馬 榮 伊寧市自來水公司 新疆伊寧 835000

?

GPRS通信技術(shù)在水廠SCADA調(diào)度系統(tǒng)中的應用設(shè)計

馬 榮 伊寧市自來水公司 新疆伊寧 835000

【文章摘要】

目前GPRS網(wǎng)絡經(jīng)過通信部門的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡。GSM/GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點，而且設(shè)備安裝方便、維護簡單。本文采用GPRS通信方式完美解決了水廠調(diào)度系統(tǒng)分散的泵站數(shù)據(jù)傳輸，供水管網(wǎng)壓力監(jiān)測站要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制的接入需求。通過實際運行表明，應用該技術(shù)后性能穩(wěn)定可靠，同時數(shù)據(jù)傳輸故障率降低，保障了水廠SCADA調(diào)度系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實時性。

【關(guān)鍵詞】

GPRS；通信技術(shù)；SCADA系統(tǒng)

0　前言

SCADA調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

由于城市供水水源井和管網(wǎng)壓力監(jiān)測站分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠，個別站點還地處偏僻，因此架設(shè)光纜難度大、費用高，而且有些地方由于地理位置偏遠線路難以到達，況且采用有線線路時，運營成本較高，不切合實際，不便于大規(guī)模使用；與之相比，無線GPRS通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設(shè)周期短、運行維護簡單、性價比高等優(yōu)點。

1　系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

分散在城市不同地方的采集系統(tǒng)負責泵站的數(shù)據(jù)采集，然后通過GPRS模塊把數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。裝有組態(tài)軟件的上位機系統(tǒng)將傳回來的數(shù)據(jù)進行處理，對不合理的數(shù)據(jù)發(fā)出報警，報警畫面將會有報警燈閃爍，揚聲器發(fā)出報警聲音，同時GPRS短信模塊發(fā)出短信告知維修人員泵站發(fā)生報警。組態(tài)軟件里的數(shù)據(jù)庫把GPRS模塊傳回來的數(shù)據(jù)按一定時間間隔存盤，利用報表可以把實時的和歷史的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計以及利用趨勢曲線進行數(shù)據(jù)的分析。

2　調(diào)度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

2.1水廠SCADA調(diào)度系統(tǒng)的組成

伊寧市供水SCADA調(diào)度系統(tǒng)中，以地下水為水源，水源井分散分布，SCADA調(diào)度系統(tǒng)由一個調(diào)度中心、多個水源井監(jiān)測站和管網(wǎng)壓力監(jiān)測站組成。SCADA調(diào)度系統(tǒng)主要由工控機、GPRS通信和互聯(lián)網(wǎng)、PLC、變頻器、儀表、水泵電機、報警裝置等設(shè)備組成。

2.2遠程實時監(jiān)測功能

該系統(tǒng)可通過工控機實時監(jiān)測和記錄各水泵電機的三相電壓、三相電流、功率、耗電量、運行時間、水井水位、管道流量和壓力等參數(shù)，整個運行過程可實現(xiàn)無人值守。

2.3管理功能

伊寧市供水SCADA調(diào)度系統(tǒng)中用的工控軟件為北京三維力控組態(tài)軟件，可以動畫、圖表形式模擬生產(chǎn)現(xiàn)場，并對接收到的各種數(shù)據(jù)建立實時數(shù)據(jù)庫、進行數(shù)據(jù)分析、自動生成各種生產(chǎn)報表等。可對歷史數(shù)據(jù)和報表進行備份、查詢、記錄和打印等。

3　GPRS通信技術(shù)原理

本系統(tǒng)的遠程控制是通過GPRS通信和互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)監(jiān)控終端PLC與GPRS模塊連接，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心主機與互聯(lián)網(wǎng)絡連接。在GPRS模塊上實現(xiàn)UDP/IP協(xié)議，在調(diào)度中心主機上安裝軟件，調(diào)度中心必須擁有公網(wǎng)固定IP地址。GPRS模塊登錄上GSM網(wǎng)絡后，自動連接到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，向數(shù)據(jù)監(jiān)控中心報告其IP地址，并保持和維護鏈路的連接。這樣，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心和GPRS模塊之間就可以通過IP地址用UDP/IP協(xié)議進行雙向數(shù)據(jù)通信。GPRS（General Packet Radio Service）通用分組無線業(yè)務，是一種基于數(shù)據(jù)包的無線通信服務。它的采用可使通訊速率上升到15Kbps，并且支持計算機和移動用戶的持續(xù)連接。GPRS也是基于GSM網(wǎng)絡的通信，其信道是共享使用的，在需要的時候才有包產(chǎn)生，因此比專用的連接要節(jié)省很多資源。

