數(shù)據(jù)通信在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用

摘 要：遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，它對(duì)提升工業(yè)控制的智能化和信息化有著十分重要的意義。本文以城市供熱企業(yè)的換熱站為研究載體，為實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，結(jié)合當(dāng)前的數(shù)據(jù)通信方式進(jìn)行分析和研究，為實(shí)現(xiàn)具有自動(dòng)控制功能的換熱站系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供遠(yuǎn)程通信方案。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控；GPRS；VOIP；換熱站

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2015） 02-0000-01

隨著控制技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，同時(shí)也促進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)更新。我市熱力企業(yè)的換熱站存在布局分散、無(wú)人值守、監(jiān)控布線復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)管理水平不高等問(wèn)題，上述的因素直接造成監(jiān)管困難、經(jīng)營(yíng)成本過(guò)高、人力物力浪費(fèi)、工作效率低下。我市熱力企業(yè)為提升網(wǎng)絡(luò)管理水平和降低運(yùn)營(yíng)成本，對(duì)下屬的無(wú)人值守?fù)Q熱站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)改造。

按照傳輸介質(zhì)的種類(lèi)進(jìn)行劃分，數(shù)據(jù)通信可分為有線通信和無(wú)線通信兩種方式。結(jié)合熱力企業(yè)下屬的換熱站布局分散、實(shí)時(shí)控制和降低成本等因素的需求，在工程實(shí)施中，將無(wú)線通信作為主要通信方式。微波通信具有頻帶寬、容量大、靈活性強(qiáng)、費(fèi)用合理等特點(diǎn)，也是目前無(wú)線通信中的主要通信方式。結(jié)合棗莊市熱力公司的換熱站應(yīng)用，本文以GPRS和VOIP兩種無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行研究。

一、基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

（一）GPRS技術(shù)。GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是在GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展的一種分組交換技術(shù)，采用端對(duì)端的分組傳輸和交換方式為移動(dòng)用戶(hù)提供豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它具有“始終在線，始終連接”的特點(diǎn)，其數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)171.2kbps，并能根據(jù)移動(dòng)用戶(hù)需求動(dòng)態(tài)的分配資源，與傳統(tǒng)的電路交換相比較，在費(fèi)用方面更具有優(yōu)勢(shì)。

（二）模塊劃分及功能設(shè)計(jì)。我市熱力企業(yè)在2008年對(duì)其直管換熱站進(jìn)行第一次改造，完成了從人工現(xiàn)場(chǎng)控制管理到智能控制管理?yè)Q熱站的硬件升級(jí)，并建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)按照“夠用能用能擴(kuò)展”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括以下模塊：就地控制采集系統(tǒng)、中心控制監(jiān)控系統(tǒng)、GPRS數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制執(zhí)行模塊和應(yīng)急處理系統(tǒng)。

就地控制采集系統(tǒng)主要是由換熱站中的各路傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度、熱量、壓力、液位、流量等信息進(jìn)行采集、編碼，并對(duì)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換做出分析、判斷和處理。中心控制監(jiān)控系統(tǒng)，是整個(gè)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度和管理的中心，能夠完成數(shù)據(jù)的處理和監(jiān)控控制。GPRS數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是依托現(xiàn)有的移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)換熱站與控制中心的通信連接，能夠完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)控制及數(shù)據(jù)信息的傳遞與交換。遠(yuǎn)程控制執(zhí)行模塊主要是完成中心控制室對(duì)就地?fù)Q熱站的遠(yuǎn)程控制，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的流量、液位等控制設(shè)備的啟停操作。應(yīng)急處理系統(tǒng)主要是利用操作控制平臺(tái)進(jìn)行調(diào)節(jié)、調(diào)度等處理，比如在熱量不足或過(guò)剩等報(bào)警情況下進(jìn)行應(yīng)急處理。

（三）軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件組成。其中應(yīng)用軟件具有收集、處理、存儲(chǔ)、管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，能夠完成換熱站的現(xiàn)場(chǎng)處理、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、參數(shù)收集分析與處理等操作。考慮到應(yīng)適應(yīng)未來(lái)各種業(yè)務(wù)的發(fā)展需要，在進(jìn)行GPRS網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，具有良好的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，為能夠承載更多業(yè)務(wù)搭建平臺(tái)，還應(yīng)包含系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)的遠(yuǎn)程更新等更多功能，為此，基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的軟件系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、開(kāi)關(guān)量輸入數(shù)據(jù)采集模塊、開(kāi)關(guān)量輸出管理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、通信模塊、系統(tǒng)遠(yuǎn)程更新模塊等模塊。

