一、概述
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會已進(jìn)入信息時(shí)代。水利信息化建設(shè)，就是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，開發(fā)和利用水利信息資源，包括對水利相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、存儲、處理和利用，同時(shí)，為了更好的提高效率，節(jié)省人力資源，也要對供水相關(guān)設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程控制及監(jiān)測，提高水利信息資源的應(yīng)用水平和共享程度，從而全面提高水利建設(shè)和水務(wù)處理的效能及效益。
中小城市自來水泵房遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)就是在這一背景下提出的，是我國水利信息化建設(shè)的重要組成部分。該系統(tǒng)利用現(xiàn)有信息監(jiān)測設(shè)備，以中國移動GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)為數(shù)據(jù)通信平臺，實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)各個(gè)大的自來水泵房的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測，傳輸以及控制，從而達(dá)到對遠(yuǎn)端泵房無人職守的目的，該系統(tǒng)的實(shí)施，勢必大大節(jié)省人力，物力，對于整個(gè)城市乃至全省目前以及將來的水利信息建設(shè)必將有深遠(yuǎn)的意義。
該系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、實(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，可方便、快捷地實(shí)現(xiàn)城市自來水泵房的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制。
二、GPRS介紹
GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)（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(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbit/s，實(shí)際應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。GPRS是一種新的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)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(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道，同一無線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效的利用，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)160Kbps。使用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計(jì)費(fèi)，迅速降低了服務(wù)成本。
基于GPRS網(wǎng)絡(luò)組建的自來水網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：
◇ 永遠(yuǎn)在線 GPRS DTU一開機(jī)就能自動附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上，并與數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時(shí)收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)，具有很高的實(shí)時(shí)性；
◇ 按流量計(jì)費(fèi) GPRS DTU一直在線，按照接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費(fèi)用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時(shí)不收費(fèi)用；
◇ 高速傳輸 GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快將達(dá)到160Kbps，速率的高低取決于移動運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，根據(jù)中國移動的網(wǎng)絡(luò)情況，目前可提供20～40Kbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸；
◇ 組網(wǎng)簡單、迅速、靈活 GPRS無線系統(tǒng)可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地的構(gòu)建覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)，為廣大中小用戶提供接入便利，節(jié)省接入投資；
◇ 通信鏈路由專業(yè)運(yùn)營商維護(hù) 由于采用中國移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此鏈路維護(hù)也由中國移動負(fù)責(zé)，免除通信鏈路維護(hù)的后顧之憂；
◇ 防雷擊 由于采用中國移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以在不影響上網(wǎng)的前提下，GPRS DTU的發(fā)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(shè)備的缺點(diǎn)。
三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及功能簡介
圖例功能說明：
下位機(jī)分別有溫度傳感器，流量計(jì)，電流互感器，接觸器，紅外報(bào)警器等設(shè)備。下面依次說明：
1、溫度傳感器采用貼片式溫度傳感器，直接貼于水泵泵體表面，測量水泵泵體的溫度，并實(shí)現(xiàn)溫度超限報(bào)警的功能；
2、流量計(jì)是用戶提供，要求是智能流量計(jì)，直接通過RS232同監(jiān)測控制器通訊，來交換數(shù)據(jù)；
3、電流互感器測量泵各個(gè)相的電流值，并把該數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)各個(gè)相電流的實(shí)時(shí)檢測，并根據(jù)設(shè)定值實(shí)現(xiàn)報(bào)警；
4、監(jiān)測控制器控制泵交流接觸器的動作，實(shí)現(xiàn)泵的遠(yuǎn)程開關(guān)動作，并且根據(jù)交流接觸器的狀態(tài)，判斷當(dāng)前泵的啟停狀態(tài)，以判斷當(dāng)前泵能否啟動。
