陜北水利GPRS調度系統(tǒng)應用方案
第一部分 GPRS網(wǎng)絡簡介GPRS是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業(yè)務,它是以數(shù)據(jù)流量計費、或大數(shù)據(jù)的包月包年計費。覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出,為行業(yè)和企業(yè)用戶開展無線數(shù)據(jù)傳輸提供了基礎設施平臺,為推動移動辦公的應用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡相比,GPRS網(wǎng)絡具有租用費用低、移動辦公,不受地域制約等優(yōu)點。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。GPRS通信方式更適合于各類數(shù)據(jù)采集業(yè)務,目前城市水利調度系統(tǒng)與各采用有線交互傳輸或電臺方式,甚至有些偏遠井道要有線網(wǎng)絡接入成了不可能。月租費太高,用電話線傳送數(shù)據(jù)按時間計費,帶來諸多不便,費用也不便宜。、GPRS網(wǎng)絡優(yōu)點1、覆蓋范圍。構建城市水利調度系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣,擴容無限制,接入地點無限制,能滿足城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于調度檢測點數(shù)量眾多,分布在地區(qū)的各個角落,而且地理位置分散。另外,還必須考慮今后系統(tǒng)擴充的可能,必須具有良好的可擴展性。由于目前GPRS已覆蓋省內絕大部分地區(qū),能夠滿足城市水利調度系統(tǒng)對覆蓋范圍的要求。2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右,完全能滿足水利調度系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。3、系統(tǒng)的傳輸容量大。城市水利調度系統(tǒng)要和每一個監(jiān)測點實現(xiàn)實時連接。由于監(jiān)測點數(shù)量眾多,系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。4、通信費用控制靈活。采用傳統(tǒng)的有線方式建立水利調度系統(tǒng),必須租用專線或電話線進行連接。由于調度監(jiān)測點必須與中心隨時保持連線狀態(tài),而每次數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)量很小,線路資源利用率很低,平均每一個監(jiān)測點每月的線路費用為800~1200元。而如果采用GPRS通信方式,由于GPRS采用按數(shù)據(jù)流量計費的方式,資源利用率高,月通信費用將在200元之內,如果數(shù)據(jù)量很大的情況下也可按包月或包年計費。5、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較,由于GPRS具有實時在線特性,系統(tǒng)無時延,可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。第二部分 概述隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展、城市規(guī)模的擴大和現(xiàn)代化程度的不斷提高,城市的水利調度系統(tǒng)也越來越龐大,且許多供水管線的填埋情況復雜、資料不清,有些管線甚至僅憑當時施工工人的記憶去尋找,造成諸多設計上的失誤和施工中的事故。采用人工方法,借助圖紙、各類卡片來管理城市水利調度系統(tǒng),已越來越難以滿足實際需要。所以實現(xiàn)對水利調度管理系統(tǒng)的需求是相當迫切的。業(yè)內眾多有識之士已達成共識:使用計算機,借助無線網(wǎng)絡系統(tǒng)技術來進行水利調度的管理、管網(wǎng)設計及數(shù)據(jù)采集,已是勢在必行。基于GPRS網(wǎng)絡平臺的無線數(shù)據(jù)技術自2002年在中國正式商用以來,以“實時在線、按流量計費、覆蓋率廣”等優(yōu)勢在各行業(yè)取得廣泛應用,隨著信息化的發(fā)展,DTU已經(jīng)完全取代了以往的各種有線接入。而以往的有線連接必須依賴于網(wǎng)絡布線、固定電話線路,對于發(fā)展移動性的服務、增設新的服務網(wǎng)點、增設臨時性的窗口常會受到有線連接的困擾。同時布線還需要昂貴的費用和鋪設時間,對已有的網(wǎng)絡也會有影響,所以有線連接已經(jīng)嚴重限制了目前各種信息化應用的主要原因。GPRS與其它通迅方式綜合比較表:第三部分 陜北水利調度系統(tǒng)組成一、 陜北水利調度結構圖花石峁加壓站與野蘆溝加壓站日供水7萬m³,野蘆溝加壓站與新廟加壓站、打井塔加壓站日供水3.5萬m³。