4　系統(tǒng)組態(tài)軟件設(shè)計

本設(shè)計所選用的組態(tài)軟件是北京三維力控科技有限公司的力控6.1，該軟件具有豐富而高效的數(shù)據(jù)采集手段，逼真的圖形系統(tǒng)，強大的數(shù)據(jù)處理功能，豐富的組件對象，周密的安全管理，方便的Web發(fā)布功能。其中三維力控組態(tài)軟件CommBridge擴展程序，用于遠程接收通過GPRS和互聯(lián)網(wǎng)絡傳輸?shù)碾娏?、電壓、電量、瞬時流量、累計流量、液位、壓力、開關(guān)信號等，并將其存入SQL數(shù)據(jù)庫。組態(tài)軟件同時管理IP服務器與遠程各GPRS采集點間的命令頒布、執(zhí)行和接收諸事件，實現(xiàn)一種動態(tài)雙向管理；組態(tài)軟件可進行數(shù)據(jù)分析，如噸水耗電量、設(shè)備運行時間、供水壓力曲線、水供水查詢管理、生產(chǎn)報表、歷史數(shù)據(jù)查詢、報表打印等。

5　硬件系統(tǒng)的設(shè)計

5.1主要儀表設(shè)計

壓力傳感器負責采集出口壓力數(shù)據(jù)，水位傳感器采集地下水位數(shù)據(jù)，并通過4-20mA標準信號傳送給PLC的AI通道。變頻器將異常報警信號通過開關(guān)量傳送給PLC的DI通道。三相智能電力儀表對電壓、電流、電能進行測量，電磁流量計對瞬時和累計流量進行測量，通過RS-485接口把數(shù)據(jù)傳至PLC，PLC將模擬量、數(shù)字量數(shù)據(jù)以及RS-485數(shù)據(jù)進行處理，然后通過PLC的另外一個RS-485接口把處理過的數(shù)據(jù)傳給GPRS模塊。GPRS模塊通過GPRS網(wǎng)絡和因特網(wǎng)相連，把數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心。

5.2PLC與變頻器

PLC主要實現(xiàn)計算機對電機的遠程控制，其類型較多，如施耐德、歐姆龍、西門子系列等均可選用。本次供水項目選用西門子系列的S7- 224XP。S7-224PLC有14個輸入點和10個輸出點，2個RS485通信接口，其中接口0用于Modbus-RTU遠程通信，接口1用于現(xiàn)場儀表如電能表、流量計與PLC的通信，其中編程是波特率必須一致，通信地址不能一樣。而對于一般水源井完全能滿足控制要求。目前伊寧市供水系統(tǒng)中選用的變頻器的為ABB和丹佛斯。這兩種變頻器輸入?yún)?shù)少、操作簡單、故障率低、維護方便。

5.3GPRS模塊（DTU）

對DTU安裝數(shù)據(jù)卡后可實現(xiàn)無線上網(wǎng)的功能。產(chǎn)品類型也較多，本設(shè)計中采用深圳宏電H7710。GPRS模塊一般提供RS485接口，現(xiàn)場與PLC以及帶RS485通信協(xié)議的儀表連接。一旦通過模塊連接上互聯(lián)網(wǎng)，采集到的數(shù)據(jù)就可以用UDP/IP傳輸方式發(fā)送到任意一個具有公網(wǎng) IP地址的主機上去，從而實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的無線傳輸。有些DTU可支持多路模擬量、開關(guān)量、繼電器信號的接入，然后直接通過GPRS無線模塊將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與遠程控制中心連接，將采集數(shù)據(jù)實時發(fā)送到遠程數(shù)據(jù)庫服務器，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。通過該GPRS模塊，即使在遠離觀測現(xiàn)場的異地，也能方便地對各種數(shù)據(jù)如流量、壓力等的采集讀取，真正實現(xiàn)了遠程監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享的功能。除數(shù)據(jù)遠程采集、實時監(jiān)控外，DTU還可實現(xiàn)遠程手機報警，并通過用戶手機遠程控制現(xiàn)場設(shè)備。

6　結(jié)語

本文對于新疆區(qū)域大部分一級水源井距離遠，水廠分散的自來水公司有很好的借鑒。本文將GPRS技術(shù)運用到供水監(jiān)測與調(diào)度系統(tǒng)中，發(fā)揮了GPRS技術(shù)使用方便、使用成本低等特點，并解決了泵站和壓力監(jiān)測點分散，敷設(shè)有線線路困難的問題，實現(xiàn)了對各個泵站設(shè)備的遠程監(jiān)控。本系統(tǒng)中GPRS數(shù)據(jù)通信方式不僅可以應用于供水監(jiān)測與調(diào)度系統(tǒng)，稍加改動，還可以運用于路燈巡檢、能耗監(jiān)控等系統(tǒng)，具有很好的發(fā)展前景。

【參考文獻】

［1］張東亮等.GPRS數(shù)據(jù)通信在天津沿海潮位監(jiān)測系統(tǒng)中的應用.海洋技術(shù)，2006，25（4）.

［2］王樹東等.基于GPRS技術(shù)和PLC的閘門監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn).中國給水排，2009，25（2）.

［3］齊利民等.可遠程監(jiān)控的變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng).山東煤炭科技，2006（1）.

［4］馬樹升.鄉(xiāng)鎮(zhèn)供排水.中國水利水電出版社，1999.

［5］孫啟法.GPRS數(shù)據(jù)通信在恒壓供水遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應用.山東農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版）2007，38（2）.