5、紅外報(bào)警器主要是判斷泵房中的非法闖入報(bào)警，防止泵房中的非法人為操作。
6、通訊過程是所有上行或下行數(shù)據(jù)經(jīng)過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送，上行數(shù)據(jù)經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控中心接收服務(wù)器，服務(wù)器把數(shù)據(jù)做篩選，判斷，分類后，寫入數(shù)據(jù)庫，客戶端計(jì)算機(jī)如果需要瀏覽數(shù)據(jù)，則向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器查詢所需數(shù)據(jù)，并形成相關(guān)報(bào)表，報(bào)警，曲線等直觀顯示界面，以供客戶瀏覽。
四、系統(tǒng)功能詳細(xì)說明
1、水泵監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如下：
◆ 水泵泵體表面的溫度檢測，報(bào)警及遠(yuǎn)傳
◆ 瞬時(shí)流量的監(jiān)測及遠(yuǎn)傳
◆ 水泵三相供電電流檢測，報(bào)警及遠(yuǎn)傳
◆ 水泵泵房非法闖入的紅外檢測，報(bào)警。
◆ 水泵遠(yuǎn)程啟停控制，
◆ 水泵當(dāng)前狀態(tài)的監(jiān)測及遠(yuǎn)傳。
◆ 累計(jì)流量的檢測及遠(yuǎn)傳（根據(jù)甲方的流量計(jì)功能而定）
2、通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如下：
◆ 監(jiān)測控制器所采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳（不能低于2分鐘）；
◆ 下位DTU的故障自檢；
◆ 通訊鏈路狀態(tài)檢測；
◆ 下位DTU的非正常狀態(tài)的自動復(fù)位；
◆ DTU信號在有效范圍內(nèi)的自動調(diào)整功能，自動適應(yīng)功能；
◆ 下位DTU同監(jiān)測控制器之間鏈路自動監(jiān)測；
◆ 監(jiān)測控制器所采集有效數(shù)據(jù)的透明傳輸；
◆ 監(jiān)測控制器所有采集數(shù)據(jù)的智能分析
3、中心軟件實(shí)現(xiàn)的功能如下：
◆ 實(shí)時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)的接收處理，寫庫；
◆ 中心遠(yuǎn)程控制DTU的上報(bào)，復(fù)位；
◆ 中心實(shí)時(shí)對下位DTU的通訊鏈路檢測；
◆ 對下位DTU壓縮數(shù)據(jù)的解包，分析，處理；
◆ 二次表監(jiān)測控制器故障自動上報(bào)報(bào)警；
◆ 全部通迅數(shù)據(jù)日志記錄功能；
◆ 下位機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示；
◆ 下位機(jī)各個(gè)數(shù)據(jù)的歷史查詢（視用戶所用數(shù)據(jù)庫而定）；
◆ 下位機(jī)瞬時(shí)流量的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線生成；
◆ 下位機(jī)數(shù)據(jù)的日、周、月、年報(bào)表生成；
五、解決方案的特點(diǎn)：
◆ 先進(jìn)性
本方案設(shè)計(jì)中不僅采用了先進(jìn)的軟、硬件，而且著眼于企業(yè)“管控一體化”的需求，貫徹了數(shù)字化、信息化環(huán)保的先進(jìn)思想，使企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步智能應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。該方案使控制系統(tǒng)有機(jī)地成為企業(yè)整個(gè)IT架構(gòu)的一部分。
該系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，主要用于城市自來水網(wǎng)的生產(chǎn)控制、運(yùn)行操作、監(jiān)視管理。控制系統(tǒng)配有可靠的硬件設(shè)備和功能強(qiáng)大、運(yùn)行可靠、界面友好的系統(tǒng)軟件、編程軟件、控制軟件。
◆ 高可靠性
與傳統(tǒng)的無線電臺傳輸相比，GPRS網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力更強(qiáng)，且通訊覆蓋范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于前者；
現(xiàn)場控制站PLC對工藝過程的控制不會因監(jiān)控計(jì)算機(jī)的癱瘓而受影響；
現(xiàn)場控制站的PLC能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠運(yùn)行，并且易配置、易接線、易維護(hù)、隔離性好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、抗腐蝕、適應(yīng)較寬的溫度變化范圍，平均無故障間隔時(shí)間（MTBF）15年。
◆ 強(qiáng)大的功能
PLC的編程語言符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，易學(xué)、易懂、易用；
CPU內(nèi)置軟PID，并提供了豐富的指令集及函數(shù)庫，用戶直接調(diào)用；
PCAUTO組態(tài)軟件圖庫豐富，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，報(bào)警、報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)以及二次開發(fā)功能完善而易用。
◆ 優(yōu)良的開放性
TCP/IP協(xié)議是目前開放性最好的協(xié)議，可以輕松進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展；
PCAUTO組態(tài)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系統(tǒng)；
同時(shí)也為世界各大廠商，如Modicon、Siemens、AB、GE、Omron等的設(shè)備提供了完善的驅(qū)動程序庫，從而可以將其它系統(tǒng)輕松接入本系統(tǒng)。
六、結(jié)束語
該系統(tǒng)利用現(xiàn)有信息監(jiān)測設(shè)備，以中國移動GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)為數(shù)據(jù)通信平臺，實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)各個(gè)大的自來水泵房的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測，傳輸以及控制，從而達(dá)到對遠(yuǎn)端泵房無人職守的目的，該系統(tǒng)的實(shí)施，勢必大大節(jié)省人力，物力，對于整個(gè)城市乃至全省目前以及將來的水利信息建設(shè)必將有深遠(yuǎn)的意義。
