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1、超声波流量计数据远程监控系统沈阳自来水总公司铁西营业处 隋世杰摘 要：本文介绍仪表组网的多种方式，并分析城域范围内仪表组网的特点和解决方案、接入网设备的选型，以及“超声波流量计数据远程监控网络管理系统”在所相应用户的应用。关键词：城域网、远传仪表、远程抄表、接入网设备前言 随着社会的发展，各种管网(热、水、电、油、煤气等)越来越多，管网测点数据的采集和及时传输是管网稳定、可靠运行的保证，要求计算机管网监测系统必须能够在较低费用的前提下提供及时、准确的信息。然而，在使用的过程中，传统有线、无线的管网监测系统的不足之处逐渐凸现出来。采用电话线传输数据，不能保证实时性；采用无线电台，解决误码率和波特
2、率的矛盾尤其抗干扰是一个令人头疼的问题；采用专线电路，不可能对所有大面积分散的数据采集子站进行专线铺设，更不能承担高昂的运行费用。几种数据采集常用通信方式比较见附表。针对这些问题， 自来水总公司在总计多年的网络测控经验的基础上，采用目前世界上最先进的数据通信技术，开发出了超声波流量计数据远程监控系统。该系统采用先进成熟的GPRS 模块为远程数传模块，依托稳定、可靠的中国移动GPRS网络，系统运行可靠，数据采集实时性强。该系统有效的解决了其他通信方式存在的各种问题。在保证数据传输的及时、准确的前提下，将系统运行费用也降低到了最低；同时，通信链路由专业的运营商来维护，避免了用户在使用监测系统的同时
3、，还需要耗费很大精力去维护通信线路等问题；节约了用户的初期建设投资和运行维护费用。 1 系统简介 超声波流量计数据远程监控系统 采用GPRS作为通信手段，利用GPRS移动数据通信网络组成数字数据传输网络，为用户提供各种速率的高质量、透明数据传输的永久或半永久性专用电路，为客户建立自己的专用数据网。具有以下特点： a. 永远在线：一开机就能自动附着到GPRS网络上，并与您的数据中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据，具有很高的实时性； b. 按流量计费：一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时不收费用； c. 高速传输：GPRS网络的传输速度最快将达到160Kb
4、ps，速率的高低取决于移动运营商的网络设置，根据中国移动的网络情况，目前可提供2040Kbps的稳定数据传输； d. 组网简单、迅速、灵活：GPRS无线网络系统可以通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络，为广大中小用户提供接入便利，节省接入投资； e. 通信链路由专业运营商维护：由于采用中国移动的GPRS 数据业务，因此链路维护也由中国移动负责，免除通信链路维护的后顾之忧； f. 防雷击：由于采用中国移动的GPRS 数据业务，所以在不影响上网的前提下，GPRS的发射功率非常小，天线非常短，而且无需高架，克服了有线传输和无线电台传输容易引雷击坏设备的缺点。2
5、GPRS系统简介 GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS 采用与GSM 同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA 帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS 覆盖。GPRS 允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适
6、用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS 理论带宽可达171.2Kb/s，实际应用带宽大约在10-70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP 连接，可以用于INTERNET 连接、数据传输等应用。 GPRS 是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP。GPRS 采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。GPRS 移动数据传输系统有
7、很大的应用范围，几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用，如城市配电网络自动化、自来水、商业POS 机、INTERNET 接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安等，尤为适合管网远程监测系统。 3 系统构成 3.1 现场采集子站构成 现场采集子站由二种方式。第一，新上流量计，建议采用带用GPRS通信模块的流量计；第二，对于现有的流量计通过RS-232通讯口与GPRS DTU传输模块连接。每一个GPRS DTU传输模块装入一个中国移动的数据SIM卡即可。第三，对于现场不是大连海峰仪器发展有限公司的流量计。用户应告知其流量计有无通讯功能、组网方式和通讯协议。以便我们在采集端修改采集方式。3.2
