专利名称：分组数据传输供水管网泵站远程测控装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种远程测控装置，尤其是涉及一种用于分组数据传输供水管网泵站远程测控装置。
背景技术：
现有的供水管网远程测控调度系统采用数字式无线数据传输电台(简称数传电台)通讯方式，各个管网检测站点只提供1路模拟量数据(管网的压力)，上位机用VB进行编程，控制中心端的电台在规定的时间内对所有站点(例如42个站点)进行一对一的“轮询”式数据采集。
数传电台是采用数字信号处理和数字调制解调，具有前向纠错和均衡软判决等功能的无线数据传输电台。数传电台提供透明RS232接口，传输速率达19.2Kbps，收发转换时间小于10ms，具有场强、温度和电压等指示以及误码统计、状态告警和网络管理等功能。
现有的供水管网远程测控调度系统存在的缺点主要是1.检测站点的数量有限。数传电台组成的数据传输网络独占一个频率资源，在同一频点上同时只能有一个设备发送数据。一般采用中心对远端多点的通信分配方式，采用轮询方式查询数据，轮询周期与电台数量有密切关系。假设访问一个站点需要0.5s，轮询等待超时时间设定为3s，系统有100个终端，那么在所有终端工作正常情况下轮询周期是0.5×100＝50s，如果有一台终端由于设备故障、频率干扰等原因导致传输失败，系统在此终端将等待3s，轮询的最长周期可能是3×100＝300s。数传电台的轮询模式和覆盖范围决定了网络的容量有一定限度，检测站点的数量不能无限量地增加。
2.设备功率大不利于在偏僻地方安装。根据国家无线电管理委员会频率规划，将223.025～235.000MHz作为遥测、遥控和数据传输等业务使用的频段。用于近距离(1000m以内)操作时≤0.5W，设置在城区和近郊区时，≤5W；设置在远郊区和野外时，≤25W。数传电台受发射功率限制，传输距离最大只有数十公里，而且，超长距离的发送需要大功率发射，需要提供大功率电源。数传电台的发射功率在工业运用中一般是25W，这一特性决定了数传电台的应用只能限定在一定的区域范围内，不利于在偏僻地方安装。
3.建设和运行费用高。数传电台的建设成本，除了数传电台的采购成本，还需要包括架设塔台和天线等基站建设成本。尤其是对于属丘陵地貌的地区，以及高海拔地方对电波的反射和折射也有很大的影响，必须在高海拔地方建设中继站。丘陵地貌也使无线电波的覆盖在部分地方产生死角。若传输距离过长，则信号容易衰减，要通过各个中继站进行信号接力传输，长距离传输必须建设较多的基站，传输距离越远，基站建设成本就越大。数传电台由用户单位自行建造，无需缴纳通信费用，但是频率占用费以及对电台设备的维护费用也是一笔不小的开销，电台数量越少，单位成本就越高。
数传电台建设受城市建设影响极大，已建的数传网络很可能受城市中新增的高楼大厦所阻挡，楼群对电波的反射和折射也有很大的影响，自建电台数据传输网络必须针对城市建设中出现的情况不断调整网络，包括移动天线位置和增加天线高度等，必要时可能还要根据无线电管理机构的要求调整频率。这些在后期运行成本中占据很大的份额，并且永远也不知道下一步会有哪些需要的工作及开支。因此对于属丘陵地貌和高海拔地区，检测站点的选址尤为不方便，设备安装和维护强度也必然会很大。
4.采集的数据参数少。现有的系统只提供了l路模拟量的数据(管网压力)，不能较好地体现现场的设备运行情况。
5.受到干扰时严重影响数据传输。在一个应用系统中，两台或多台数传电台组网，每个数据网络占用一个频率，当此频率受到干扰时，将严重影响数据传输。
现有的小区泵站运行监测系统是采用主中心PC机的调制解调器与各个泵站PC的调制解调器通过电话拨号进行连接的，因此存在以下缺点。
1)无法及时地反应现场的运行情况。现有的系统是通过人工拨号对各个泵站进行数据采集的。当你需要了解某个泵站的情况时，就通过拨打该泵站的电话，等到两边电话连通后，现场的数据通过电话网传到泵站中心去。每次只能与一个泵站进行联系。也就是说，要了解下一个泵站的情况，必须断开此次的拨号，然后再拨打下一个泵站的电话。每次电话连通后，到将数据传输完毕，每个泵站需要20～30min。也就是说，若需将7个泵站的运行了解完需要3.5h，则一天只能对7个泵站进行6～8次的访问。当泵站站点增加后，无法及时反应现场运行情况的问题就更突出了。
