遠程GPRS閘閥控制系統(tǒng)研究與開發(fā)

杜銀泉

摘 要：水、電、氣管網(wǎng)系統(tǒng)的閘閥開關控制長時間以來，一直采用手動、半自動控制，給安全生產(chǎn)、實時控制帶來了很多不利。文章論述了基于GPRS技術實現(xiàn)遠程閘閥控制以及具體的解決方案。

關鍵詞：遠程控制；閘閥；安全生產(chǎn)；GPRS；數(shù)據(jù)庫；軟件開發(fā)

1 系統(tǒng)概述

水、電、氣電力電網(wǎng)等管網(wǎng)系統(tǒng)的閘閥開關控制較長時間以來，一直采用手動、半自動控制。這給一些實時性強、高空、高溫、高粉塵、遠程等環(huán)境的操作帶來困難，降低了工作效率，同時給生產(chǎn)帶了很多不安全隱患。如果在電力配送系統(tǒng)、水、電、氣等管網(wǎng)系統(tǒng)中大面積使用遠程閘閥開關控制，就可以避免由于特定自然環(huán)境帶來的不安全隱患，且可以使控制點與控制中心實時控制和雙向交流。控制信號正確無誤傳輸就成為這一系統(tǒng)的首要關鍵，傳統(tǒng)做法是用載波的方式傳送信號和通信，這種方式主要的缺點是信號不穩(wěn)定，抗干擾力弱，雜波嚴重。作為安全生產(chǎn)用的閘閥開關系統(tǒng)，顯然不能選用這種方式。我這里選擇GPRS系統(tǒng)來完成信號傳輸，該系統(tǒng)覆蓋地域廣，技術成熟，信號穩(wěn)定。

GPRS數(shù)據(jù)實現(xiàn)分組發(fā)送和接收，使用費用按數(shù)據(jù)流量計算，根據(jù)控制需要決定數(shù)據(jù)量，從而決定費用，如果只是一般的控制信號，數(shù)據(jù)流量很低，費用將很低。如果需要顯示現(xiàn)場圖像等，則數(shù)據(jù)量大，費用就高些。總之，GPRS的服務成本僅是CSD（電路交換數(shù)據(jù)，即通常說的撥號數(shù)據(jù)，歐亞WAP業(yè)務所采用的承載方式）服務成本的十分之一，是完全可以用于本系統(tǒng)信號傳輸?shù)摹?/p>

遠程GPRS閘閥控制系統(tǒng)是基于GPRS技術的電網(wǎng)、管網(wǎng)管理系統(tǒng)。它由電動閘閥開關、帶GPRS通訊模塊的信號控制器和計算機調(diào)度服務器及操作終端組成。信號控制器實時采集閘閥開關控制對象的數(shù)據(jù)、過濾數(shù)據(jù)和發(fā)送控制信號，并通過GPRS把數(shù)據(jù)匯集到服務器，對數(shù)據(jù)進行分析，實時對閘閥開關進行控制。具有采集數(shù)據(jù)快速準確，控制及時，可靠性等特點，極大地提高了生產(chǎn)安全和工作效率。

系統(tǒng)除了能準確、實時可靠的控制外，還可以提供現(xiàn)場監(jiān)視功能，峰谷調(diào)控功能，如某條輸氣管道的流速、壓力異常；送電線路上的用電高峰控制、逆相報警、過載報警等；系統(tǒng)還可以結合移動公司的短信平臺，在報警時，可根據(jù)具體內(nèi)容發(fā)短信給相關的管理人員。另外可以很方便的實現(xiàn)各種軟件開發(fā)，根據(jù)不同的統(tǒng)計和管理需要開發(fā)不同的自動調(diào)度軟件和辦公自動化軟件，完善各類開關網(wǎng)系統(tǒng)的MIS系統(tǒng)建設。

2 系統(tǒng)設計

根據(jù)自動控制相關條件及原理，遠程GPRS閘閥控制系統(tǒng)主要由四部分組成，第一部分是電動閘閥；第二部分是帶GPRS通訊模塊的信號控制器；第三部分是GPRS通信系統(tǒng)；第四部分是計算機調(diào)度服務器及操作終端。

