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摘要：本文提供了一種基於GPRS網絡的城市熱網供應係統設計原理和實現方案，簡要介紹了GPRS技術的基本知識，描述了GPRS無線傳輸應用於城市熱網供應係統的實現方法。通過實際應用，獲得了理想的效果.
關鍵詞：GPRS DTU；DTU；Internet；熱網監控；
一．概述：
按照新一輪城市建設和經濟發展規劃，城市建設和經濟發展對優化城市能源結構提出了更高的要求。而推行熱電聯產、城市集中供熱，是解決城市能源結構和環境汙染問題的有效措施，充分體現節約能源、保護環境，提高能源利用效率、企qi業ye經jing濟ji效xiao益yi和he社she會hui效xiao益yi的de最zui佳jia途tu徑jing。所suo以yi既ji有you利li於yu節jie約yue能neng源yuan，又you有you利li於yu提ti高gao熱re電dian企qi業ye的de經jing濟ji效xiao益yi和he社she會hui環huan境jing效xiao益yi，給gei熱re電dian企qi業ye的de發fa展zhan創chuang造zao了le更geng加jia廣guang闊kuo的de前qian景jing。
隨(sui)著(zhe)熱(re)用(yong)戶(hu)的(de)不(bu)斷(duan)增(zeng)加(jia)，熱(re)用(yong)量(liang)不(bu)斷(duan)的(de)加(jia)大(da)，而(er)怎(zen)樣(yang)才(cai)能(neng)更(geng)好(hao)，更(geng)有(you)效(xiao)的(de)對(dui)整(zheng)個(ge)熱(re)網(wang)管(guan)道(dao)，熱(re)用(yong)戶(hu)計(ji)量(liang)進(jin)行(xing)管(guan)理(li)呢(ne)？利(li)用(yong)遠(yuan)程(cheng)監(jian)測(ce)，對(dui)整(zheng)個(ge)熱(re)網(wang)管(guan)道(dao)，儀(yi)表(biao)進(jin)行(xing)跟(gen)蹤(zong)監(jian)控(kong)，不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)全(quan)麵(mian)掌(zhang)握(wo)整(zheng)個(ge)熱(re)網(wang)管(guan)線(xian)供(gong)熱(re)狀(zhuang)態(tai)，還(hai)能(neng)快(kuai)速(su)、準確的反映儀表故障報警信息，方便維護人員及時查修，這樣不僅節省大量的人力、物力，而且極大的提高了熱網的現代化管理水平。城市熱網監控作為數字化城市的一個方麵，已顯示出越來越重要的作用。
一、 項目需求
將下屬的眾多分站的數據傳遞到傳送到熱網控製中心，由於各站之間與熱網控製中心距離很遠，因此針對本項目，采用GPRS無線網絡進行數據通訊是最具性價比的方式。同時，由於係統以後需要根據需求擴展，要求對係統的開放性、可維護性和擴展性給予充分考慮。
三、 係統設計原則
1．安全可靠穩定性原則：係統的安全可靠運行起著十分關鍵的作用，因此在係統建設過程中，將係統的安全可靠性穩定性作為設計的首選原則。
2．開放性原則：堅持開放行原則，為今後係統的升級擴展維護和二次開放過程提供較大的靈活性。
3．技術先進性原則：保證係統的先進性，隻有這樣，係統才能經受實際的考驗，保證不會被淘汰。
4．經濟性原則：經濟性原則不僅體現在設計過程中，而且會為係統今後的維護降低成本。
5．操作維護簡單原則：係統不僅要功能完善，而且應該操作簡單，維護方便，這會為使用人員帶來很多操作的方便性。
6．可擴展性原則：為了使係統具有一定的應變能力，可以方便的修改和靈活的擴充，應使係統保證一定的可伸縮性。
四、 係統拓撲圖
係統應用於城市集中供熱，主要解決供熱廠、熱交換站及熱網運行狀態監測，及時有效地獲取城市供熱、輸熱、管網末端的實際運行數據，為供熱管網的質調和量調提供科學的依據。
城市供熱係統主要由控製中心、供熱站（傳感器和PLC）、加熱站（包括泵和PLC）、無線傳輸設備組成的。
1、應用方案：
係統主要由中心監控軟件(力控)、廈門才茂CM3150、西門子 PLC、VIPA PLC構成，這種方式的主要特點是結構分散、開放性好、穩定性強、性價比高並且擴展容易。
主要工作方式：
力控軟件主要負責數據采集、通訊處理、人機界麵和WEB發布等工作；
VIPA PLC主要是安裝在供熱站中，用來控製現場溫度、壓力、流量、液位信號的采集；現場各調節閥的控製。
廈門才茂通信技術有限公司CM3150無線通信模塊主要將vIPA PLC采集到的各個供熱站數據轉為無線通訊，並將數據通過無線GPRS網絡傳遞給力控軟件；