2)值班人员的劳动强度大。由上述可知，每个泵站需要用人工拨号才能知道泵站情况，如果不进行人工拨号就什么情况都不清楚，连通后还要等待20～30min才能得到现场的情况。因此需要值班人员不停地去拨号才能了解各个泵站的运行情况，值班人员的劳动强度大，精神处于高度紧张状态，使值班人员容易疲惫。
3)运行和管理费用高。采用电话拨号方式，要求主站安装一部电话，每个泵站也必须安装一部电话。每部电话除了每个的座机费用外，当你拨号了解泵站情况时，连通后需要支付连通到断开时的电话通讯费用(每次大约是20～30min；每天6～8次大约是160～200min；每月180～240次大约是4800～6000min，每月每个泵站的电话费用需要1000～1500元)。因此，采用电话拨号方式的运行和管理费用不低。
针对上述存在的问题，已有一些改进方案的相关报道。韩晓萍等(韩晓萍，邵宏强，李佰国，GPRS技术在电力远程抄表系统中的应用，电子测量与仪器学报，2005，4)提出了一种基于GPRS通讯技术的电力远程抄表系统，将GPRS终端经由GPRS网介入Internet，通过设置Internet中通讯中心服务器与客户端服务器之间的通讯协议，实现终端与客户的信息交换。夏科芬等(夏科芬，黄道平，基于GPRS技术的无线远程抄表系统在电力部门的应用，供用电，2005，4)针对无线抄表系统对数据传输可靠性和实时性的要求，提出并设计了系统的结构和实现方式，该系统采用MCU、GPRS无线通讯模块、TCP/IP协议处理模块以及GPRS网络，实现数据的实施采集和传输。
发明内容
本发明的目在于针对现有的供水管网远程测控调度系统存在的缺点，提供一种GPRS检测站点可以根据需要进行不断的增加，GPRS检测站点选址较简便、安装简单，建设、运行和管理费用较低，采集的数据全面，便于实时在线监控的分组数据传输供水管网泵站远程测控装置。
本发明包括供水管网远程测控调度系统和小区泵站运行监测系统。
供水管网远程测控调度系统设有1.管网远程终端单元(简称管网RTU)，管网远程终端单元用于对现场设备的开关量和模拟量信号进行数据采集、处理和存储，以及对现场设备进行监控和通过GPRS网络响应各监控中心发出的查询请求，将各种数据发给调度中心；管网远程终端单元设有GPRS模块、电源、天线、可编程控制器(简称PLC)和机箱，可编程控制器由CPU模块和模拟量采集模块组成，CPU模块的开关量输入端和开关量输出端外接现场设备的开关量和模拟量信号端，模拟量采集模块的输入端外接现场仪表，可编程控制器CPU模块的通讯口与GPRS模块连接，电源分别与可编程控制器和GPRS模块的电源端连接，天线设于GPRS模块上。
2.管网无线GPRS网络和APN专线网络，管网无线GPRS网络和APN专线网络用于调度中心的PC向管网远程终端单元发送各种控制信息，接收管网远程终端单元发回的数据和报警信息的通讯途径，管网无线GPRS网络采用GPRS网络的专用APN形式入网，管网远程终端单元的数据通过各地的移动基站传输到APN网络服务器。
3.调度中心，调度中心用于通过驱动GPRS通信模块或APN专线向管网远程终端单元下发配置信息和控制信息，能够校准管网远程终端单元的时钟，以及接收管网远程终端单元上报的数据及告警信息，通过定时巡测、手动巡测、随机抽测、分组巡测等方式进行采集数据，对采集的数据进行管理，并通过企业内部网络发布WEB网页，具有查询、统计、报表等功能。调度中心设有PC、APN专线及GPRS模块，PC通过APN专线与移动网络相联，调度中心通过网络与内部网连接。
小区泵站运行监测系统设有1.泵站终端，泵站终端设置于各加压泵站，泵站终端设有板卡或可编程控制器，泵站终端通过GPRS模块连接泵站监控中心。
2.泵站监控中心，泵站监控中心用于通过GPRS通信模块向泵站终端下发控制信息和接收下位机上报的数据及告警信息，能动态地显示与各泵站现运行运行界面类似的工艺模拟图，同时对采集的数据进行管理，具有查询、统计、报表打印等功能。通过内部网络将数据传送至调度中心服务器进行处理；泵站监控中心设有PC和GPRS模块，PC接GPRS模块，并通过网络与内部网连接。
3.泵站无线GPRS网络，泵站无线GPRS网络用于泵站中心的PC向泵站终端发送各种控制信息，接收泵站终端发回的数据和报警信息；泵站无线GPRS网络采用移动GPRS网络的专用APN形式入网，每个SIM卡绑定固定移动内部IP，拥有独立上网APN名。
