GPRS在自來水行業供水管網調度監控系統的應用
一、項目背景
城市供水管網調度監控系統的主要目的是解決自來水公司對供水各環節監測點的數據採集和監控問題。該系統由監控中心和各個監測點組成。各個監測點的數據採集終端（RTU或PLC）可監視和採集水位、壓力、流量、濁度、餘氯、泵頻等各種數據，供控制中心及有關部門分析和決策取用，提高經濟效率，保證供水質量，滿足日益增長的管理需求。
城市供水調度需要對各個自來水廠進行管理，包括自來水公司控制中心、水廠分控中心、管網加壓站和管網監控點等。城市供水調度系統一般包括：水司控制中心、多個水廠分控中心、多個水廠監控分站、多個水源井監控站、多個管網加壓站和多個管網測壓站。
城市供水調度監控系統可以對遠程現場的運行設備進行監視和控制，以實現管網壓力、水流量等的數據傳送及閥門開關的自動控制，便於及時瞭解及控制遠端生產運行情況，降低故障率，縮短檢修時間，減少停水次數。各管網監測點的數據採集終端可自動採集管道壓力、水流量等的實時數據，信息傳輸到自來水公司的監控中心，監控中心通過對傳輸回來的數據進行分析，可找到出故障的地點，從而當一個遠端出現故障時，能在最短的時間內解決問題。
目前，自來水供水調度監控系統中採用的數據通信可簡單分爲有線和無線兩大類，其中有線通信主要包括架設光纜、電纜或租用電信電話線、X.25、DDN、ADSL等，而無線則包括超短波通信、擴頻通信、衛星通信、GSM 短信/GPRS通信等。
在城市供水調度監控系統中，由於各管網監控點分佈範圍廣、數量多、距離遠，個別站點還地處偏僻，因此架設光纜（電纜）難度大、費用高，向電信部門租用專用電話線又要申請很多電話線，而且有些監控點線路難以到達，況且採用電話線路時需要等待漫長的電話撥號過程，速度慢，運營成本較高，不切合實際。總之監控系統採用有線通信方式建設週期長、工作難度大、運行費用高，不便於大規模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設週期短、運行維護簡單、性價比高等優點。
在監控系統中，無線通信方式主要包括：超短波（230MHz）無線數傳、擴頻、衛星通信、GSM數字蜂窩通信系統等，其中衛星通信由於通信費用昂貴，只在一些特殊的領域下使用，未得以普及；而擴頻通信技術雖然速率高，但只能在視距範圍內傳輸，應用也受到限制。採用超短波數傳電臺作爲傳輸信道具有組網靈活、擴展容易、維修方便、運行費用低等優點，但由於系統工作於230MHz且多采用普通間接調製的數傳電臺，這就造成系統易受外界干擾、 通信速率低、誤碼率高、數據傳送量不大、信號覆蓋範圍小等缺點。
二、方案選擇
經過比較分析，我們選擇中國移動的GPRS系統作爲供水調度監控系統的數據通信平臺。目前GSM網絡經過電信部門的多年建設，覆蓋範圍不斷擴大，已成爲成熟、穩定、可靠的通信網絡，特別是中國移動新推出的GPRS數據業務。GSM/GPRS系統可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業務平臺上構建自來水供水調度監控系統，實現管網監控點的無線數據傳輸具有可充分利用現有網絡，縮短建設週期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。
GPRS無線監控系統具備如下特點：
1、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由於GPRS具有實時在線特性，系統無時延，系統能夠同時實時收取、處理多個所有監測點的各種數據，可很好的滿足系統對數據採集和傳輸實時性的要求。
2、遠程儀器設備控制：由於採用GPRS雙向傳輸系統，監控中心與遠程設備之間可以雙向通訊；
3、建設成本低：可充分利用現有GSM網絡，設備安裝即接通，而採用超短波通信時需要充分考慮現場環境，還需要配備天線鐵架等附屬設備。
4、安裝調試簡單，建設週期短：利用現有成熟GSM網絡，系統投入運行時基本不需要調試，安裝簡捷。採用超短波通信時安裝調試工作量大，要先進行現場信號測試，天線鐵架架設，天線方向角度調試等工作。
5、覆蓋範圍廣。構建供水調度監控系統要求數據通信覆蓋範圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。