兩台SIEMENS PLC互作冗餘，同時負責加熱站的現場儀表和設備的通訊及數據采集和控製。一旦有一台PLC癱瘓，係統可以在最短的時間內自動實現冗餘PLC的智能切換，以此來保證加熱站係統監控的絕對可靠性。
CM3150的技術參數
CM3150 GPRS DTU采用ARM9高性能工業級嵌入式處理器，以實時操作係統為軟件支撐平台,超大內存,內嵌自主知識產權的TCP/IP協xie議yi棧zhan。為wei用yong戶hu提ti供gong高gao速su，穩wen定ding可ke靠kao，數shu據ju終zhong端duan永yong遠yuan在zai線xian，多duo種zhong協xie議yi轉zhuan換huan的de虛xu擬ni專zhuan用yong網wang絡luo。針zhen對dui網wang絡luo流liu量liang控kong製zhi的de用yong戶hu，產chan品pin支zhi持chi語yu音yin，短duan信xin，數shu據ju觸chu發fa上shang線xian以yi及ji超chao時shi自zi動dong斷duan線xian的de功gong能neng。同tong時shi也ye支zhi持chi雙shuang數shu據ju中zhong心xin備bei份fen，以yi及ji多duo數shu據ju中zhong心xin同tong步bu接jie收shou數shu據ju等deng功gong能neng。公gong司si產chan品pin已yi廣guang泛fan應ying用yong於yu金jin融rong，水shui利li，環huan保bao，電dian力li，郵you政zheng，氣qi象xiang等deng行xing業ye。
無線參數
支持EGSM900/GSM1800無線網絡
GPRS multi-slot class 10
編碼方案：CS1~CS4
符合SMG31bis技術規範
Compliant to GSM phase 2/2+
支持數據、語音、短信和傳真
硬件係統
CPU:工業級ARM9 CPU，200MPS,16K Dcache，16K Icache(業內最高級CPU)
FLASH：8MB（可擴展至32MB）(業內最大內存容量)
SDRAM：64MB（可擴展至256MB）
接口：
1個RS485接口（根據需要，可支持TTL/RS422/RS232），
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標準的推杆式用戶卡接口。
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:
工作環境溫度 -25~+65ºC
儲存溫度 -40~+85ºC
相對濕度 95%(無凝結)
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，確保係統穩定可靠
支持虛擬數據專用網（APN）
透明數據傳輸與協議轉換，支持多種工作模式
支持數據中心動態域名和IP地址訪問
支持雙數據中心備份
支持多數據中心
支持主從模式
支持短信、語音、數據等喚醒方式以及超時斷開網絡連接。
支持短消息備份及告警。
多重軟硬件看門狗
數據包傳輸狀態報告。
標準的AT命令界麵
可以用做普通撥號MODEM
支持telnet功能。
支持遠程配置，遠程控製
通過串口軟件升級
同時支持LINUX和WINDOWS操作係統
加熱站：
力控軟件設在中央數據中心。由兩台嵌入CP5611通訊卡的采集服務器互作冗餘備份，同時采集下位SIEMENS PLC的(de)現(xian)場(chang)數(shu)據(ju)。一(yi)旦(dan)一(yi)台(tai)采(cai)集(ji)站(zhan)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)癱(tan)瘓(huan)，另(ling)一(yi)台(tai)計(ji)算(suan)機(ji)的(de)力(li)控(kong)軟(ruan)件(jian)可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)的(de)接(jie)過(guo)監(jian)控(kong)的(de)任(ren)務(wu)，實(shi)現(xian)上(shang)位(wei)機(ji)的(de)冗(rong)餘(yu)，畫(hua)麵(mian)同(tong)步(bu)，數(shu)據(ju)同(tong)步(bu)顯(xian)示(shi)、曆史保存。
力控軟件采用典型的C/S和B/S結構，B/S方式是作為WEB服務器，將實時數據和畫麵通過WEB進行發布，遠端用戶經過授權，無須安裝任何插件，使用標準的瀏覽器通過固定IP或域名綁定進行訪問即可在遠程進行監視。C/S方式是力控軟件作為標準服務器端與各分站 多個客戶端（通過力控NETSERVER通訊組件）進行通訊。客戶端通過局域網的IP地址訪問采集站的數據庫數據，在非本地中控室的其他控製室就可實現對現場數據的采集，各儀表和執行器的下置控製。
