GPRS技術(shù)在熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉哲

（秦皇島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)動力公司，河北 秦皇島 066200）

1 引言

我國北方地區(qū)冬季供暖普遍采用集中供熱方式。通常一個城市有幾個區(qū)域供熱網(wǎng)，一個區(qū)域供熱網(wǎng)包含有幾十個到上百個換熱站。為了使熱網(wǎng)盡可能地在最佳工況下穩(wěn)定運行，熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)需要將各換熱站的運行數(shù)據(jù)傳送給調(diào)度中心，以便調(diào)度人員隨時了解各換熱站的工作狀況和有關(guān)信息，實現(xiàn)全網(wǎng)的熱能統(tǒng)一調(diào)配。 熱網(wǎng)的特點是點多面廣，距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場情況千差萬別。因此，我國多數(shù)城市的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)都沒有專門鋪設(shè)通信線路，而是采用數(shù)傳電臺或電話線撥號上網(wǎng)。采用數(shù)傳電臺作通信設(shè)備，需要向無線電管委會申請專用頻點，易受風(fēng)雨雷電的影響，需要人工巡查維護，并且由于體積大和發(fā)射功率大，易對儀表運行造成干擾。利用電話線撥號上網(wǎng)方式，雖然安裝費用低，但運行期間電話費很高，速度不穩(wěn)定，也無法很好的滿足系統(tǒng)需要。 針對上述兩種通信方式存在的不足，本文采用GPRS無線通信方式予以解決。GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展的一種新的承載業(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)。現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)可以提供全面的GPRS覆蓋。GPRS網(wǎng)絡(luò)具有如下特點：永遠(yuǎn)在線、按流量計費、高速傳輸、組網(wǎng)簡單靈活、維護便捷、使用安全。因此，使用GPRS構(gòu)建熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，可以充分彌補現(xiàn)有通信方式的不足。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與總體方案設(shè)計

熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由換熱站現(xiàn)場測控設(shè)備、GPRS通訊終端和調(diào)度中心組成。監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程一般分為以下幾個步驟：(1)現(xiàn)場測控設(shè)備實時采集熱網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理、分析，根據(jù)分析結(jié)果對換熱站設(shè)備的運行狀態(tài)進行調(diào)節(jié)；(2)響應(yīng)GPRS通訊終端的數(shù)據(jù)發(fā)送請求，將采集處理后的數(shù)據(jù)上傳給通訊終端。通訊終端將數(shù)據(jù)打成IP包，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)Internet發(fā)送至調(diào)度中心；(3)調(diào)度中心軟件將IP包解包，還原數(shù)據(jù)，并根據(jù)熱網(wǎng)總體運行情況實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。本文主要設(shè)計通訊終端和調(diào)度中心兩部分。設(shè)計的主要內(nèi)容包括終端硬件電路設(shè)計、TCP/IP協(xié)議處理、終端與調(diào)度中心的互聯(lián)、調(diào)度中心的網(wǎng)絡(luò)接入與功能實現(xiàn)等。

3 GPRS通訊終端設(shè)計

3.1 硬件電路設(shè)計

通訊終端的硬件結(jié)構(gòu)其中最主要的是微處理器和GPRS模塊。本設(shè)計采用Philips LPC2106作為微處理器，它是一個支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S CPU。考慮到其內(nèi)部已帶有一個64KB的SRAM和一個128KB的高速Flash，因此無需外擴存儲器。 GPRS模塊選用Siemens MC39i，可工作于EGSM900和GSM1800兩種模式，支持語音、短消息、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和傳真等。模塊內(nèi)集成天線、RF和基帶處理器等，支持標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，外接SIM卡。它支持AT指令集，與微處理器的接口比較簡單。本系統(tǒng)擴展了RS232和RS485通訊接口，采用LPC2106的UART0口來實現(xiàn)。RS232接口用于終端與PC機進行通訊，主要用于系統(tǒng)調(diào)試；RS485接口用于終端與用戶設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊。整個系統(tǒng)的輸入電壓為高質(zhì)量的5V直流穩(wěn)壓電源，共需要4種電壓。CPU內(nèi)核電壓為1.8V，I/O口電壓為3.3V；MC39i電壓范圍是3.3～4.8V，取4.3V供電；其余部分5V供電。

3.2 終端軟件設(shè)計

終端軟件設(shè)計采用在嵌入式實時操作系統(tǒng)下編程的方法，軟件結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個功能模塊：終端初始化模塊、GPRS通信初始化模塊、TCP/IP協(xié)議處理模塊和應(yīng)用程序模塊等。為了節(jié)省費用，通信終端采用了動態(tài)IP地址分配方式，即終端每次上電后GPRS網(wǎng)絡(luò)為其分配動態(tài)IP地址和端口號，終端將此動態(tài)IP地址和端口號發(fā)給調(diào)度中心，以便于調(diào)度中心訪問。終端需要定時向調(diào)度中心注冊，以維持先前動態(tài)分配的IP地址和端口號。終端上電或復(fù)位后，首先等待參數(shù)配置命令，如果收到配置命令，則進入配置狀態(tài)；否則，讀取片內(nèi)用戶Flash中保存的配置信息。接著通過串口向GPRS無線模塊發(fā)送相應(yīng)的AT指令，GPRS終端開始進行撥號和PPP協(xié)商過程。當(dāng)PPP協(xié)商成功，無線模塊登錄網(wǎng)絡(luò)成功后，系統(tǒng)通過加載PPP/TCP/UDP/IP等協(xié)議，同中心建立起Socket連接，數(shù)據(jù)的雙向傳輸通道建立，系統(tǒng)進入發(fā)送接收用戶數(shù)據(jù)、監(jiān)測上報故障和定時向中心注冊的循環(huán)狀態(tài)。

4 調(diào)度中心設(shè)計

調(diào)度中心的主要功能是：接收各換熱站通訊終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理；保存各終端的動態(tài)IP地址，監(jiān)視各終端的狀態(tài)；維護熱網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，提供用戶數(shù)據(jù)查詢、打印報表；實現(xiàn)調(diào)度與遠(yuǎn)程控制等。這些主要功能由軟件實現(xiàn)，使用了VB6.0進行開發(fā)。軟件設(shè)計主要包括6個相對獨立的功能模塊：實時監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、換熱站自動上傳報警信號處理模塊。調(diào)度中心有以下幾種組網(wǎng)方式：光纖專線方式；ADSL方式，中心需要申請一個固定的IP地址，或使用動態(tài)IP地址 域名；GPRS MODEM方式，使用SIM卡綁定固定IP地址的方式。本系統(tǒng)采用ADSL固定IP地址的接入方式。在對GPRS通訊終端進行配置時，寫入這個固定的IP地址，這樣終端一開機就能自動與調(diào)度中心進行通信。

5 結(jié)語

城市集中供熱行業(yè)中，利用計算機技術(shù)監(jiān)控?zé)峋W(wǎng)的運行可實現(xiàn)能源的充分利用，減小環(huán)境污染。同數(shù)傳電臺相比，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)可靠性高，在建設(shè)成本和維護成本上都有很大的優(yōu)勢，對于供熱企業(yè)提高工作效率和生產(chǎn)管理水平、保證供熱質(zhì)量和熱網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重大的現(xiàn)實意義和廣泛的應(yīng)用價值。隨著GPRS網(wǎng)絡(luò)的完善和費用的進一步降低，基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將得到更廣泛的應(yīng)用。

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