可编程控制器可采用西门子公司S7-200系列的224可编程控制器(或同等功能的不同品牌的可编程控制器)，西门子S7-200系列的可编程控制器包括S7-200系列的可编程控制器CPU模块和EM231模拟量采集模块，也可以用同等功能的可编程控制器的CPU模块和模拟量采集模块来替代。
调度中心最好设两套PC、APN专线及GPRS模块，以便组成双机备份系统，主中心的PC通过APN专线与移动网络相联；副中心的PC通过RS-232与GPRS模块连接，调度中心通过网络与内部网连接。
本发明所述的供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统(GPRS)的系统上位机软件可采用Visual Basic和国内著名组态软件的组态王进行组态，由“GPRS数据采集程序”和“组态王应用程序”组成。
由于本发明所述的供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统(GPRS)控制系统可采用目前中国移动主推的GPRS通讯方式，将从根本上解决传统传输方式的弊端，更加贴近专业数据传输的需求。与现有的供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统相比，本发明具有以下突出的优点。
1.采用两种通讯方式，确保了系统的安全稳定。供水管网远程测控调度系统主中心通过APN专线与中国移动网络相联，副中心用GPRS MODEM拨号上网与中国移动网络相联，构成双机主备系统。平时由主系统工作，当主系统发生故障时，起用备用系统。当APN专线出现故障时，系统自动切换成GPRS MODEM拨号上网方式接收数据，确保了系统的安全稳定。
2.GPRS检测站点选址较简便，可以根据需要不断增加，以满足城市建设的需要。相对其它通讯方式来说，采用GPRS技术监控覆盖范围广阔，系统规模扩展快速，整个服务地区的主要区域都处于移动通讯网的有效覆盖范围之内。随着城市建设的发展，自来水的供应也不断地往城乡结合部以及农村延伸，提高居民的生活质量。尤其是丘陵地貌地区，自来水管网需要足够的压力才能覆盖更多的供水面积。因此对新增供水管网压力监测就尤为重要。现有的系统采用数传电台方式，数传电台的轮询模式以及覆盖决定了网络的容量有一定限度，检测站点的数量不能无限量地增加。本发明的供水管网远程测控调度系统是采用中国移动GPRS网络的通讯平台进行通讯，与移动公司协商，充分利用中国移动公网资源和全国范围的电信网络，还可将跨地区的GPRS数据通过移动公司内部的网络平台传回本地区，从而实现跨区域使用，方便、快速、低成本地实现远程接入网络的部署。因此，GPRS覆盖的范围就可以安装GPRS检测站点，不受到数量上的限制，可以根据需要不断地进行站点的扩充，以满足城市建设的需要。
3.设备具有防雷击功能，站点安装简单。采用中国移动GPRS网络的通讯平台进行通讯，在不影响上网的前提下，GPRS MODEM的发射功率非常小(+9VDC/500mA)。GPRS模块大小(92.7mm×61.3mm×23mm)如一部手机，采用室内天线，因天线非常短，可直接安装在控制箱上，无需将GPRS的检测终端安装在至高点，免去室外天线的加固和布线等影响建筑物美观的问题，克服了无线数传电台传输容易引雷，击坏设备的缺点。整个GPRS检测站点就是一个封闭的控制箱，尺寸大小大约是50cm×50cm×30cm，重量约为5Kg。现场安装时，只需接通电源和各条数据和信号线即可。控制箱具有防水防盗功能，壁挂或落地式安装，室内外均可。因此GPRS检测站点的安装条件不高，方法简单方便。
4.建设、运行和管理费用较低。相对其它通讯方式来说，采用中国移动GPRS技术建设、运行和管理费用低。GPRS网络通讯，无线通讯部分使用中国移动GPRS网络无线通讯基站，可以实现省内相互漫游，互联互通。只需与中国移动公司签署通讯保障协议，就可以充分利用中国移动公网资源和全国范围的电信网络，将跨地区的GPRS数据通过移动公司内部的网络平台传回本地区，从而实现跨区域的GPRS通讯，不存在通讯距离问题，免去建设中继基站，极大节约建设成本，缩短建设周期。无需自己架设中继基站和室外天线，降低了建设成本和中继基站的维护费用。整个系统的性能价格比高，系统建设投资与建无线专网的投资相比估计可节约50％以上。通讯网络的正常运行由中国移动公司专业人员进行维护和保障，降低了人员的技术要求。