首站與野蘆溝加壓站的距離為21.5km,野蘆溝加壓站與新廟加壓站的距離為12.3km,野蘆溝加壓站與打井塔加壓站的距離為10.2km,新廟加壓站距后溝門13.07km,新廟加壓站距三道溝11.115km,三道溝與老高川的距離13.557km,打井塔加壓站與老新民的距離為5.82km,打井塔站與同源站的距離為5.781km,打井塔站與玉豐站的距離為1.311km,打井塔站與新田站的距離為:0.699km,打井塔站與金萬通站的距離2.8km。老新民與萬家墩站的距離為8.205km,老新民站與新窯站的距離為2.018km,天橋水源地與花石峁站之間的距離為9.5km,孤山川水源地與花石峁站之間的距離為2km。下圖為各站的分布結構圖1、花石峁站(主站)控制系統(tǒng)此系統(tǒng)中有一臺工程師站、一臺操作員站,兩PLC控制系統(tǒng)。2、其它分站控制系統(tǒng)每個分站均配置一臺工作站和一套PLC控制系統(tǒng)二、 系統(tǒng)組成結構及功能要求如上圖所示水利遠程測控調度系統(tǒng)由花石峁調度中心、無線GPRS 網(wǎng)絡、遠程終端單元(RTU)幾個部分組成: 分站控制系統(tǒng)單元(RTU)每個分站均配置一臺工作站和一套PLC控制系統(tǒng)分站控制系統(tǒng)單元RTU 分散的分布在水利調度的各個遙測點上,主要由F2103 GPRS模塊、電源、天線、PLC 的CPU 及各種I/O 模板及后備電池、機箱等幾部分組成。分站控制系統(tǒng)單元RTU與現(xiàn)場設備的開關量、模擬量信號相連,進行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲并通過GPRS 網(wǎng)絡與調度中心傳送數(shù)據(jù),接收并執(zhí)行上位機的命令。具體功能如下:RTU 機箱:安裝于遙測點現(xiàn)場,為壁掛式,具有防盜功能(包括GPRS 模塊天線),其固定螺絲置于箱體內,設置門鎖,箱體內具有220V 交流電(如井下無條件具備220V電壓,可考慮蓄電池、鋰電池等能滿足終端產(chǎn)品電壓需求的供電裝置),信號輸入輸出接線端子,設置交流進線空氣開關,如有條件可配備一220V 交流電插座(檢修時方便使用)PLC:使用西門子、三菱、歐姆龍等知名品牌提供4 路4-20mA 模擬輸入、6 路開關量輸入、4 路開關量輸出,無需監(jiān)控中心控制,可自行進行測量,并保存累積數(shù)據(jù)系統(tǒng);具有實時時鐘功能(可通過監(jiān)控中心設定校準),采集到的數(shù)據(jù)以時間為順序,以5分鐘/每次的密度,能在RTU 端存儲一天的歷史數(shù)據(jù),程序、參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)具有掉電保護功能;定時上報:把從儀表采集到的數(shù)據(jù),以定時(整5 分鐘報一次)方式上報;實現(xiàn)數(shù)據(jù)點播:可以響應各監(jiān)控中心發(fā)出的查詢請求,將實時時刻或歷史時刻的數(shù)據(jù)發(fā)給監(jiān)控中心,數(shù)據(jù)可發(fā)給多個監(jiān)控中心;輸入信號損壞時發(fā)出報警信息;當系統(tǒng)上電復位,或系統(tǒng)運行、通信發(fā)生異常死機復位(看門狗復位)時,系統(tǒng)根 據(jù)復位類型不同進行復位處理,保證系統(tǒng)正常工作。可為一次儀表(兩線制,三線制)提供24V 電源,具有一次表供電功能。F2103 GPRS模塊:其核心使用SIMEMS MC39I無線模塊,內嵌TCP/IP協(xié)議,支持900/1800 MHz系統(tǒng),提供RS-232或RS-485自選接口,支持各種非TCP/IP終端設備數(shù)據(jù)的透明傳輸,可上電即自動撥號上網(wǎng),一直在線,自檢測假撥號現(xiàn)象,掉線可自動重撥。帶自主開發(fā)的主控電路和硬件看門狗,保證電路的可靠工作,并可根據(jù)用戶需要進行遠程在線維護。(可選的備用冗余功能)調度中心可以設一主一備兩個中心(即有一主一備兩個IP地址),平時RTU端的GPRS模塊只與調度中心主中心(主IP地址)聯(lián)系,當主IP地址聯(lián)系不上時,RTU端的GPRS模塊能自動與備用IP地址聯(lián)系,切換到備用系統(tǒng)進行工作,當主IP地址系統(tǒng)恢復正常,關閉備用IP地址系統(tǒng)時,能恢復到主IP地址系統(tǒng)進行工作(最多可以和5個中心同時通信)。(更多關于F2103 GPRS DTU技術指標可到四信網(wǎng)站下載)通信工作原理: 首先對F2103 DTU進行設置,設置要連接的中心IP和端口及其它必要性的設置,設置好之后PLC通過RS232或RS485接口和DTU相連,DTU上電之后根據(jù)事先設置好的中心IP和端口進行連接,成功連接到中心軟件后即可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 終端流量傳感器、水壓傳感器工作時所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過串口往無線模塊串口送, 無線模塊檢測到串口的數(shù)據(jù)后最終數(shù)據(jù)信息發(fā)送到中心去 花石峁調度中心:此系統(tǒng)中有一臺工程師站、一臺操作員站,兩PLC控制系統(tǒng)。