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熱網遠程監控無線解決方案

(發布日期：2007-8-14 9:09:45) 來源：

                 中國·河北石家莊億邦科技有限公司
         ShiJiaZhuang InBand Technology Co.,Ltd.
                   二○○七年七月
一、概述
我國北方地區冬季目前普遍采用集中供暖方式進行供熱。熱電廠通過城市高溫供熱管道將熱水送至各居民小區、企業中的換熱站。在換熱站，高溫管道（以下簡稱一次網）中的熱水與進居室暖氣片（以下簡稱二次網）的熱水通過換熱器交換熱量。經過換熱后，二次網中熱水流入各居室中。
在以上過程中，供熱調度部門需要對分散在不同地理位置換熱站中溫度、壓力、流量、液位等參數集中實時監視，控制換熱站中各設備的運行。同時，根據從現場監測到的各換熱站運行參數，調節熱電廠運行工況，保證冬季整個供暖的穩定運行。
我國現行的熱力站運行管理仍處于手工操作階段，影響了集中供熱優越性的充分發揮。主要反映在：
◇ 缺少全面的參數測量手段，無法對運行工況進行系統的分析判斷；
◇ 系統運行工況失調難以消除，造成用戶冷熱不均；供熱參數未能在最佳工況下運行，供熱量與需熱量不匹配；
◇ 運行數據不全，難以實現量化管理。搞好城市集中供熱工程，必須要全面提高供熱技術水平。
徹底解決上述問題，是目前所有供熱公司所面臨的主要任務。實現熱網遠程監控是解決上述的問題的最佳途徑，而實現熱網遠程監控，基于中移動GPRS的無線監控是熱網遠程監控投資最少，效益最高，穩定性最佳的解決方案。
因此，建立基于GPRS無線網絡的自動監控系統，來實現各換熱站現場參數的采集、調度室與各換熱站的數據實時通訊控制，可以很好的解決上述缺點，有效提高供熱系統的自動化控制水平，并且能很大程度上提高供熱行業的管理水平。供熱工程中的自動控制對于保證供熱系統優質供熱、安全運行、經濟節能、環境保護具有十分重要的作用。
二、GPRS介紹
<img src=http://www.sjzyb.com/images/新建文件夾%20(2)/qiye8.JPG></img>
GPRS是通用分組無線業務（General Packet Radio Service）的英文簡稱，是在現有GSM系統上發展出來的一種新的承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。GPRS采用與GSM同樣的無線調制標準、同樣的頻帶、同樣的突發結構、同樣的跳頻規則以及同樣的TDMA幀結構，這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話音業務信道極其相似。因此，現有的基站子系統（BSS）從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，而不需要利用電路交換模式的網絡資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數據業務。特別適用于間斷的、突發性的和頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS理論帶寬可達171.2Kbit/s，實際應用帶寬大約在40～100Kbit/s，在此信道上提供TCP/IP連接，可以用于INTERNET連接、數據傳輸等應用。GPRS是一種新的移動數據通信業務，在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP或X.25服務。GPRS采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用，數據傳輸速率高達160Kbps。使用GPRS技術實現數據分組發送和接收，用戶永遠在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。
基于GPRS網絡組建的熱網遠程監控系統有如下特點：
◇ 永遠在線 GPRS DTU一開機就能自動附著到GPRS網絡上，并與數據中心建立通信鏈路，隨時收發用戶數據設備的數據，具有很高的實時性；
◇ 按流量計費 GPRS DTU一直在線，按照接收和發送數據包的數量來收取費用，沒有數據流量的傳遞時不收費用；
◇ 高速傳輸 GPRS網絡的傳輸速度最快將達到160Kbps，速率的高低取決于移動運營商的網絡設置，根據中國移動的網絡情況，目前可提供20～40Kbps的穩定數據傳輸；
◇ 組網簡單、迅速、靈活 GPRS無線系統可以通過Internet網絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數據通信專用網絡，為廣大中小用戶提供接入便利，節省接入投資；
◇ 通信鏈路由專業運營商維護由于采用中國移動的GPRS 數據業務，因此鏈路維護也由中國移動負責，免除通信鏈路維護的后顧之憂；
◇ 防雷擊  由于采用中國移動的GPRS 數據業務，所以在不影響上網的前提下，GPRS DTU的發射功率非常小，天線非常短，而且無需高架，克服了有線傳輸和無線電臺傳輸容易引雷擊壞設備的缺點。
三、解決方案
整個熱網遠程監控系統如圖所示由三部分組成：
<img src=http://www.sjzyb.com/images/新建文件夾%20(2)/rewang4.JPG></img>
現場換熱站控制部分、GPRS數據傳輸部分、調度室數據中心。通過控制模塊完成與INBAND GPRS DTU(以下簡稱DTU)的數據交互。DTU定時向控制器采集數據，同時控制器實時接收DTU發來的數據完成相應控制功能。DTU在收到控制器發來的數據會立即轉發到數據中心。
（1）現場換熱站控制器可采用多種控制器包括S7-200等，DTU將各工藝參數實時采集后通過RS-232串口通信模塊將數據送往DTU通信模塊；同時，還可通過該通信模塊接收調度中心的指令。
（2）GPRS數據傳輸部分在對DTU通信模塊進行配置時預先輸入數據中心的固定IP地址、采集數據命令，采集時間間隔等必要參數，同時，也可以遠程設置相關參數。DTU通信模塊收到控制器發來的數據后，把這些數據送到前面設置的IP地址網絡服務器中，通過端口映射轉發到數據中心服務器。DTU發送數據的過程為：數據送到中國移動GPRS網絡中，然后再經過Internet，最后在數據中心通過接入專線或寬帶撥號網絡的服務器接收，接收服務器完成數據處理，寫庫，轉發等一系列工作。
（3）調度室數據中心由Internet接入設備，接收服務器、防火墻、數據庫服務器、終端管理工作站，數據發布服務器等設備完成。接收服務器通過internet接入設備接收來自各換熱站的數據，并對數據分析，寫庫，轉發等工作。
四、系統網絡
<img src=http://www.sjzyb.com/images/新建文件夾%20(2)/rewang5.JPG></img>