5.通信费用低廉。系统建成后，通信资费根据实际数据通信流量计费，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，而不考虑通信时长；没有数据流量的传递时，用户即使挂在网上也是不收费的。通信费用低廉，每个控制点的月通信费用可控制在百元以内。按目前的使用情况，本发明的供水管网远程测控调度系统每个检测站点的费用约为每个站点240元/年，相对于无线电台通讯(每个站点2000元/年)费用低。小区泵站运行监测系统每个泵站采用GPRS不限通讯流量包月制，每个泵站的通讯费用约为100元/月。相对于拨号系统每个月1000多元的电话通讯费用来说，减少不少的运行费用。旧的电话拨号系统需要在主站和各个泵站设置一部电话，因此，加压泵站应设置在电话线能到达的地方。GPRS通讯只要中国移动GPRS网络覆盖的地方就可以通讯，不受线路的限制，有利于在偏僻的地方架设通讯站点。这样自来水向城乡结合部和农村延伸过程中，偏僻地区的加压泵站也能通过GPRS通讯将数据传到控制中心进行统一管理，实现现场设备的无人值守，达到减员增效的目的，从而降低了整个系统的运行和管理成本。
6.传输速率高，接入时间短，及时地反应现场的运行情况。GPRS数据传输速率与其它通讯技术相比最快，最高可达171.2Kb/s，是常用有线56k Modem理想速率的两倍，下一代GPRS业务的速度甚至可以达384kbps；GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均耗时为2s；通信传输时延较小，最长不超过3s；完全可以满足用户应用需求。中心端采用GPRSMODEM拨号上网或用APN专线与中国移动网络联网，控制终端用GPRS MODEM拨号上网，组成控制网络。登录中国移动通讯平台后，“GPRS数据采集程序”自动控制泵站中心的GPRS模块按照规定的时间对各个小区加压泵站进行数据采集，泵站终端数据异常自动上报泵站中心。在轮询方式下，供水管网远程测控调度系统在5min内可以实现对100个站点的数据采集，小区泵站运行监测系统在3min内就能实现对各个泵站的数据采集。改变了原系统每次只能与一个泵站通讯，采集一个泵站数据需要20～30min，采集完7个泵站数据需要大约3.5h的状况，提高了控制系统的实时性和数据的准确性。登录中国移动通讯平台后，GPRS模块具有实时在线，断线自动重拨功能。整个控制网络始终处于连线和在线状态，这将使访问服务变得非常简单、快速。
7.采集的数据全面。现有的供水管网远程测控调度系统只提供了1路模拟量的数据(管网压力)，不能较好地体现现场的设备运行情况。GPRS供水管网远程测控调度系统采用西门子S7-200系列可编程控制器(或同等功能的不同品牌的可编程控制器)进行数据采集，每个管网远程终端单元具有实时时钟功能，以5min/次的时间间隔，能在管网远程终端单元存储一天的历史数据，程序、参数和历史数据等具有掉电保护功能。每个管网远程终端单元若提供4路4～20mA模拟输入，则除了可以采集各站点的压力、液位、流量和温度等站点运行参数外，还可以采集自来水的OPR、氨氮、酸碱度、浊度、余氯、溶解氧、COD、SS、BOD等水质参数，以及开度、电流、电压、功率和频率等设备运行参数。
每个管网远程终端单元若提供14路开关量输入，则可以清楚地反应检测点的电源、阀门和电机等设备运行状态，以及现场防火和防盗等情况。
每个管网远程终端单元若提供10路开关量输出，可用于控制现场的阀门、水泵、加氯机、变频器和电机等供水设备。可以根据检测站点的需要，对PLC模块进行增减，每个管网远程终端单元的PLC模块可以扩展到最多7个扩展模块，最大限度地满足现场设备控制需求，便于用户更全面地采集现场的信息，便于管理人员详细了解现场的情况，做出及时和正确的决策。
8.降低值班人员的劳动强度。在供水管网远程测控调度系统及小区泵站运行监测系统中，自动完成数据采集，无需人工参与，无需对各个泵站进行不停的逐个拨号和经历漫长的数据等待过程。“GPRS数据采集程序”将采集到的数据发给“组态王应用程序”。“组态王应用程序”将采集到的泵站数据进行管理，将各个泵站的运行情况及时、动态、形象、直观地反应在屏幕上，且通过声光报警功能，及时地提醒值班人员对故障做出反应，提高了管理反应速度。各个小区泵站运行数据和管网检测站点的数据具有查询、统计和报表等功能。既降低了值班人员的劳动强度，又减轻了值班人员的精神压力。
