超聲波流量計數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

1、超聲波流量計數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)沈陽自來水總公司鐵西營業(yè)處 隋世杰摘 要：本文介紹儀表組網(wǎng)的多種方式，并分析城域范圍內(nèi)儀表組網(wǎng)的特點和解決方案、接入網(wǎng)設(shè)備的選型，以及“超聲波流量計數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)”在所相應(yīng)用戶的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：城域網(wǎng)、遠(yuǎn)傳儀表、遠(yuǎn)程抄表、接入網(wǎng)設(shè)備前言 隨著社會的發(fā)展，各種管網(wǎng)(熱、水、電、油、煤氣等)越來越多，管網(wǎng)測點數(shù)據(jù)的采集和及時傳輸是管網(wǎng)穩(wěn)定、可靠運行的保證，要求計算機(jī)管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)必須能夠在較低費用的前提下提供及時、準(zhǔn)確的信息。然而，在使用的過程中，傳統(tǒng)有線、無線的管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的不足之處逐漸凸現(xiàn)出來。采用電話線傳輸數(shù)據(jù)，不能保證實時性；采用無線電臺，解決誤碼率和波特

2、率的矛盾尤其抗干擾是一個令人頭疼的問題；采用專線電路，不可能對所有大面積分散的數(shù)據(jù)采集子站進(jìn)行專線鋪設(shè)，更不能承擔(dān)高昂的運行費用。幾種數(shù)據(jù)采集常用通信方式比較見附表。針對這些問題， 自來水總公司在總計多年的網(wǎng)絡(luò)測控經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，采用目前世界上最先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，開發(fā)出了超聲波流量計數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)成熟的GPRS 模塊為遠(yuǎn)程數(shù)傳模塊，依托穩(wěn)定、可靠的中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)運行可靠，數(shù)據(jù)采集實時性強(qiáng)。該系統(tǒng)有效的解決了其他通信方式存在的各種問題。在保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r、準(zhǔn)確的前提下，將系統(tǒng)運行費用也降低到了最低；同時，通信鏈路由專業(yè)的運營商來維護(hù)，避免了用戶在使用監(jiān)測系統(tǒng)的同時

3、，還需要耗費很大精力去維護(hù)通信線路等問題；節(jié)約了用戶的初期建設(shè)投資和運行維護(hù)費用。 1 系統(tǒng)簡介 超聲波流量計數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 采用GPRS作為通信手段，利用GPRS移動數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)組成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供各種速率的高質(zhì)量、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠谰没虬胗谰眯詫Ｓ秒娐罚瑸榭蛻艚⒆约旱膶Ｓ脭?shù)據(jù)網(wǎng)。具有以下特點： a. 永遠(yuǎn)在線：一開機(jī)就能自動附著到GPRS網(wǎng)絡(luò)上，并與您的數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)，具有很高的實時性； b. 按流量計費：一直在線，按照接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收取費用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時不收費用； c. 高速傳輸：GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度最快將達(dá)到160Kb

4、ps，速率的高低取決于移動運營商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，根據(jù)中國移動的網(wǎng)絡(luò)情況，目前可提供2040Kbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸； d. 組網(wǎng)簡單、迅速、靈活：GPRS無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)隨時隨地的構(gòu)建覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)，為廣大中小用戶提供接入便利，節(jié)省接入投資； e. 通信鏈路由專業(yè)運營商維護(hù)：由于采用中國移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此鏈路維護(hù)也由中國移動負(fù)責(zé)，免除通信鏈路維護(hù)的后顧之憂； f. 防雷擊：由于采用中國移動的GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以在不影響上網(wǎng)的前提下，GPRS的發(fā)射功率非常小，天線非常短，而且無需高架，克服了有線傳輸和無線電臺傳輸容易引雷擊壞設(shè)備的缺點。2

5、GPRS系統(tǒng)簡介 GPRS 是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM 系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(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)。GPRS 采用與GSM 同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA 幀結(jié)構(gòu)，這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此，現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(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(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適

6、用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS 理論帶寬可達(dá)171.2Kb/s，實際應(yīng)用帶寬大約在10-70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 連接，可以用于INTERNET 連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。 GPRS 是一種新的移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP。GPRS 采用分組交換技術(shù)，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(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)160Kbps。使用GPRS技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組發(fā)送和接收，用戶永遠(yuǎn)在線且按流量計費，迅速降低了服務(wù)成本。GPRS 移動數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有

