GPRS無(wú)線(xiàn)熱力監控系統

摘    要：本文提出了一種基于GPRS 的無(wú)線(xiàn)熱力監控系統設計原理和實(shí)現方案，簡(jiǎn)要介紹了GPRS 技術(shù)的基本知識，描述了GPRS 無(wú)線(xiàn)傳輸應用于電力數據傳輸的實(shí)現方法。通過(guò)實(shí)際應用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：GPRS；DDN；熱力；無(wú)線(xiàn)；數據監控；熱力站控制；

一、背景介紹

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(yōu)越性的充分發(fā)揮。主要反映在：缺少全面的參數測量手段，無(wú)法對運行工況進(jìn)行系統的分析判斷，系統運行工況失調難以消除，造成用戶(hù)冷熱不均，供熱參數未能在合適工況下運行，供熱量與需熱量不匹配，運行數據不全，難以實(shí)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(shù)水平，來(lái)實(shí)現各換熱站現場(chǎng)參數的采集、調度室與各換熱站的數據實(shí)時(shí)通訊控制，有效提高供熱系統的自動(dòng)化控制水平，并且提高供熱行業(yè)的管理水平。供熱工程中的自動(dòng)控制對于保證供熱系統正常供熱、安全運行、經(jīng)濟節能、環(huán)境保護具有十分重要的作用。

城市供熱系統是由熱源、熱網(wǎng)、熱用戶(hù)(工業(yè)印染廠(chǎng)、室內采暖等)組成的龐大、封閉、復雜的循環(huán)系統。隨著(zhù)城市供熱管網(wǎng)建設的高速發(fā)展，由單一熱源到多熱源，管網(wǎng)規模和設備數量不斷擴大，熱用戶(hù)急劇增長(cháng)。如何有效管理城市供熱系統的設施設備，提高熱網(wǎng)運行效率，節約能源，滿(mǎn)足用戶(hù)需求成為擺在城市供熱部門(mén)面前急需解決的問(wèn)題。

二、同類(lèi)方案對比

1、電話(huà)撥號方案：即每個(gè)熱力站申請一條專(zhuān)用的普通電話(huà)線(xiàn)即可，監控中心按每條電話(huà)線(xiàn)控制10個(gè)換熱站適當申請電話(huà)線(xiàn)，另外單獨申請一條專(zhuān)用的普通電話(huà)線(xiàn)用于報警。該種方式實(shí)施簡(jiǎn)單，投資低，運行費用不高，但實(shí)時(shí)性和擴展性較差，輪巡周期為30分鐘左右，是一種可行的通訊方案。

2、GPRS在線(xiàn)方案：GPRS在線(xiàn)方案是撥號方案的改進(jìn)，是在GSM網(wǎng)上利用虛擬專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)和通信系統技術(shù)進(jìn)步的結果。他在每個(gè)熱力站安裝一個(gè)GPRS通信控制器，通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)時(shí)在線(xiàn)完成通信控制任務(wù)。

三、本方案優(yōu)勢

GPRS無(wú)線(xiàn)熱力監控系統具備如下特點(diǎn)：　　

1、建設周期短，成本低：

GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可為熱力監控系統提供了簡(jiǎn)單有效的通信傳輸手段。中國移動(dòng)GPRS系統可提供廣域的無(wú)線(xiàn)IP連接。在移動(dòng)通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構建熱力監控系統，實(shí)現熱能數據的無(wú)線(xiàn)數據傳輸具有可充分利用現有網(wǎng)絡(luò )，縮短建設周期，降低建設成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設備安裝方便、維護簡(jiǎn)單。 

2、實(shí)時(shí)性強： 

由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線(xiàn)特性，系統無(wú)時(shí)延，無(wú)需輪巡就可以同步接收、處理所有數據采集點(diǎn)的數據，可很好的滿(mǎn)足系統對數據采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

3、可對熱力設備進(jìn)行遠程控制： 

通過(guò)GPRS雙向通訊方式還可實(shí)現對熱力設備進(jìn)行遠程控制，進(jìn)行參數調整、開(kāi)關(guān)等控制作用。

4、系統的傳輸容量大： 

熱力數據中心要和每一個(gè)數據采集點(diǎn)保持實(shí)時(shí)連接。由于熱力數據采集點(diǎn)數量眾多，系統要求能滿(mǎn)足突發(fā)性數據傳輸的需要，而GPRS技術(shù)能很好地滿(mǎn)足傳輸突發(fā)性數據的需要。 

5、數據傳送速率高： 

每個(gè)熱力數據采集點(diǎn)每次數據傳輸量在10Kbps之內。GPRS網(wǎng)絡(luò )傳送速率理論上可達171.2kbit/s，目前GPRS實(shí)際數據傳輸速率在40Kbps左右，滿(mǎn)足本系統數據傳輸速率（≥10Kbps）的需求。 