8、主控室构成主控室构成分为三种方案: 方案一：系统拓扑结构见附图一。计算机直接与GPRS MODEM相连，申请固定IP地址，数据通过无线网卡接入。这种方式适合采集点较少(采集点200个左右，每次数据传输量100 字节左右，每个子站数据采集间隔不小于1分钟；若系统实时性要求稍低，每个子站数据采集间隔可大于1分钟，采集子站的数目可以较多。 方案二：系统拓扑结构见附图二。计算机与中国移动提供的数据专线相连，数据发送到中国移动的服务器后由专线传送到主控室计算机。这种方式适合采集点很多(大于200)，或采集点虽然较少，但实时性要求很高的情况。 方案三：系统拓扑结构见附图三。利用动态域名解析服务，使现场的流
9、量计直接和主控室数据采集服务器建立连接，进行数据通信。这种方案兼顾以上的优点。同时，可以免去申请固定IP、专线的投入，降低了成本。子站上电后自动向主控室申请入流量计监控网，主控室计算机接到请求后将子站列入网上设备表，开始进行数据通信。 3.3 软件组成 本系统软件融合了当前流行的 B/S 和 C/S 结构。数据采集和远程诊断采用C/S构架，将采集来的数据存于 SQL 2000 数据库中，方便用户使用。同时也有利于系统的升级换代。数据的浏览、查询、报表打印采用 B/S构架，用户端不用安装任何软件，通过Internet浏览器就可很方便的实现浏览、查询、打印报表等功能。4 GPRS DTU传输模块
10、4.1 基本特点： 使用方便、灵活、可靠 支持双频GSM/GPRS符合ETSI GSM Phase 2+标准 数据终端永远在线 实时时钟 支持A5/1&A5/5加密算法 4.2 增强功能 透明数据传输与协议转换 支持虚拟数据专用网 短消息数据备用通道(选项) STK卡特殊功能配置 系统配置和维护接口 支持空中软件升级和远程维护(选项) 抗干扰设计，适合电磁环境恶劣的应用需求 防潮设计，适合室外应用 4.3 传输效率 用户数据传输效率(用户数据占网络层总数据的比例)： DTU 支持不同组网方式，不同的数据包长度，这时有不同的传输效率。下面假设在DTU 当前最长所能支持的最大用户数据包长的情况下，
11、即1024 字节包长。 支持DTU 主动发起到数据中心的数据传输：最大传输效率(w) = 97.3% 支持双向主动互传：最大传输效率(w) = 95.9% 传输时延(从发送到接收数据之间的时间)： 不同的数据包长度，传输的时延不同。根据目前移动的网络状况，一般一个包长为100 到200字节之间的数据包可以在1 秒内互传完毕。大于200 字节的数据包平均在1 秒到3 秒之间可以互传完毕。 稳定性 有效率：发送成功数据占总发送数据比例 根据我们的使用的结果来看，在网络正常的情况下，一般数据包均为无漏码错码。 稳定性综合参数：有效率x 传输效率网络有效带宽和最大传输单元(MTU)之间存在着极其重要的
12、关系，一般MTU 增大到200 字节以上不会明显增加带宽，但会增大平均延迟，测试结果表明MTU 的最优大小是200 字节左右。 断线自动连接 自动检测网络连接状况 设备自诊断、自恢复 4.4 配置方便性 菜单式配置(超级终端，无需专用软件) 维护软件配置 4.5 结构 内部连接可靠性： GPRS 模块与PCB、SIM 卡之间均为固定连接 安装方便： 外壳螺丝固定 防震： 接插件少，具良好抗震性能 4.6 环境参数 温度： -2055 相对湿度： 95%(无凝结) 4.7 带有GPRS通信模块的流量计的和外置的DTU具有相同的性能。5 监测软件 主控室监测软件采用B/S结构，在客户端不用安装专用
13、的软件，使用系统集成的浏览器就可以。服务器软件具有灵活性好、针对性强的特点，可以对采集来的现场数据和实时数据进行分析、处理、保存、入库，制作输出报表、绘出各种曲线，从而实现整个系统的远程抄表、实时监测及自动化管理功能。界面友好、操作简单方便，真正实现了高效率和?办公自动化。可同时兼容多个二次仪表厂家的通信协议，也可根据用户的要求增加用户自己的通信协议。系统的网络数据库使网络化管理变得简单易行。 强大的报表功能 系统可以针对某一用户、某一站点或者整个系统自动做出日报表、月报表、年度报表等汇总报表。日报表统计一天24小时整点的运行参数和累计流量以及用汽量，累计停电时间等情况；月报表统计当月每天的运
14、行数据，列出每天的用汽情况和停电时间等情况；年度报表统计一年12个月每月的用汽情况和停电情况。报表可按照用户要求定制，直接进行预览、打印。 实用的图表曲线功能 系统可以针对某一站点、某一用户或者整个系统自动做出每日的直方图、趋势曲线，每月的直方图、趋势曲线，每年直方图、趋势曲线。直观的反映出各个用户的情况。 强大的数据库查询功能 操作员可通过设置不同的查询条件(包括时间、用户、数据范围等)从数据库中获得各种历史数据，显示这一时刻的瞬时流量、累计流量等参数。数据库可方便的进行维护，数据库采用SQL SERVER网络数据库，可对各种数据进行分析，并可在权限范围内实现局域网或远程数据共享。 完整的设
15、备数据库 软件中可录入每个站点现场所用设备、管径等，以及现场联系人的名字和电话，使用起来更方便。 兼容不同通信协议 在监测网络中可有不同厂家的仪表，通过设备选择可设定仪表所用的通信协议，数据接受时自动辨别。并可根据用户要求增加通信协议。 实时在线功能 根据系统要求，对采集子站设定不同的采集间隔(可以任意设置)， 系统安全设置 系统设置多级权限，不同权限的功能有所不同。系统管理员可以使用所有的功能，而对于一般用户来说，数据库维护，系统维护等一些涉及系统内部安全的设置功能限制使用。 附图GPRS通信系统结构图 1、主控室直接与无线设备相连 用户B用户A用户X用户N用户2用户1用户 国际互联网用户用户 企业内部局域网用户2、主控室使用无线数据专线 用户B用户A用户X用户N用户2用户1用户 国际互联网用户用户