7、很大的應(yīng)用范圍，幾乎所有中低速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)都可以應(yīng)用，如城市配電網(wǎng)絡(luò)自動化、自來水、商業(yè)POS 機(jī)、INTERNET 接入、個人信息、股票信息、金融、交通、公安等，尤為適合管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。 3 系統(tǒng)構(gòu)成 3.1 現(xiàn)場采集子站構(gòu)成 現(xiàn)場采集子站由二種方式。第一，新上流量計，建議采用帶用GPRS通信模塊的流量計；第二，對于現(xiàn)有的流量計通過RS-232通訊口與GPRS DTU傳輸模塊連接。每一個GPRS DTU傳輸模塊裝入一個中國移動的數(shù)據(jù)SIM卡即可。第三，對于現(xiàn)場不是大連海峰儀器發(fā)展有限公司的流量計。用戶應(yīng)告知其流量計有無通訊功能、組網(wǎng)方式和通訊協(xié)議。以便我們在采集端修改采集方式。3.2

8、主控室構(gòu)成主控室構(gòu)成分為三種方案: 方案一：系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見附圖一。計算機(jī)直接與GPRS MODEM相連，申請固定IP地址，數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)卡接入。這種方式適合采集點較少(采集點200個左右，每次數(shù)據(jù)傳輸量100 字節(jié)左右，每個子站數(shù)據(jù)采集間隔不小于1分鐘；若系統(tǒng)實時性要求稍低，每個子站數(shù)據(jù)采集間隔可大于1分鐘，采集子站的數(shù)目可以較多。 方案二：系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見附圖二。計算機(jī)與中國移動提供的數(shù)據(jù)專線相連，數(shù)據(jù)發(fā)送到中國移動的服務(wù)器后由專線傳送到主控室計算機(jī)。這種方式適合采集點很多(大于200)，或采集點雖然較少，但實時性要求很高的情況。 方案三：系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見附圖三。利用動態(tài)域名解析服務(wù)，使現(xiàn)場的流

9、量計直接和主控室數(shù)據(jù)采集服務(wù)器建立連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這種方案兼顧以上的優(yōu)點。同時，可以免去申請固定IP、專線的投入，降低了成本。子站上電后自動向主控室申請入流量計監(jiān)控網(wǎng)，主控室計算機(jī)接到請求后將子站列入網(wǎng)上設(shè)備表，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 3.3 軟件組成 本系統(tǒng)軟件融合了當(dāng)前流行的 B/S 和 C/S 結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程診斷采用C/S構(gòu)架，將采集來的數(shù)據(jù)存于 SQL 2000 數(shù)據(jù)庫中，方便用戶使用。同時也有利于系統(tǒng)的升級換代。數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢、報表打印采用 B/S構(gòu)架，用戶端不用安裝任何軟件，通過Internet瀏覽器就可很方便的實現(xiàn)瀏覽、查詢、打印報表等功能。4 GPRS DTU傳輸模塊

10、4.1 基本特點： 使用方便、靈活、可靠 支持雙頻GSM/GPRS符合ETSI GSM Phase 2+標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線 實時時鐘 支持A5/1&A5/5加密算法 4.2 增強(qiáng)功能 透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換 支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng) 短消息數(shù)據(jù)備用通道(選項) STK卡特殊功能配置 系統(tǒng)配置和維護(hù)接口 支持空中軟件升級和遠(yuǎn)程維護(hù)(選項) 抗干擾設(shè)計，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求 防潮設(shè)計，適合室外應(yīng)用 4.3 傳輸效率 用戶數(shù)據(jù)傳輸效率(用戶數(shù)據(jù)占網(wǎng)絡(luò)層總數(shù)據(jù)的比例)： DTU 支持不同組網(wǎng)方式，不同的數(shù)據(jù)包長度，這時有不同的傳輸效率。下面假設(shè)在DTU 當(dāng)前最長所能支持的最大用戶數(shù)據(jù)包長的情況下，

11、即1024 字節(jié)包長。 支持DTU 主動發(fā)起到數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)傳輸：最大傳輸效率(w) = 97.3% 支持雙向主動互傳：最大傳輸效率(w) = 95.9% 傳輸時延(從發(fā)送到接收數(shù)據(jù)之間的時間)： 不同的數(shù)據(jù)包長度，傳輸?shù)臅r延不同。根據(jù)目前移動的網(wǎng)絡(luò)狀況，一般一個包長為100 到200字節(jié)之間的數(shù)據(jù)包可以在1 秒內(nèi)互傳完畢。大于200 字節(jié)的數(shù)據(jù)包平均在1 秒到3 秒之間可以互傳完畢。 穩(wěn)定性 有效率：發(fā)送成功數(shù)據(jù)占總發(fā)送數(shù)據(jù)比例 根據(jù)我們的使用的結(jié)果來看，在網(wǎng)絡(luò)正常的情況下，一般數(shù)據(jù)包均為無漏碼錯碼。 穩(wěn)定性綜合參數(shù)：有效率x 傳輸效率網(wǎng)絡(luò)有效帶寬和最大傳輸單元(MTU)之間存在著極其重要的