6、通信費用低：采用包月計費方式，運營(yíng)成本低。 

7、系統易于擴展和維護。

由于GPRS通信是基于IP地址的數據分組通信網(wǎng)絡(luò )，因此監測中心計算機需要一個(gè)固定的IP地址或固定的域名，各個(gè)熱力數據采集點(diǎn)采用GPRS模塊通過(guò)IP地址或域名來(lái)訪(fǎng)問(wèn)該主機，從而進(jìn)行數據通信。 　

四、 系統組成

（圖一）GPRS無(wú)線(xiàn)熱力監控系統

一個(gè)完整的熱力監控系統如上圖所示，在物理層面上它主要由五部分組成：監控指揮中心、通訊網(wǎng)絡(luò )、現場(chǎng)監控設備、輔助監控設備，熱網(wǎng)監測系統采用分布式計算機系統結構。即中央與本地分工協(xié)作監控方法。中央控制室只負責全網(wǎng)參數的監視、本地控制方式的調整和總供熱量、總循環(huán)流量的自動(dòng)調控。本地的熱力站機組根據中央指定的控制方式完成現場(chǎng)自動(dòng)調節控制功能。概括起來(lái)也可以叫做：“中央監測，統一調度，現場(chǎng)控制”。以下根據監控系統的四部分組成，分別進(jìn)行介紹。

1.、監控指揮中心

監控中心的軟件平臺采用熱網(wǎng)控制系統，可輕松支持遠程訪(fǎng)問(wèn)與控制，不論通過(guò)PSTN電話(huà)網(wǎng)、GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)、Internet或內部局域網(wǎng)，任何一臺經(jīng)過(guò)授權的工作站都可瀏覽查詢(xún)現場(chǎng)的工況和數據并進(jìn)行控制指令發(fā)送。控制中心的管理計算機不斷的采集現場(chǎng)控制機的數據，監測現場(chǎng)控制機的運行情況并指導操作員進(jìn)行操作。該計算機還向現場(chǎng)控制機發(fā)送控制和參數設置指令。操作員從控制中心通過(guò)該系統能夠方便地得到子站運行的數據并向子站下達指令。

2、通訊網(wǎng)絡(luò )

通訊是整個(gè)熱網(wǎng)控制系統聯(lián)絡(luò )的樞紐，各個(gè)熱力站、熱源、管道監控節點(diǎn)和泵站通過(guò)通訊系統形成一個(gè)統一的整體。為了實(shí)現運行數據的集中監測、控制、調度，必須建立連接所有監控點(diǎn)的通訊網(wǎng)絡(luò )。

3、現場(chǎng)監控設備

現場(chǎng)控制機是集散型控制系統的終端環(huán)節，既可獨立工作，也可以接受中央管理工作站的監督指導。現場(chǎng)控制機與其所控系統內的傳感器、執行器及被控設備組成了一個(gè)相對獨立的控制單元。現場(chǎng)控制機的主要功能如下：

1) 參數檢測：主要完成管網(wǎng)現場(chǎng)過(guò)程的模擬量（如溫度、壓力、熱量等）、狀態(tài)量（如泵的狀態(tài)、溫度等）及脈沖量的測量。

2) 數據存儲：由于熱網(wǎng)運行的大量性，和控制系統的非實(shí)時(shí)性，要求現場(chǎng)控制設備能按指定的時(shí)間間隔進(jìn)行參數存儲，一般情況下這些參數通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò )定期傳輸到監控中心的服務(wù)器中。

3) 通訊：現場(chǎng)控制設備必須能夠在主動(dòng)或被動(dòng)方式下與監控中心通過(guò)某種通訊網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行數據通信，以便監控中心能了解系統的整個(gè)運行狀況，做到系統協(xié)調優(yōu)化運行。

4) 顯示操作功能：現場(chǎng)控制設備具備液晶顯示和操作界面，以方便運行人員在現場(chǎng)對運行狀況一目了然，同時(shí)可以人工直接控制調節系統運行工況。

4、輔助監控設備

一般情況下，每個(gè)按換熱站劃分的供熱區域應當根據供熱面積的大小并根據管網(wǎng)阻力大小及不利狀況安置2~6個(gè)室內溫度采集器，并利用其數據指導控制系統的運行如下圖

（圖二）系統拓撲圖

該系統利用完善的GPRS網(wǎng)絡(luò )和優(yōu)越的GPRS無(wú)線(xiàn)數傳終端作為主站與終端的信息交換，它備了遙測、遙控、遙信的強大監控功能，克服了其它通訊方式監控系統的弊端，保證了系統有效、實(shí)時(shí)、可靠的運行。

五、總結

熱網(wǎng)控制的目的是用較經(jīng)濟的手段將需要的熱能安全地送到需要它的地方。由于供熱是要在城市中保證熱量的終端用戶(hù)的室內溫度，因此利用GPRS無(wú)線(xiàn)熱力監控系統監測供熱用戶(hù)的室內溫度是否達到要求就成為必要，GPRS技術(shù)的使用將使換熱站的自動(dòng)化控制有質(zhì)的飛躍。