9.数据集中管理，便于调度人员的调度指挥。改造后的控制系统将原来两个独立运行的系统整合在一起，并将数据传输到自来水的调度中心，便于数据的集中管理，为调度人员提供了详细和及时的管网数据以及小区加压泵站运行数据，有利于调度人员及时了解、管理和调度整个服务地区的供水，同时为决策者提供了详细的数据。
10.发布网页，提高办公自动化强度。本发明的控制系统将采集到的数据，经过组态王应用程序进行数据处理后，对外发布网页。本系统提供一个WEB站点，该WEB站点使企业宽带内部网的任意一台工作站，通过WEB浏览器就可以登陆查看所有管网监控点和小区泵站的实时数据和存储的任何时间段的历史数据。WEB站点通过用户身份认证授权方式控制用户访问相应监控点的实时监控数据和历史数据。提高了办公自动化的强度，为决策者提供了强大的数据保障。
图1为本发明实施例的供水管网远程测控调度系统的结构组成框图。
图2为本发明实施例的供水管网远程测控调度系统的管网远程终端单元的结构组成示意图。
图3为本发明实施例的供水管网远程测控调度系统的调度中心的结构组成示意图。
图4为本发明实施例的小区泵站运行监测系统的泵站终端的结构组成示意图。
图5为本发明实施例的小区泵站运行监测系统的泵站监控中心的结构组成示意图。
具体实施例方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明包括供水管网远程测控调度系统和小区泵站运行监测系统。
参见图1～3，供水管网远程测控调度系统设有1.管网远程终端单元1(简称管网RTU)。
管网远程终端单元1用于对现场设备的开关量和模拟量信号进行数据采集、处理和存储，以及对现场设备进行监控和通过管网无线GPRS网络2响应各监控中心发出的查询请求，将各种数据发给调度中心3；管网远程终端单元1分散地分布在市政供水管网的所有遥测点上，采用壁挂式。
管网远程终端单元1设有GPRS模块11(Saro1000P型或同等功能的不同品牌的GPRS模块，带SIM卡)、电源(采用220VAC转9/24VDC衡孚开关电源12，设9VDC输出和24VDC输出，备有220VAC插座13，用于维修，电源通过空气开关14外接市电220VAC)、天线15、可编程控制器(简称PLC，可编程控制器可采用西门子公司SIEMENS SIMATIC的S7-200 PLC 224模块16和EM231模拟量采集模块17或同等功能的不同品牌的可编程控制器的CPU模块和模拟量采集模块)、机箱等，可编程控制器的S7-200 PLC 224模块16的开关量输入端161和开关量输出端162通过开关量输入端子排18和开关量输出端子排19分别外接现场设备201和202的开关量、模拟量信号端(开关量输入端子排18的连接端分别为10.0，10.1～10.7，11.0，11.1～11.5；开关量输出端子排19的连接端分别为Q0.0，Q0.1～Q0.7，Q1.0，Q1.1)。模拟量采集模块17的输入端171通过模拟量输入端子排21外接现场仪表221～224(模拟量输入端子排21的连接端分别为AIW0～AIW3)。可编程控制器的S7-200 PLC 224模块16的RS485通讯口163与GPRS模块11的RS232口111连接，衡孚开关电源12分别与可编程控制器和GPRS模块的电源端连接，天线15设于GPRS模块11上。
管网远程终端单元1采用西门子S7-200系列PLC的224CPU模块16和EM231模拟量采集模块17(或同等功能的不同品牌的可编程控制器的CPU模块和模拟量采集模块)与现场设备201和202的开关量、模拟量信号相连，能提供4路4-20mA模拟输入、14路开关量输入、10路开关量输出。具有实时时钟功能(可通过监控中心设定校准)，自行进行数据采集、处理并将采集到的数据以时间为顺序，以5min/每次的时间间隔，能在RTU端存储一天的历史数据，程序、参数和历史数据等具有掉电保护功能；通过GPRS网络响应各监控中心发出的查询请求，将实时时刻或历史时刻的数据发给调度中心。
2.管网无线GPRS网络2和APN专线网络4。
管网无线GPRS网络2和APN专线网络4用于调度中心3的PC向管网远程终端单元1发送各种控制信息，接收管网远程终端单元1发回的数据和报警信息的通讯途径。