供熱站：
力控同樣設置在中控室內，現場66個供熱站點分散在一定的區域內。
在每個供熱站需要有一組相應的采集設備。這裏使用VIPA的214CPU作為RTU（數據采集模塊）。由該CPU上的IO模塊，采集供熱站的現場數據，並由自帶的串口和DTU連接。上位的力控在進入運行後，通過因特網的TCP/IP協議與各個分供熱站的DTU進行通訊，采集每個供熱站現場的開關量、模擬量。同時還可以通過對力控HMI（人機界麵）shangyixiecanshudeshedinglaikongzhixianchangdiandongzhixingqihuozheyixiefamendeqitinghuokaidu，laidadaogenjuxianchangdeshijiqingkuangtiaozhenggongnuandewendu。zhenzhengzuodaolezaixiandeyuanchengjiankong。
為了保證係統的穩定性和便利的管理方式，人性化的操作。該供熱站係統的DTU全(quan)部(bu)采(cai)用(yong)自(zi)動(dong)呼(hu)叫(jiao)，斷(duan)線(xian)智(zhi)能(neng)重(zhong)新(xin)連(lian)接(jie)的(de)方(fang)式(shi)。這(zhe)樣(yang)在(zai)現(xian)場(chang)一(yi)旦(dan)停(ting)電(dian)或(huo)出(chu)現(xian)電(dian)話(hua)線(xian)信(xin)號(hao)不(bu)穩(wen)定(ding)甚(shen)至(zhi)斷(duan)線(xian)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，不(bu)需(xu)要(yao)現(xian)場(chang)再(zai)去(qu)重(zhong)新(xin)對(dui)DTU進行重新的配置。節省了維護成本，大大提高了係統的自動化程度，並保證了該係統的穩定性。
2、工藝流程
PLC不僅要控製循環水泵的起、停，還要間接控製定壓補水泵的起、停和報警輸出。下麵以一個供熱站的結構為例進行說明，設P1、P2、P3為三台循環水泵，P4、P5為兩台定壓補水泵，P6為PLC的報警輸出。兩台定壓水泵公用一台變頻器，由變頻器直接控製，兩泵電器互鎖。變頻器的起、停控製分為手動和PLC控製。變頻器輸入有一路壓力傳感器信號（反饋量），一路電位器信號（參考量），三路開關量（起、停和複位）。有兩路輸出信號（故障報警和低於5 Hz運行）。shoudongkongzhisheyoulianggetingzhianniu，yigeweijiechuqidefenduananniu，yigeweibianpinqideruantingcheanniu。xuyaozhuyideshiyinweibianpinqidetingchejunsheweiruantingche，suoyishoudongtingcheshiyinggaixiananruantingcheanniu，ruantingchejieshuhouzaifenduanjiechuqi（時間由實際情況定）。bianpinqideguzhangfuweixinhaoyesheyoushoudonghezidonglianglushuru。meimianguiyouyitaoqihoubuchangqi，qishuruyouwaijiechuanganqishuru，shuchukongzhidiandongtiaojiefa，qihoubuchangqijuyoushengguangbaojinggongneng。
水流開關用於檢測水泵啟動後管路內是否有水流通過，若泵運行為兩用一備則每台泵前端安裝一個水流傳感器、共計3個。或一用一備則兩台泵共計安裝一個水流傳感器。具體工作過程為：PLC啟動某台泵後，經過設定的延時，PLC將檢測該泵的水流傳感器輸出信號，若該信號指示無水流動則PLC判定該水泵故障，產生故障報警信號、並通過dtu向中心控製軟件發出信號，再由中心將該水泵斷電並將該泵的備用泵投入運行。
當管路壓力趨於設定值，變頻器工作頻率很低，此時水泵的轉速非常低，水流開關亦有可能發出無水流信號，這種情況並非故障，PLC將通過檢測變頻器的低頻輸出信號來區別（低於5 Hz時變頻器輸出一路信號）。正常情況下水泵24小時進行自動切換，運行備用泵。
3、通信方式
(1) 現場發起通訊（下位為主，上位為從），如下圖所示：