2.1 電動閘閥設計

電動閘閥和我們現(xiàn)在所使用的電動閘閥本質(zhì)上沒有什么區(qū)別，只是增加了一個空氣開關、繼電器、放大器等設備組成的電機控制閥。這些器件共同構成電動閘閥，實現(xiàn)起來比較簡單，一般的電器工程師與維修工配合都可以完成組裝。

實際的控制電力輸送線路、水管網(wǎng)、氣管道的案例中，電力線要考慮使用雙線路供電或提供后備電源，當然要看所控制閘閥開關的重要程度和當?shù)氐碾娋W(wǎng)質(zhì)量。同時，不同的管網(wǎng)閘閥選擇也很重要，電網(wǎng)閘閥稍簡單些，氣網(wǎng)要注意防火。

電機控制閘閥（開關）是啟動和停止電動機的開關，含有GPRS模塊。主要有兩方面的功能：一是動作條件信號接收，既接收控制信號，如果是開閘的信號它就接通電動機電源，開啟閘閥，如是關閘信號，就接通電動機電源，使電機反轉(zhuǎn)關閉閘閥或關斷送電線路。這是遠程控制成功與否關鍵的一環(huán)，所以對設備的穩(wěn)定性要求較高，特別是開關的各觸點質(zhì)量要求較高；二是對閘閥監(jiān)測及周圍環(huán)境的監(jiān)測，把需要的數(shù)據(jù)傳到服務器處理。如水壓、氣壓高低，閘閥開啟或關閉深度，送電高峰、低谷、過載、反向等所須監(jiān)測及周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)、圖像都可以按具體情況和需要設計不同的軟件來達到一些特殊的目的。

2.2 帶GPRS通訊模塊的信號控制器設計

控制信號傳輸由GPRS模塊通過移動公司的通信平臺實現(xiàn)信號雙向交流，完成對所控閘閥的實時控制。控制信號由服務器發(fā)出，閘閥監(jiān)測及附屬設備監(jiān)測的信號由各種傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器提供，并由GPRS模塊發(fā)送回服務器。GPRS模塊信號控制器一方面接收控制信號，另一方面要傳送現(xiàn)場取樣信號，它是系統(tǒng)核心中的核心。

GPRS通訊模塊與一般的GPRS模塊略有不同，這里集成了A/D及D/A轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器用于接收傳感器的信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號由GPRS發(fā)送到服務器；D/A轉(zhuǎn)換器用于接收GPRS發(fā)送的控制信號，并轉(zhuǎn)換成模擬信號傳送給繼電保護設備而完成對閘閥的控制。

2.3 GPRS通信系統(tǒng)設計

GPRS網(wǎng)是基于GSM網(wǎng)的工作，系統(tǒng)共用GSM基站，通過路由器實現(xiàn)GPRS骨干網(wǎng)互聯(lián)等。實際工作中，GPRS通信系統(tǒng)現(xiàn)在基本上全國移動通信公司都可以提供服務，只須申請即可。

3 計算機調(diào)度服務器及操作終端設計

計算機調(diào)度服務器及操作終端設計是系統(tǒng)的信息處理中心，它分為主通信服務器、數(shù)據(jù)服務器、數(shù)據(jù)處理服務器、打印服務器、工作終端等。

通信服務器：主要負責控制信號的發(fā)送和接收。

數(shù)據(jù)服務器：主要負責數(shù)據(jù)的存儲。

數(shù)據(jù)處理服務器：主要負責數(shù)據(jù)的處理，提出處理意見，并向通信服務器發(fā)送。

打印服務器：打印各種數(shù)據(jù)，如處理意見、報警、人為控制等。

工作終端：用于人工控制、實時查詢、系統(tǒng)軟件開發(fā)。如設置報警內(nèi)容、設置停電條件、停電報警、逆相報警、超溫報警、過壓報警、過流報警、過載報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、查詢、備份、生成報表、圖表、存檔、遠程控制斷電等功能。

GPRS遠程閘閥控制系統(tǒng)的另一核心部分是應用軟件開發(fā)，應遵循DL/T645通訊規(guī)約，可以使用數(shù)據(jù)庫存儲大量的數(shù)據(jù)和通用的操作系統(tǒng)，根據(jù)不同的管網(wǎng)系統(tǒng)，開發(fā)不同功能的軟件。如使用ORACLE、MS-SQL數(shù)據(jù)庫、使用Windows、Linux操作系統(tǒng)等，方便使用。

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