管网无线GPRS网络2采用中国移动GPRS网络的专用APN形式入网，每个SIM卡绑定固定移动内部IP，拥有独立上网APN名。网内分配专用的APN名，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN，也限制网外SIM卡使用专网APN。利用移动公司的集团专线业务，从移动公司的城市光纤网络分出专用光纤，通过水务企业网络防火墙和水务企业内部网络转换，与调度中心3的HP服务器31相连接，将该HP服务器31作为中国移动公司APN通讯网络101的一个客户端。管网远程终端单元1的数据通过各地的移动基站103传输到中国移动公司的APN网络服务器，然后通过APN专线102经过水务企业网络防火墙81和水务企业内部网络82，经交换机83传送到HP服务器31。HP服务器31到管网远程终端单元1的信息传输则相反。
3.调度中心3。
调度中心3用于通过驱动GPRS通信模块35或APN专线向管网远程终端单元1下发配置信息、控制信息，能够校准管网远程终端单元1的时钟，以及接收管网远程终端单元1上报的数据及告警信息，通过定时巡测、手动巡测、随机抽测、分组巡测等方式进行采集数据，对采集的数据进行管理，并通过企业内部网络发布WEB网页，具有查询、统计、报表等功能。
调度中心3由两套PC机、APN专线及GPRS模块组成双机备份系统。
供水管网远程测控调度系统的调度中心3的主中心PC选用HP公司服务器31(带网卡311、312，RJ45以及串口313)，通过APN专线与中国移动网络相联；副中心采用研华工控机32(带网卡321，RJ45和串口322)，通过RS-232与GPRS模块33(Saro1000P或同等功能的不同品牌的GPRS模块，SIM卡绑定备用IP地址)联系，采用GPRS MODEM拨号方式上到中国移动公司的APN网络101，构成主副双机备份系统。平时由主中心系统工作。当主中心系统或APN专线102出现故障时，起用备用副中心系统，自动切换成GPRS MODEM拨号上网方式接收数据，确保了系统的安全稳定。主备中心系统设置于企业调度中心，通过网络与企业内部网连接。调度中心PC驱动GPRS通信模块35或APN专线102向管网远程终端单元1下发配置信息、控制信息，能够校准管网远程终端单元的时钟，及接收下位机上报的数据及告警信息，通过定时巡测、手动巡测、随机抽测、分组巡测等方式进行采集数据，对采集的数据进行管理，并通过企业内部网络发布WEB网页，具有查询、统计、报表等功能。提供一个开放的实时数据库，配合DLP大屏提供商使DLP大屏控制器软件能够读取各监测点的实时数据。在图3中GPRS模块33由9VDC电源34供电。
参见图1、4和5，小区泵站运行监测系统设有1.泵站终端4。
泵站终端4设置于各加压泵站，泵站终端4由研华工控机41通过研华板卡42或可编程控制器43控制加压泵站44(现场设备)进行自动供水，其控制程序由组态王编写。泵站终端通过GPRS模块45(设有SIM卡)响应泵站监控中心的请求，将数据传送到泵站监控中心。研华工控机41通过RS232通讯口411与GPRS模块45(Saro1000P型或同等功能的不同品牌的GPRS模块，带SIM卡)的串口451连接，泵站终端的电源采用220VAC市电，GPRS模块45采用220VAC转9VDC电源46。
2.泵站监控中心5。
泵站监控中心5用于通过GPRS通信模块55向泵站终端4下发控制信息和接收下位机上报的数据及告警信息，能动态地显示与各泵站现运行运行界面类似的工艺模拟图，同时对采集的数据进行管理，具有查询、统计、报表打印等功能。通过内部网络将数据传送至调度中心服务器进行处理。
泵站监控中心PC采用研华工控机51，研华工控机51的网卡511(RJ45)通过泵站中心交换机52和城际网络53与企业内部网54连接。研华工控机51(泵站监控中心PC)通过RS232通讯512驱动GPRS通讯模块55(带SIM卡，Saro1000P型)向泵站终端下发控制信息和接收下位机上报的数据及告警信息，能动态地显示与现行各泵站运行界面类似的工艺模拟图，同时对采集的数据进行管理，具有查询、统计、报表打印等功能。泵站监控中心采用220VAC市电，GPRS通讯模块55采用220VAC转9VDC电源56。
3.泵站无线GPRS网络6。
泵站无线GPRS网络6用于泵站监控中心5的PC向泵站终端4发送各种控制信息，接收泵站终端4发回的数据和报警信息。
