一、概述
我國(guó)北方地區(qū)冬季目前普遍采用集中供暖方式進(jìn)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(qū)、企業(yè)中的換熱站。在換熱站，高溫管道（以下簡(jiǎn)稱一次網(wǎng)）中的熱水與進(jìn)居室暖氣片（以下簡(jiǎn)稱二次網(wǎng)）的熱水通過換熱器交換熱量。經(jīng)過換熱后，二次網(wǎng)中熱水流入各居室中。
在以上過程中，供熱調(diào)度部門需要對(duì)分散在不同地理位置換熱站中溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)集中實(shí)時(shí)監(jiān)視，控制換熱站中各設(shè)備的運(yùn)行。同時(shí)，根據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的各換熱站運(yùn)行參數(shù)，調(diào)節(jié)熱電廠運(yùn)行工況，保證冬季整個(gè)供暖的穩(wěn)定運(yùn)行。
我國(guó)現(xiàn)行的熱力站運(yùn)行管理仍處于手工操作階段，影響了集中供熱優(yōu)越性的充分發(fā)揮。主要反映在：
◇ 缺少全面的參數(shù)測(cè)量手段，無法對(duì)運(yùn)行工況進(jìn)行系統(tǒng)的分析判斷；
◇ 系統(tǒng)運(yùn)行工況失調(diào)難以消除，造成用戶冷熱不均；供熱參數(shù)未能在最佳工況下運(yùn)行，供熱量與需熱量不匹配；
◇ 運(yùn)行數(shù)據(jù)不全，難以實(shí)現(xiàn)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(shù)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(wù)。實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控是解決上述的問題的最佳途徑，而實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控，基于中移動(dòng)GPRS的無線監(jiān)控是熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控投資最少，效益最高，穩(wěn)定性最佳的解決方案。
因此，建立基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)各換熱站現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的采集、調(diào)度室與各換熱站的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊控制，可以很好的解決上述缺點(diǎn)，有效提高供熱系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，并且能很大程度上提高供熱行業(yè)的管理水平。供熱工程中的自動(dòng)控制對(duì)于保證供熱系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)供熱、安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、環(huán)境保護(hù)具有十分重要的作用。
二、GPRS介紹
GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service）的英文簡(jiǎn)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(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)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)組建的熱網(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(dòng)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(dòng)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，根據(jù)中國(guó)移動(dòng)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(jiǎn)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(guó)的虛擬移動(dòng)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(yíng)商維護(hù) 由于采用中國(guó)移動(dòng)的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此鏈路維護(hù)也由中國(guó)移動(dòng)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(guó)移動(dòng)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(tái)傳輸容易引雷擊壞設(shè)備的缺點(diǎn)。
三、解決方案
整個(gè)熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如圖所示由三部分組成：現(xiàn)場(chǎng)換熱站控制部分、GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分、調(diào)度室數(shù)據(jù)中心。通過控制模塊完成與INBAND GPRS DTU(以下簡(jiǎn)稱DTU)的數(shù)據(jù)交互。DTU定時(shí)向控制器采集數(shù)據(jù)，同時(shí)控制器實(shí)時(shí)接收DTU發(fā)來的數(shù)據(jù)完成相應(yīng)控制功能。DTU在收到控制器發(fā)來的數(shù)據(jù)會(huì)立即轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心。
（1）現(xiàn)場(chǎng)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(shù)實(shí)時(shí)采集后通過RS-232串口通信模塊將數(shù)據(jù)送往DTU通信模塊；同時(shí)，還可通過該通信模塊接收調(diào)度中心的指令。
（2）GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分 在對(duì)DTU通信模塊進(jìn)行配置時(shí)預(yù)先輸入數(shù)據(jù)中心的固定IP地址、采集數(shù)據(jù)命令，采集時(shí)間間隔等必要參數(shù)，同時(shí)，也可以遠(yuǎn)程設(shè)置相關(guān)參數(shù)。DTU通信模塊收到控制器發(fā)來的數(shù)據(jù)后，把這些數(shù)據(jù)送到前面設(shè)置的IP地址網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，通過端口映射轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。DTU發(fā)送數(shù)據(jù)的過程為：數(shù)據(jù)送到中國(guó)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)中，然后再經(jīng)過Internet，最后在數(shù)據(jù)中心通過接入專線或?qū)拵芴?hào)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器接收，接收服務(wù)器完成數(shù)據(jù)處理，寫庫(kù)，轉(zhuǎn)發(fā)等一系列工作。
（3）調(diào)度室數(shù)據(jù)中心 由Internet接入設(shè)備，接收服務(wù)器、防火墻、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、終端管理工作站，數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器等設(shè)備完成。接收服務(wù)器通過internet接入設(shè)備接收來自各換熱站的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)分析，寫庫(kù)，轉(zhuǎn)發(fā)等工作。