由於管網監控點數量衆多，分佈在全市範圍內，部分管網監控點位於偏僻地區，而且地理位置分散。採用超短波通訊方式，覆蓋範圍只有30多公里；而採用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網絡的覆蓋範圍之內，都可以實現監控。
6、數據傳輸速率高。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應用時數據傳輸速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波數傳電臺傳送速率多爲2.4kbit/s或更低。
7、系統的傳輸容量大。監控中心站要和每一個管網監控點實現實時連接。由於管網監控點數量衆多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。
8、通信費用低。由於GPRS採用包月計費的方式，運營維護成本低，月通信費用將在幾十元之內。
三、解決方案介紹
由於GPRS通信是基於IP地址的數據分組通信網絡，監控中心計算機主機配置固定的IP地址，各個端站的GPRS模塊和該主機進行通信。
（一）系統組成
1、管網監控點：
管網監控點：各監控點通過數據採集模塊採集如壓力、流量等數據，通過RS232（RS485）接口與GPRS透明數據傳輸終端相連，無標準通訊接口的設備，也可以採用我公司帶有模擬量、開關量採集功能的GPRS RTU。通過GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝後發送到GSM網絡。
2、監控中心：
服務器申請配置固定IP地址，採用移動通信公司提供的專線，與GPRS網絡相連。由於專線可提供較高的帶寬，當管網監控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。
監控中心服務器接收到GPRS網絡終端傳來的連接申請先進行認證，認證通過後接受傳來的數據並進行處理。
3、GPRS/GSM移動數據傳輸網絡：
現場監控點採集的數據經GSM網絡空中接口功能模塊同時對數據進行解碼處理，轉換成在公網數據傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數據網絡進行傳輸，最終傳送到監控中心IP地址。
（二）系統方案
各監控點使用GPRS透明數據傳輸終端，通過移動的GPRS網絡與監控中心相連。
各數據採集點使用移動通信公司統一的STK卡，同時監控中心對各點進行登記，保存相關資料以便識別和維護處理。各信息採集點運行監控系統軟件，支持24小時實時在線，實現信息採集點24小時傳送採集的信息數據。
凡自來水公司授權的信息採集點均可以使用本系統：
1、管網監控點必須使用移動統一的STK卡，用戶使用本卡只能用於與監控中心數據通信功能。
2、用戶登記：符合自來水公司的規定。
（三）產品特性
系統採用GPRS無線透明數據傳輸終端。產品基於中國移動的GPRS網絡，具有高性能、高可靠及抗干擾能力強等特點，提供標準RS232（RS485）數據口可直接與計算機、 RTU、PLC、GPS接收機、數碼相機以及各種具有標準通訊接口的儀器儀表設備等連接，無標準通訊接口的設備，也可以採用我公司帶有模擬量、開關量採集功能的GPRS RTU。傳輸速率達171Kbps，具有遠程診斷、測試、監管功能，滿足各行業調度或控制中心與衆多遠程設備之間的數據採集和控制需要。
四、結論
採用GPRS構建供水調度監控系統系統，目前有包月制和數據流量兩種收費方式，按流量計算0.03元/千字節，而包月制20元/月有 1024 Kbyte流量，可滿足目前監控系統的實際數據量，估計日後其費用會逐步降低。對於用戶來說，由於通信費用較低，享受到了實惠。另外，由於接入設備可以移動，當管網監控點搬遷時設備可隨之遷移並可繼續使用，可以保護用戶原有投資，適合於供水調度監控工作的特點，能很好地滿足供水調監控的需求。
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