GPRS通信技術在水廠SCADA調度系統中的應用設計

馬 榮 伊寧市自來水公司 新疆伊寧 835000

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GPRS通信技術在水廠SCADA調度系統中的應用設計

馬 榮 伊寧市自來水公司 新疆伊寧 835000

【文章摘要】

目前GPRS網絡經過通信部門的多年建設，覆蓋范圍不斷擴大，已成為成熟、穩定、可靠的通信網絡。GSM/GPRS系統可提供廣域的無線IP連接，縮短建設周期，降低建設成本的優點，而且設備安裝方便、維護簡單。本文采用GPRS通信方式完美解決了水廠調度系統分散的泵站數據傳輸，供水管網壓力監測站要求數據通信覆蓋范圍廣，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，應用該技術后性能穩定可靠，同時數據傳輸故障率降低，保障了水廠SCADA調度系統的穩定性和實時性。

【關鍵詞】

GPRS；通信技術；SCADA系統

0　前言

SCADA調度系統網絡拓撲圖

由于城市供水水源井和管網壓力監測站分布范圍廣、數量多、距離遠，個別站點還地處偏僻，因此架設光纜難度大、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、建設周期短、運行維護簡單、性價比高等優點。

1　系統的總體設計方案

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

2　調度系統結構與功能

2.1水廠SCADA調度系統的組成

伊寧市供水SCADA調度系統中，以地下水為水源，水源井分散分布，SCADA調度系統由一個調度中心、多個水源井監測站和管網壓力監測站組成。SCADA調度系統主要由工控機、GPRS通信和互聯網、PLC、變頻器、儀表、水泵電機、報警裝置等設備組成。

2.2遠程實時監測功能

該系統可通過工控機實時監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，整個運行過程可實現無人值守。

2.3管理功能

伊寧市供水SCADA調度系統中用的工控軟件為北京三維力控組態軟件，可以動畫、圖表形式模擬生產現場，并對接收到的各種數據建立實時數據庫、進行數據分析、自動生成各種生產報表等。可對歷史數據和報表進行備份、查詢、記錄和打印等。

3　GPRS通信技術原理

本系統的遠程控制是通過GPRS通信和互聯網來實現的，數據監控終端PLC與GPRS模塊連接，數據監控中心主機與互聯網絡連接。在GPRS模塊上實現UDP/IP協議，在調度中心主機上安裝軟件，調度中心必須擁有公網固定IP地址。GPRS模塊登錄上GSM網絡后，自動連接到數據監控中心，向數據監控中心報告其IP地址，并保持和維護鏈路的連接。這樣，數據監控中心和GPRS模塊之間就可以通過IP地址用UDP/IP協議進行雙向數據通信。GPRS（General Packet Radio Service）通用分組無線業務，是一種基于數據包的無線通信服務。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連接。GPRS也是基于GSM網絡的通信，其信道是共享使用的，在需要的時候才有包產生，因此比專用的連接要節省很多資源。

4　系統組態軟件設計

本設計所選用的組態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據采集手段，逼真的圖形系統，強大的數據處理功能，豐富的組件對象，周密的安全管理，方便的Web發布功能。其中三維力控組態軟件CommBridge擴展程序，用于遠程接收通過GPRS和互聯網絡傳輸的電流、電壓、電量、瞬時流量、累計流量、液位、壓力、開關信號等，并將其存入SQL數據庫。組態軟件同時管理IP服務器與遠程各GPRS采集點間的命令頒布、執行和接收諸事件，實現一種動態雙向管理；組態軟件可進行數據分析，如噸水耗電量、設備運行時間、供水壓力曲線、水供水查詢管理、生產報表、歷史數據查詢、報表打印等。

5　硬件系統的設計

5.1主要儀表設計

壓力傳感器負責采集出口壓力數據，水位傳感器采集地下水位數據，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接口把數據傳至PLC，PLC將模擬量、數字量數據以及RS-485數據進行處理，然后通過PLC的另外一個RS-485接口把處理過的數據傳給GPRS模塊。GPRS模塊通過GPRS網絡和因特網相連，把數據傳送至監控中心。

5.2PLC與變頻器

PLC主要實現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中選用的變頻器的為ABB和丹佛斯。這兩種變頻器輸入參數少、操作簡單、故障率低、維護方便。

5.3GPRS模塊（DTU）

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

6　結語

本文對于新疆區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技術運用到供水監測與調度系統中，發揮了GPRS技術使用方便、使用成本低等特點，并解決了泵站和壓力監測點分散，敷設有線線路困難的問題，實現了對各個泵站設備的遠程監控。本系統中GPRS數據通信方式不僅可以應用于供水監測與調度系統，稍加改動，還可以運用于路燈巡檢、能耗監控等系統，具有很好的發展前景。

【參考文獻】

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［4］馬樹升.鄉鎮供排水.中國水利水電出版社，1999.

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