（四）應(yīng)用總結(jié)。GPRS作為一種移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)分組的發(fā)送和接收，可為換熱站的遠(yuǎn)程控制提供靈活可靠的網(wǎng)絡(luò)連接。從實(shí)際應(yīng)用的角度，GPRS DTU在建設(shè)費(fèi)用、建設(shè)周期、運(yùn)行成本、系統(tǒng)穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等方面都具有極大的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，由于GPRS網(wǎng)絡(luò)本身包括GPRS骨干網(wǎng)、公眾移動(dòng)數(shù)據(jù)IP網(wǎng)等多種組成部分，各種網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和安全要求各不相同，因此存在安全問(wèn)題。所以在安全方面要綜合考慮，比如，接入方式的安全因素、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全因素、操作規(guī)程上的安全因素等。

二、基于VOIP技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

（一）VOIP技術(shù)。VOIP（Voice Over IP）是IP網(wǎng)絡(luò)電話(huà)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是將語(yǔ)音集成在IP協(xié)議中，通過(guò)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化編碼、壓縮處理，轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)包，使其在IP網(wǎng)絡(luò)完成傳輸，從而實(shí)現(xiàn)利用IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語(yǔ)音通信。VOIP技術(shù)可以將傳統(tǒng)企業(yè)PSTN語(yǔ)音業(yè)務(wù)與企業(yè)LAN數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行合并，利用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音與數(shù)據(jù)的融合傳遞。該技術(shù)可以在原有企業(yè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上升級(jí)改造，對(duì)增強(qiáng)企業(yè)LAN網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展功能、豐富語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù)、提升網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)和降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本都有極其重要的意義。

（二）模塊劃分及功能設(shè)計(jì)。棗莊市熱力公司自2011年進(jìn)行第二次系統(tǒng)升級(jí)改造，在原有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提供語(yǔ)音通話(huà)、供熱專(zhuān)線、故障報(bào)修等增值服務(wù)。基于以上服務(wù)，將該系統(tǒng)按照功能劃分為以下模塊，即語(yǔ)音包處理模塊、市話(huà)網(wǎng)關(guān)處理模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊和控制管理模塊。

語(yǔ)音包處理模塊主要是通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行語(yǔ)音的編碼及解碼、噪聲檢測(cè)、回音處理和語(yǔ)音打包與拆包處理，從而達(dá)到保障語(yǔ)音通信的目的。市話(huà)網(wǎng)關(guān)處理模塊主要是指將原有傳統(tǒng)電話(huà)設(shè)備上的業(yè)務(wù)及增值業(yè)務(wù)（如來(lái)電顯示、企業(yè)彩鈴、呼叫等待等）作為電話(huà)信令，實(shí)現(xiàn)其在通信設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理器之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊主要是對(duì)電話(huà)信令的相關(guān)信息進(jìn)行處理和將信令信息轉(zhuǎn)換成特殊網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的信令協(xié)議，實(shí)現(xiàn)信令在交換網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)主要有SIP協(xié)議、MGCP和H.323協(xié)議。控制管理模塊主要是實(shí)現(xiàn)VOIP的配置及維護(hù)，為語(yǔ)音管理提供接口服務(wù)。

（三）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是有中心管理模塊、客戶(hù)端模塊和存儲(chǔ)模塊三個(gè)部分。中心管理模塊是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心和控制中心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，包括用戶(hù)注冊(cè)管理、語(yǔ)音數(shù)據(jù)管理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、接入認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)融接、呼叫請(qǐng)求的處理。

（四）應(yīng)用總結(jié)。VOIP技術(shù)在換熱站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，是將語(yǔ)音通信技術(shù)與數(shù)字通信技術(shù)進(jìn)行融合的典型應(yīng)用。它解決了利用IP通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語(yǔ)音通信，拓展了服務(wù)功能，在實(shí)際應(yīng)用中有很多優(yōu)勢(shì)。比如，在原有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提供語(yǔ)音增值業(yè)務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜曉婷，李美蓮.基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011.

[2]胡萍，黃永峰.VOIP的創(chuàng)新應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)[J].科學(xué)管理研究，2009.

[作者簡(jiǎn)介]孫海峰（1980.11-），山東棗莊人，在棗莊經(jīng)濟(jì)學(xué)校從事教學(xué)和科研工作，現(xiàn)就讀青島科技大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院工程碩士。