泵站无线GPRS网络6采用中国移动GPRS网络的专用APN形式入网，泵站无线GPRS网络6经移动机站104至中国移动APN网络101，每个SIM卡绑定固定移动内部IP，拥有独立上网APN名。网内分配专用的APN名，普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡仅开通该专用APN，限制使用其他APN，也限制网外SIM卡使用专网APN。
本发明所述的供水管网远程测控调度系统和小区泵站运行监测系统上位机软件采用Visual Basic和国内著名组态软件的组态王进行组态，由“GPRS数据采集程序”和“组态王应用程序”组成。
供水管网远程测控调度系统的“GPRS数据采集程序”控制调度中心的主、副中心的GPRS网络进行网络切换；指挥主、副中心通过APN专线或驱动GPRS通信模块向各个管网远程终端单元下发配置信息、控制信息，校准管网远程终端单元的时钟，采用定时巡测、手动巡测、随机抽测、分组巡测等方式采集数据，接收管网远程终端单元上报的数据及告警信息；然后将采集到的数据发给“组态王应用程序”。“组态王应用程序”将采集到的管网数据进行管理，具有查询、统计、报表和声光报警提示等功能。调度中心的服务器通过企业内部网络采集供水管网远程测控调度系统副中心和小区泵站运行监测系统的数据，经过“组态王应用程序”数据处理后，对外发布网页。提供一个开放的实时数据库，配合DLP大屏幕供应商，使DLP大屏幕控制器软件能够读取各监测点的实时数据。
小区泵站运行监测系统“GPRS数据采集程序”驱动泵站中心的GPRS通信模块向各个泵站终端下发控制信息，采集各个小区加压泵站的数据，并接收泵站终端上报的数据及告警信息，然后将采集到的数据发给“组态王应用程序”。“组态王应用程序”将采集到的泵站数据进行管理，动态地显示与各泵站现行运行界面类似的工艺模拟图，具有查询、统计、报表和声光报警提示等功能。泵站中心通过集团内部网络将数据传到集团调度中心的服务器，经过集团调度中心的服务器数据处理后，对外发布网页。
远程测控系统数据传输包括各种检测、监视、生产、报警等。远程测控系统数据有数据量小、定时或非定时及实时发送等特点，一方面需实现数据的上传；另一方面亦需下达各种传输、控制指令，即双向的数据、指令传输。传统的数据传输主要有数传电台、电话拨号、卫星通信等方式来解决；这些传输方式存在覆盖范围、实时性、投资及运行费用等问题，同时对工控设备的无人值守运行存在较大困难。
GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的TDMA帧结构。这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现有的基站子系统只要增加一些模块即可提供GPRS服务。GPRS允许用户在分组交换模式下发送和接收数据，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包，可通过不同的路由，以存储转发的接力方式传送到目的端，而组装成完整的数据。分组交换可以使不同的数据传输“共用”传输带宽有数据时占用带宽，无数据时不占用，从而分享资源。采用分组交换的GPRS可灵活运用无线信道，每一个用户可以有多个无线信道，而同一信道又可以由几个用户共享，从而极大地提高了无线资源的利用率。在理论上，GPRS可以将最多8个时隙组合在一起，给用户提供高达171.2kb/s的带宽。由于GPRS用户的数据通信费是以数据流量为基础，而不考虑通信时长，所以GPRS用于IP业务的接入将更为用户所接受。
在供水管网远程测控调度系统中，数据采集程序控制调度中心的主、副中心的GPRS网络进行故障切换；同时，指挥主、副中心的GPRS网络按照规定的时间对52个检测站点进行数据采集；然后将采集到的数据发给组态后的组态王应用程序。组态王应用程序将采集到的管网数据进行管理，具有查询、统计、报表和报警声光提示等功能。组态王应用程序通过数据采集程序驱动GPRS通信网络向RTU下发配置信息、控制信息，校准RTU的时钟，定时巡测、手动巡测、随机抽测、分组巡测数据。
在小区泵站运行监测系统中，数据采集程序控制泵站中心的GPRS模块按照规定的时间对7个小区加压泵站进行数据采集；然后将采集到的数据发给组态王应用程序。组态王应用程序将采集到的泵站数据进行管理，具有查询、统计、报表和报警声光提示等功能。