12、關(guān)系，一般MTU 增大到200 字節(jié)以上不會明顯增加帶寬，但會增大平均延遲，測試結(jié)果表明MTU 的最優(yōu)大小是200 字節(jié)左右。 斷線自動連接 自動檢測網(wǎng)絡(luò)連接狀況 設(shè)備自診斷、自恢復(fù) 4.4 配置方便性 菜單式配置(超級終端，無需專用軟件) 維護(hù)軟件配置 4.5 結(jié)構(gòu) 內(nèi)部連接可靠性： GPRS 模塊與PCB、SIM 卡之間均為固定連接 安裝方便： 外殼螺絲固定 防震： 接插件少，具良好抗震性能 4.6 環(huán)境參數(shù) 溫度： -2055 相對濕度： 95%(無凝結(jié)) 4.7 帶有GPRS通信模塊的流量計的和外置的DTU具有相同的性能。5 監(jiān)測軟件 主控室監(jiān)測軟件采用B/S結(jié)構(gòu)，在客戶端不用安裝專用

13、的軟件，使用系統(tǒng)集成的瀏覽器就可以。服務(wù)器軟件具有靈活性好、針對性強(qiáng)的特點，可以對采集來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、保存、入庫，制作輸出報表、繪出各種曲線，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表、實時監(jiān)測及自動化管理功能。界面友好、操作簡單方便，真正實現(xiàn)了高效率和?辦公自動化?？赏瑫r兼容多個二次儀表廠家的通信協(xié)議，也可根據(jù)用戶的要求增加用戶自己的通信協(xié)議。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫使網(wǎng)絡(luò)化管理變得簡單易行。 強(qiáng)大的報表功能 系統(tǒng)可以針對某一用戶、某一站點或者整個系統(tǒng)自動做出日報表、月報表、年度報表等匯總報表。日報表統(tǒng)計一天24小時整點的運行參數(shù)和累計流量以及用汽量，累計停電時間等情況；月報表統(tǒng)計當(dāng)月每天的運

14、行數(shù)據(jù)，列出每天的用汽情況和停電時間等情況；年度報表統(tǒng)計一年12個月每月的用汽情況和停電情況。報表可按照用戶要求定制，直接進(jìn)行預(yù)覽、打印。 實用的圖表曲線功能 系統(tǒng)可以針對某一站點、某一用戶或者整個系統(tǒng)自動做出每日的直方圖、趨勢曲線，每月的直方圖、趨勢曲線，每年直方圖、趨勢曲線。直觀的反映出各個用戶的情況。 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫查詢功能 操作員可通過設(shè)置不同的查詢條件(包括時間、用戶、數(shù)據(jù)范圍等)從數(shù)據(jù)庫中獲得各種歷史數(shù)據(jù)，顯示這一時刻的瞬時流量、累計流量等參數(shù)。數(shù)據(jù)庫可方便的進(jìn)行維護(hù)，數(shù)據(jù)庫采用SQL SERVER網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，可對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并可在權(quán)限范圍內(nèi)實現(xiàn)局域網(wǎng)或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享。 完整的設(shè)備數(shù)據(jù)庫 軟件中可錄入每個站點現(xiàn)場所用設(shè)備、管徑等，以及現(xiàn)場聯(lián)系人的名字和電話，使用起來更方便。 兼容不同通信協(xié)議 在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中可有不同廠家的儀表，通過設(shè)備選擇可設(shè)定儀表所用的通信協(xié)議，數(shù)據(jù)接受時自動辨別。并可根據(jù)用戶要求增加通信協(xié)議。 實時在線功能 根據(jù)系統(tǒng)要求，對采集子站設(shè)定不同的采集間隔(可以任意設(shè)置)， 系統(tǒng)安全設(shè)置 系統(tǒng)設(shè)置多級權(quán)限，不同權(quán)限的功能有所不同。系統(tǒng)管理員可以使用所有的