該系統主要是通過INBAND GPRS DTU和移動公司GPRS網絡來完成。DTU主要完成PLC或RTU與調度中心數據傳輸轉發的任務，同時也是與移動GPRS網絡的工作接口。
◇ 本方案是通過Internet（CMNET）實現的，這樣用戶的實現成本比較低。如需要高可靠性數據傳輸。中國移動為這種應用提供了直接接入GPRS網絡的方式。網絡服務器通過ADSL+DNS動態域名接入INTERNET。各熱交換站點數據由DNS服務器路由到Internet網絡，監測點DTU采用移動數據業務專用的SIM卡（APN為CMNET）。采用這種方式組成點對多點網絡具有實時性好、造價低的特點。
◇ 數據發送目的地，即數據中心數據接收服務器。
◇ 與PLC的接口參數，包括波特率、停止位、奇偶校驗、數據位、流控制。
◇ INBAND GPRS DTU對于不同地區GPRS網絡質量的一些參數配置。
數據經DTU發送到移動GPRS網絡上的CGSN后，移動的GPRS網絡與Internet有通道接口，因此，移動CGSN服務器可將數據經Internet再轉發到數據中心服務器。
移動GPRS網絡傳輸送來的各換熱站數據經DNS域名，通過GPRS Modem信號解調經防火墻檢測后送達網絡服務器，再將數據包轉發到指定的數據中心服務器上進行數據接收處理，與此同時數據中心服務器擔負著向各換熱站發送相應控制指令數據的任務。各工作站從數據中心服務器上取得數據在各自的人機界面軟件上完成對各換熱站的監視控制、報警、歷史曲線等功能。
此外，在調度中心網絡中，網絡服務器與全廠MIS網絡連接，負責把熱網的各種運行參數送到MIS網上，供上一級相應MIS軟件完成數據分析、數據挖掘等功能，大大提高熱網運行的經濟性。在這里，網絡服務器與MIS網數據服務器的數據接口選用三維力控OPC，該接口使用方便、調試配置十分簡單。
五、系統工藝控制描述
該方案中，所采用PLC在各換熱站完成以下功能：現場溫度、壓力、流量、液位信號的采集；現場各調節閥的控制；現場電機、變頻器的控制及運行監視。在換熱站中，通過觸摸屏簡單易行的完成人機交互，控制各種設備穩定運行。對于現場調節閥及各種電機的控制，設計了就地控制、觸摸屏控制、遠程調度中心控制三種方式。
◇ 根據室外氣象溫度和二次網的供回水平均溫度調節一次網供水或回水管道上電動調節閥，從而改變一次網進換熱器的流量，保證二次網的供熱量。
◇ 根據室外氣象溫度、二次網的供回水溫度、供回水壓力共五個參數，來通過變頻器調整循環水泵的運行頻率，從而改變二次網的運行流量。
◇ 根據恒壓點的實測壓力值與設定壓力值的比較偏差，來通過變頻器改變補水泵的運行頻率，保證恒壓點的壓力恒定。
◇ 其中，室外氣象溫度數據采用各新機組室外溫度加權平均后經中心站處理后送往各改造機組進行自動控制。
六、系統功能與特點
功能：
該供暖監控系統（GPRS遠程監控）主要完成對工藝流程的監測、控制以及數據的處理、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制回路的詳細參數等；
◇ 調節回路顯示：包括所有調節回路，可修改設定值、控制方式、調節參數等，并有實時趨勢圖便于進行PID回路整定；
◇ 設定值顯示：包括所有必需參數的設定值、控制方式、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

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