)傳輸。由于GPRS支持基于標準數(shù)據(jù)通信扮議的應用，具有全雙工運作，間隙收發(fā)，永遠在線，只在收發(fā)數(shù)據(jù)才占用系統(tǒng)資源等特點，使得GPRS通訊模塊開機能自動附著到GPRS網(wǎng)絡上，并與監(jiān)控中心建立通信鏈路，隨時收發(fā)現(xiàn)場采集到的壓力、流量等數(shù)據(jù)。調壓站數(shù)據(jù)采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)，GPRS網(wǎng)絡傳送速率理論上可達171.2kbit/S，目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，能滿足燃氣管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率(≥10Kbps)的需求。

　　使用GPRS附絡進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K端設備DTU支持PPP、TCP、UDP、ICMP等眾多復雜網(wǎng)絡協(xié)議和SOCKET標準，具備透明數(shù)據(jù)傳輸和用戶自由控翩?zhèn)鬏攦煞N模式。同時支持點對點、點對多點、設備間、設備與中心問等各種不同的通訊模式㈨。使用Rs232接口，可以進行無線數(shù)據(jù)收發(fā)，隨時隨地接入Internet。

　　在透明傳輸模式下，DTU不解析從串口收到的任何數(shù)據(jù)，直接將數(shù)據(jù)作為TCP或UDP的數(shù)據(jù)進行抒包發(fā)送，而對其體數(shù)據(jù)的解析分別由后端數(shù)據(jù)采集終端設備和前端數(shù)據(jù)中心的相關服務器進行處理。

　　DTU作為服務器模式使用時，DTU將一直處于監(jiān)聽等待狀態(tài)，監(jiān)聽由遠程客戶端發(fā)起的連接。遠程客戶端要建立通訊必須知道服務器設備的IP地址和監(jiān)聽端口號。DTU作為客戶端模式使用時，DTU設備先要與服務端建立連接。通過串口與DTU相連的設備首先向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，DTU(處于透傳模式)接收并緩存這些數(shù)據(jù)，如果DTU沒有與遠程服務器建立連接，則DTU首先要建立這個連接。連接被建立，數(shù)據(jù)就可眥在客戶端與服務端之間雙向傳輸。接入網(wǎng)絡后，DTU根據(jù)參數(shù)的設置會與設置好的數(shù)據(jù)中心建立連接，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

　　監(jiān)控中心

　　整個監(jiān)控系統(tǒng)由中心上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)兩部分組成。上位機系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與處理服務器。工作站和數(shù)據(jù)庫。其中，數(shù)據(jù)采集與處理服務器主要負責與通訊前置機之間進行數(shù)據(jù)交換，與移動公司聯(lián)網(wǎng)獲得數(shù)據(jù)，中心計算機運行監(jiān)測系統(tǒng)的后臺監(jiān)測分析軟件，負責數(shù)據(jù)的采集分析與報表等功能;數(shù)據(jù)庫服務器用來存儲和管理整個系統(tǒng)的過程數(shù)據(jù)庠工作站的任務是提供—個良好的人機界面供詞度員進行監(jiān)視和控制，下位機系統(tǒng)由DTU單元組成。

　　監(jiān)控中心擁有固定的IP地址，要和每一個燃氣調壓站數(shù)據(jù)采集點保持實時的數(shù)據(jù)連接，GPRS模塊登陸GSM網(wǎng)絡后，自動連接到監(jiān)控中心，向監(jiān)控中心報告其IP地址，并保持和維護鏈路的連接，GPRS模塊監(jiān)測鏈路的連接情況，一旦發(fā)生異常，GPRS模塊自動重新建立鏈路，監(jiān)控中心和GPRS模塊DTU之間就可以通過IP地址用TCP/IP協(xié)議進行雙向通信，實現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

　　配置軟件　　

　　實時顯示

　　1、左側設備列表顯示出當前在線和離線設備的信息，當設備聯(lián)網(wǎng)后，將從“離線設備列表”進入“在線設備列表”，設備長時間不在線將從“在線設備列表”進入“離線設備列表”;

　　2、左上角顯示燃氣濃度、供電方式、通風設備是否打開等信息;

　　3、右上角實時顯示燃氣濃度等曲線;

　　4、下側顯示設備編號、用戶名稱、聯(lián)系人、電話、傳真、手機、地址、SIM卡號等信息;

　　5、中部文字提示當前設備登陸時間，采集回傳數(shù)據(jù)的最后時間;

　　歷史記錄

　　用戶可以根據(jù)時間段來搜索歷史記錄;

　　歷史記錄將以曲線形式繪制在窗口上面，歷史記錄可以以列表的形式顯示在窗口下面，通過歷史記錄可以查看設備運轉狀態(tài)和相關趨勢;

　　同時查詢的歷史記錄可以導出為excel表格;

　　結束語

　　通過對GPRS的燃氣管網(wǎng)遠程監(jiān)控的研究，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的采集以及分析功能對燃氣管理具有重要意義，當現(xiàn)場出現(xiàn)電壓電流超限、氣體濃度超限等狀況時，現(xiàn)場控制器發(fā)送報警短信，按照泄漏濃度可以打開風扇、關閉閥門等，且系統(tǒng)成本低廉，可應用于燃氣管網(wǎng)的遙測遙控，使其更加安全、經(jīng)濟?？煽窟\行，提高供氣管理的自動化水平，可以節(jié)省大量的人力物力。