GPRS 通訊控製器 是控製中心與數據采集器（PLC）之間通訊的樞紐，所謂通訊方式以供熱現場為“主”指的即是如此。定製的 GPRS 通訊控製器掌握著數據采集器（PLC）通訊協議的控製命令。定時上傳數據前， GPRS 通訊控製器先從 PLC 中讀取數據並存儲，然後再向控製中心傳輸已取到的數據。
從控製中心發起通訊（上位為主，下位為從），如下圖所示：
先由控製中心向數據采集器（ RTU ）發出“要數據的”請求，數據采集器（ RTU ）接到通訊請求後，再向控製中心傳輸數據。這種通訊方式：是將 GPRS 通訊模塊看作是透明的。也既是“透傳”方式。這種通訊方式，是控製中心上位軟件掌握著數據采集器（ RTU ）通訊協議的控製命令。所謂通訊方式以控製中心為“主”指的即是如此
五、係統功能與特點
1、功能
該供暖監控係統（GPRS 遠程監控）主要完成對工藝流程的監測、控製以及數據的處理、存儲、分析以及報表打印等任務。
工藝流程顯示顯示各換熱站工藝流程，包括溫度、壓力、流量、液位等工藝參數、所有設備運行狀態以及各控製回路的詳細參數等；
調節回路顯示包括所有調節回路，可修改設定值、控製方式、調節參數等，並有實時趨勢圖便於進行PID 回路整定；
設定值顯示包括所有必需參數的設定值、控製方式、調節參數以及其它聯鎖值、報警值等；
報表顯示和打印
采用了DDE 技術，從而使用戶能夠直接使用Excel 編製報表，借助Excel 的強大功能，用戶可以隨心所欲地編製各種各樣的報表；
曆史數據的存儲與檢索對重要的數據進行在線存儲，數據的存儲時間最長為10 年。可以通過曆史報表或者曆史趨勢曲線的方式來檢索曆史數據；
控製在監控計算機上可以進行遠程手動控製，使用鼠標、鍵盤控製PLC 來啟動和停止現場的設備；
安全管理
對重要設備的操作、重要參數的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設備進行的操作
2、特點
(1) 先進性
本方案設計中不僅采用了先進的軟、硬件，而且著眼於企業“管控一體化”的需求，貫徹了數字化、信息化環保的先進思想，使企業生產數據的進一步智能應用成為現實。該方案使控製係統有機地成為企業
整個IT 架構的一部分。
本係統采用先進的計算機控製係統，主要用於城市熱網的生產控製、運行操作、監視管理。控製係統配有可靠的硬件設備和功能強大、運行可靠、界麵友好的係統軟件、編程軟件、控製軟件。
(2) 高可靠性
① 與傳統的無線電台傳輸相比，GPRS 網的數據傳輸抗幹擾能力更強，且通訊覆蓋範圍遠遠強於前者；
② 現場控製站PLC 對工藝過程的控製不會因監控計算機的癱瘓而受影響；
③ 現場控製站的PLC 能夠在惡劣的環境中長期可靠運行，並且易配置、易接線、易維護、隔離性好，結構堅固、抗腐蝕、適應較寬的溫度變化範圍，平均無故障間隔時間（MTBF）15 年。
(3) 強大的功能
① PLC 的編程語言符合IEC61131-3 標準，易學、易懂、易用；
② CPU 內置軟PID，並提供了豐富的指令集及函數庫，用戶直接調用；
③ 組態軟件圖庫豐富，網絡功能強大，報警、報表、曆史數據以及二次開發功能完善而易用。
(4) 優良的開放性
① TCP/IP 協議是目前開放性最好的協議，可以輕鬆進行係統擴展；
② 組態軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供豐富的API 編程接口，方便接入全廠MIS 係統；
③ 同時也為世界各大廠商，如Modicon、Siemens、AB、GE、Omron 等的設備提供了完善的驅動程序庫，從而可以將其它係統輕鬆接入本係統。
（5）工程截圖
六、結束語
該方案實現了對換熱站運行參數的集中監視、控(kong)製(zhi)，與(yu)老(lao)係(xi)統(tong)相(xiang)比(bi)，可(ke)以(yi)大(da)量(liang)的(de)減(jian)少(shao)維(wei)護(hu)人(ren)員(yuan)，部(bu)分(fen)供(gong)熱(re)站(zhan)還(hai)實(shi)現(xian)了(le)無(wu)人(ren)值(zhi)守(shou)，提(ti)高(gao)企(qi)業(ye)的(de)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)。與(yu)使(shi)用(yong)傳(chuan)統(tong)無(wu)線(xian)電(dian)台(tai)相(xiang)比(bi)，該(gai)方(fang)案(an)具(ju)備(bei)更(geng)好(hao)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)性(xing)（尤其是在城市中）、數據傳輸安全性。相信這種遠程監控方案將在城市管網、熱網、石油、地震檢測、電力等一些無線遠程數據監控中得到更大範圍應用。
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