调度中心的服务器是供水管网远程测控调度系统的主中心，同时通过企业内部网络采集供水管网远程测控调度系统副中心和小区泵站运行监测系统的数据。经过组态王应用程序数据处理后，对外发布网页。本系统提供一个WEB站点，该WEB站点使企业宽带内部网的任意一台工作站只通过WEB浏览器就可以登陆查看所有管网监控点和小区泵站的实时数据和存储的任何时间段的历史数据。WEB站点通过用户身份认证授权方式控制该用户可访问那些监控点的实时监控数据和存储的任何时间段的历史数据。
权利要求
1.分组数据传输供水管网泵站远程测控装置，其特征在于包括供水管网远程测控调度系统和小区泵站运行监测系统供水管网远程测控调度系统设有1)管网远程终端单元，管网远程终端单元用于对现场设备的开关量和模拟量信号进行数据采集、处理和存储，以及对现场设备进行监控和通过GPRS网络响应各监控中心发出的查询请求，将各种数据发给调度中心；管网远程终端单元设有GPRS模块、电源、天线、可编程控制器和机箱，可编程控制器由CPU模块和模拟量采集模块组成，CPU模块的开关量输入端和开关量输出端外接现场设备的开关量和模拟量信号端，模拟量采集模块的输入端外接现场仪表，可编程控制器CPU模块的通讯口与GPRS模块连接，电源分别与可编程控制器和GPRS模块的电源端连接，天线设于GPRS模块上；2)管网无线GPRS网络和APN专线网络，管网无线GPRS网络和APN专线网络用于调度中心的PC向管网远程终端单元发送各种控制信息，接收管网远程终端单元发回的数据和报警信息的通讯途径；管网无线GPRS网络采用GPRS网络的专用APN形式入网，管网远程终端单元的数据通过各地的移动基站传输到APN网络服务器；3)调度中心，调度中心用于通过驱动GPRS通信模块或APN专线向管网远程终端单元下发配置信息和控制信息，能够校准管网远程终端单元的时钟，以及接收管网远程终端单元上报的数据及告警信息，通过定时巡测、手动巡测、随机抽测和分组巡测方式进行采集数据，对采集的数据进行管理，并通过企业内部网络发布WEB网页，具有查询、统计和报表功能；调度中心设有PC、APN专线及GPRS模块，PC通过APN专线与移动网络相联，调度中心通过网络与内部网连接；小区泵站运行监测系统设有1)泵站终端，泵站终端设置于各加压泵站，泵站终端设有板卡和可编程控制器，泵站终端通过GPRS模块连接泵站监控中心；2)泵站监控中心，泵站监控中心用于通过GPRS通信模块向泵站终端下发控制信息和接收下位机上报的数据及告警信息，能动态地显示与各泵站现运行运行界面类似的工艺模拟图，同时对采集的数据进行管理，具有查询、统计和报表打印功能，通过内部网络将数据传送至调度中心服务器进行处理；泵站监控中心设有PC和GPRS模块，PC接GPRS模块，并通过网络与内部网连接；3)泵站无线GPRS网络，泵站无线GPRS网络用于泵站中心的PC向泵站终端发送各种控制信息，接收泵站终端发回的数据和报警信息；泵站无线GPRS网络采用GPRS网络的专用APN形式入网，每个SIM卡绑定固定移动内部IP，拥有独立上网APN名。
2.如权利要求1所述的分组数据传输供水管网泵站远程测控装置，其特征在于所述的可编程控制器为西门子公司S7-200系列的224可编程控制器，西门子S7-200系列的可编程控制器包括S7-200系列的可编程控制器CPU模块和EM231模拟量采集模块。
3.如权利要求1所述的分组数据传输供水管网泵站远程测控装置，其特征在于所述的调度中心设两套PC、APN专线及GPRS模块，组成双机备份系统，主中心的PC通过APN专线与移动网络相联；副中心的PC通过RS-232与GPRS模块连接。
全文摘要
分组数据传输供水管网泵站远程测控装置，涉及一种远程测控装置，尤其是涉及一种用于分组数据传输供水管网泵站远程测控装置。提供一种GPRS检测站点可以根据需要进行不断的增加，GPRS检测站点选址较简便、安装简单，建设、运行和管理费用较低，采集的数据全面，便于实时在线监控的分组数据传输供水管网泵站远程测控装置。包括供水管网远程测控调度系统和小区泵站运行监测系统。供水管网远程测控调度系统设有管网远程终端单元、管网无线GPRS网络和APN专线网络、调度中心；小区泵站运行监测系统设有泵站终端、泵站监控中心和泵站无线GPRS网络。
文档编号G05B19/418GK1920719SQ20061003689
公开日2007年2月28日 申请日期2006年8月3日 优先权日2006年8月3日
发明者吴灿东, 夏冰, 邵海态, 黄育新 申请人:厦门水务测控科技有限公司