基于GPRS的自來水遠程監控系統

摘要:利用GPRS無線數據網為數據通信平臺，實現自來水泵房的遠程數據采集，監測，傳輸以及控制，從而達到對遠端泵房無人職守的目的。

關鍵詞:GPRS;遠程監控系統;無線組網

中圖分類號:TP273文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)02-460-02

GPRS-based Remote Monitoring System of Water

GAO Zhi-lin1，2， WANG Jin-hai1

(1.Tianjin Polytechnic University， School of Information， Tianjin 300160， China; 2.Langfang Advanced Technician School， Langfang 065000， China)

Abstract: The use of GPRS wireless data network for data communication platform to achieve water pumping station for remote data collection， monitoring， transmission and control to achieve the right purpose of a remote pumping station unattended.

Key words: GPRS; remote monitoring system; wireless networking

隨著科學技術的發展，人類社會已進入信息時代。水利信息化建設，就是充分利用現代信息技術，開發和利用水利信息資源，包括對水利相關數據進行采集、傳輸、存儲、處理和利用，同時，為了更好的提高效率，節省人力資源，也要對供水相關設施進行遠程控制及監測，提高水利信息資源的應用水平和共享程度，從而全面提高水利建設和水務處理的效能及效益。中小城市自來水泵房遠端監控系統就是在這一背景下提出的，是我國水利信息化建設的重要組成部分。本系統利用現有信息監測設備，以中國移動GPRS無線數據網為數據通信平臺，實現城市內各個大的自來水泵房的遠程數據采集，監測，傳輸以及控制，從而達到對遠端泵房無人職守的目的。

1 GPRS介紹

GPRS是通用分組無線業務(GeneralPacketRadio 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網絡組建的自來水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;數據中心需固定IP，向固定IP透明傳輸數據。如圖1所示。

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。

2 系統控制方案選擇及功能

跟據控制點要求，選擇德國萬可電子公司的遠程IO系列產品，結合深圳宏電GPRS功能做到智能無線傳輸。上位控制中心采用國產優秀軟件組態王，進行上位畫面的制作。整個系統通過現場采集站(遠程IO站)采集一次儀表的數據，并將采集到的數據通過GPRS模塊發送到數據中心，同時在數據中心上進行歷史數據的備份存儲。從而達到系統數據的實時性和完整性。現場站具有故障報警功能，保存報警記錄，在手動運行模式下，操作工可通過控制中心啟停、調節現場設備。系統結構圖及功能簡介如圖2。

圖例功能說明:

下位機分別有溫度傳感器，流量計，電流互感器，接觸器，紅外報警器等設備。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，并實現溫度超限報警的功能;

2) 流量計使用智能流量計，直接通過RS232同監測控制器通訊，來交換數據;

3) 電流互感器測量泵各個相的電流值，并把該數據遠傳至數據中心，實現各個相電流的實時檢測，并根據設定值實現報警;

4) 監測控制器控制泵交流接觸器的動作，實現泵的遠程開關動作，并且根據交流接觸器的狀態，判斷當前泵的啟停狀態，以判斷當前泵能否啟動;

5) 紅外報警器主要是判斷泵房中的非法闖入報警，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據經過GPRS無線網絡進行傳送，上行數據經無線網絡傳送至監控中心接收服務器，服務器把數據做篩選，判斷，分類后，寫入數據庫，客戶端計算機如果需要瀏覽數據，則向數據庫服務器查詢所需數據，并形成相關報表，報警，曲線等直觀顯示界面，以供客戶瀏覽。

3 上位軟件部分介紹

本軟件完全基于網絡的概念，是一種真正的客戶—服務器模式，支持分布式歷史數據庫和分布式報警系統，可運行在基于TCP/IP網絡協議的網上，使用戶能夠實現上、下位機以及更高層次的廠級連網。

TCP/IP網絡協議提供了在不同硬件體系結構和操作系統的計算機組成的網絡上進行通信的能力。一臺PC機通過TCP/IP網絡協議可以和多個遠程計算機(即遠程節點)進行通訊。

本軟件的網絡結構是一種柔性結構，可以將整個應用程序分配給多個服務器，可以引用遠程站點的變量到本地使用(顯示、計算等)，這樣可以提高項目的整體容量結構并改善系統的性能。服務器的分配可以是基于項目中物理設備結構或不同的功能，用戶可以根據系統需要設立專門的IO服務器、歷史數據服務器、報警服務器、登錄服務器等。下面先介紹一下這幾種服務器的含義:

IO服務器:負責進行數據采集的站點，一旦某個站點被定義為IO服務器，該站點便負責數據的采集。如果某個站點雖然連接了設備，但沒有定義其為IO服務器，那這個站點的數據照樣進行采集，只是不向網絡上發布。IO服務器可以按照需要設置為一個或多個。

報警服務器:存儲報警信息的站點，一旦某個站點被指定為一個或多個IO服務器的報警服務器，系統運行時，IO服務器上產生的報警信息將通過網絡傳輸到指定的報警服務器上，經報警服務器驗證后，產生和記錄報警信息。報警服務器可以按照需要設置為一個或多個。報警服務器上的報警組配置應當是報警服務器和與其相關的I/O服務器上報警組的合集。如果一個IO服務器不做為報警服務器，系統中也沒有報警服務器，系統運行時，該IO服務器的報警窗上不會看到報警信息。

歷史記錄服務器:與報警服務器相同，一旦某個站點被指定為一個或多個IO服務器的歷史數據服務器，系統運行時，IO服務器上需要記錄的歷史數據便被傳送到歷史數據服務器站點上，保存起來。對于一個系統網絡來說，建議用戶只定義一個歷史數據服務器，否則會出現客戶端查不到歷史數據的現象。

登錄服務器:登錄服務器在整個系統網絡中是唯一的。它擁有網絡中唯一的用戶列表，其它站點上的用戶列表在正常運行的整個網絡中將不再起作用。所以用戶應該在登錄服務器上建立最完整的用戶列表。當用戶在網絡的任何一個站點上登錄時，系統調用該用戶列表，登錄信息被傳送到登錄服務器上，經驗證后，產生登錄事件。然后，登錄事件將被傳送到該登錄服務器的報警服務器上保存和顯示。這樣，保證了整個系統的安全性。另外，系統網絡中工作站的啟動、退出事件也被先傳送到登錄服務器上進行驗證，然后傳到該登錄服務器的報警服務器上保存和顯示。

客戶:如果某個站點被指定為客戶，可以訪問其指定的IO服務器、報警服務器、歷史數據服務器上的數據。一個站點被定義為服務器的同時，也可以被指定為其它服務器的客戶。

一個工作站站點可以充當多種服務器功能，如I/O服務器可以被同時指定為報警服務器、歷史數據服務器、登錄服務器等。報警服務器可以同時作為歷史數據服務器、登錄服務器等。

4 結束語

本系統具有技術先進、可靠性高、實效性強等特點，可方便、快捷地實現城市自來水泵房的實時數據采集和遠程控制。本系統現已實施一年多，為公司節省了人力、物力，對于整個城市目前以及將來的水利信息建設必將有深遠的意義。

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