四、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
該系統(tǒng)主要是通過INBAND GPRS DTU和移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)來完成。DTU主要完成PLC或RTU與調(diào)度中心數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)發(fā)的任務(wù)，同時(shí)也是與移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)的工作接口。
◇ 本方案是通過Internet（CMNET）實(shí)現(xiàn)的，這樣用戶的實(shí)現(xiàn)成本比較低。如需要高可靠性數(shù)據(jù)傳輸。中國(guó)移動(dòng)為這種應(yīng)用提供了直接接入GPRS網(wǎng)絡(luò)的方式。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過ADSL+DNS動(dòng)態(tài)域名接入INTERNET。各熱交換站點(diǎn)數(shù)據(jù)由DNS服務(wù)器路由到Internet網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)DTU采用移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)專用的SIM卡（APN為CMNET）。采用這種方式組成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)性好、造價(jià)低的特點(diǎn)。
◇ 數(shù)據(jù)發(fā)送目的地，即數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)接收服務(wù)器。
◇ 與PLC的接口參數(shù)，包括波特率、停止位、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、流控制。
◇ INBAND GPRS DTU對(duì)于不同地區(qū)GPRS網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的一些參數(shù)配置。
數(shù)據(jù)經(jīng)DTU發(fā)送到移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)上的CGSN后，移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet有通道接口，因此，移動(dòng)CGSN服務(wù)器可將數(shù)據(jù)經(jīng)Internet再轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。
移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸送來的各換熱站數(shù)據(jù)經(jīng)DNS域名，通過GPRS Modem信號(hào)解調(diào)經(jīng)防火墻檢測(cè)后送達(dá)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，再將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到指定的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)接收處理，與此同時(shí)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器擔(dān)負(fù)著向各換熱站發(fā)送相應(yīng)控制指令數(shù)據(jù)的任務(wù)。各工作站從數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上取得數(shù)據(jù)在各自的人機(jī)界面軟件上完成對(duì)各換熱站的監(jiān)視控制、報(bào)警、歷史曲線等功能。
此外，在調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與全廠MIS網(wǎng)絡(luò)連接，負(fù)責(zé)把熱網(wǎng)的各種運(yùn)行參數(shù)送到MIS網(wǎng)上，供上一級(jí)相應(yīng)MIS軟件完成數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等功能，大大提高熱網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。在這里，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與MIS網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)接口選用三維力控OPC，該接口使用方便、調(diào)試配置十分簡(jiǎn)單。
五、系統(tǒng)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(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力、流量、液位信號(hào)的采集；現(xiàn)場(chǎng)各調(diào)節(jié)閥的控制；現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)、變頻器的控制及運(yùn)行監(jiān)視。在換熱站中，通過觸摸屏簡(jiǎn)單易行的完成人機(jī)交互，控制各種設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥及各種電機(jī)的控制，設(shè)計(jì)了就地控制、觸摸屏控制、遠(yuǎn)程調(diào)度中心控制三種方式。
◇ 根據(jù)室外氣象溫度和二次網(wǎng)的供回水平均溫度調(diào)節(jié)一次網(wǎng)供水或回水管道上電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而改變一次網(wǎng)進(jìn)換熱器的流量，保證二次網(wǎng)的供熱量。
◇ 根據(jù)室外氣象溫度、二次網(wǎng)的供回水溫度、供回水壓力共五個(gè)參數(shù)，來通過變頻器調(diào)整循環(huán)水泵的運(yùn)行頻率，從而改變二次網(wǎng)的運(yùn)行流量。
◇ 根據(jù)恒壓點(diǎn)的實(shí)測(cè)壓力值與設(shè)定壓力值的比較偏差，來通過變頻器改變補(bǔ)水泵的運(yùn)行頻率，保證恒壓點(diǎn)的壓力恒定。
◇ 其中，室外氣象溫度數(shù)據(jù)采用各新機(jī)組室外溫度加權(quán)平均后經(jīng)中心站處理后送往各改造機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)控制。
六、系統(tǒng)功能與特點(diǎn)
功能：
該供暖監(jiān)控系統(tǒng)（GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控）主要完成對(duì)工藝流程的監(jiān)測(cè)、控制以及數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、分析以及報(bào)表打印等任務(wù)。
◇ 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(shù)、所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及各控制回路的詳細(xì)參數(shù)等；
◇ 調(diào)節(jié)回路顯示：包括所有調(diào)節(jié)回路，可修改設(shè)定值、控制方式、調(diào)節(jié)參數(shù)等，并有實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖便于進(jìn)行PID回路整定；
◇ 設(shè)定值顯示：包括所有必需參數(shù)的設(shè)定值、控制方式、調(diào)節(jié)參數(shù)以及其它聯(lián)鎖值、報(bào)警值等；
◇ 報(bào)表顯示和打?。翰捎昧薉DE技術(shù)，從而使用戶能夠直接使用Excel編制報(bào)表，借助Excel的強(qiáng)大功能，用戶可以隨心所欲地編制各種各樣的報(bào)表；
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