中心條件:首先用某臺能上網(wǎng)的PC機,條件必須能讓外網(wǎng)訪問的到,如運行中心軟件的PC機在局域網(wǎng)里面,那要在局域網(wǎng)路由器做端口映射到本機PC,等這些條件具備之后在本機運行一個中心DEMO,開放一個端口,運行軟件等待DTU的連接。DTU連接中心后,就可按要求進行傳輸數(shù)據(jù),中心收到數(shù)據(jù)后,通過系統(tǒng)進行解密、過濾、篩選,最終獲得所需要的數(shù)據(jù)進行分析、統(tǒng)計等工作。調度中心功能:水利調度中心通過公網(wǎng)與公司內部網(wǎng)連接,調度中心PC 通過GPRS 網(wǎng)絡向RTU 下發(fā)配置信息、控制信息,及接收下位機上報的數(shù)據(jù)及告警信息,同時對采集的數(shù)據(jù)進行管理,提供查詢、統(tǒng)計、報表等功能調度中心、監(jiān)控分中心的具體功能如下:能夠給RTU 下發(fā)組態(tài)信息、控制命令,能夠校準RTU 的時鐘RTU 發(fā)送來的數(shù)據(jù)自動進入數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)庫具備一定的安全措施處理RTU 的報警信息數(shù)據(jù)遙測功能:定時巡測、手動巡測、隨機抽測、分組召測遙控功能:控制RTU 開關量輸出點的開、關狀態(tài)、遙信開關狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)管理功能:設置修改各測量數(shù)據(jù)上、下限值,通訊參數(shù)在線組態(tài)功能:新增RTU 數(shù)據(jù)采集點等參數(shù)通過組態(tài)定義即可完成。數(shù)據(jù)庫管理功能:對測得的數(shù)據(jù)建庫,對數(shù)據(jù)進行處理,查詢歷史數(shù)據(jù),報表打印具有數(shù)據(jù)顯示功能: 能顯示測量的各種數(shù)據(jù)、遙信開關狀態(tài)、各種系統(tǒng)圖形等具有圖形功能,模擬顯示調度圖、水廠工藝流程圖等搶修修理、停水、管網(wǎng)沖洗等數(shù)據(jù)錄入及統(tǒng)計。數(shù)據(jù)共享功能:提供一個WEB 站點,該WEB 站點使公司寬帶內部網(wǎng)的任意一臺工作站只通過WEB 瀏覽器就可以登陸查看所有監(jiān)控點的實時數(shù)據(jù)和存儲的任何時間段的歷史數(shù)據(jù)。WEB 站點通過用戶身份認證授權方式控制該用戶可訪問那些監(jiān)控點的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)和存儲的任何時間段的歷史數(shù)據(jù)。調度中心系統(tǒng)管理員能增加、刪除可訪問用戶,并對用戶進行不同權限的授權。該WEB 站點應能通過超鏈接方式聯(lián)入公司統(tǒng)一平臺。具備一開放的實時數(shù)據(jù)庫,DLP 大屏控制器軟件能夠讀取各監(jiān)測點的實時數(shù)據(jù)。注:中心軟件可使用組態(tài)軟件、力控軟件或自行開發(fā)軟件(可提供源碼)組網(wǎng)方案如下:A、公網(wǎng)方案:中心用一個服務器組作為中心接收,中心采用ADSL 等INTELNET 公網(wǎng)連接,采用公網(wǎng)固定IP 或者公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS 解析服務。此種方案先向INTERNET 運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務。1) 中心公網(wǎng)固定IP:監(jiān)控點直接向中心固定IP 發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定,推薦此種方案。(當然固定IP 費用比較貴,視客戶財力決定)2) 中心公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS 解析服務:大部分IP 都是動態(tài)的,而且費用相對便宜。客戶先與DNS 服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名,動態(tài)域名解析軟件網(wǎng)址如下:(可以先申請免費的二級域名)88IP解析http://www.88ip.cn監(jiān)控點先采用域名尋址方式連接DNS 服務器,再由DNS 服務器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP,建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP 的費用,但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定,所以要尋找可靠的DNS 服務商。B、專網(wǎng)方案:根據(jù)客戶內部網(wǎng)對網(wǎng)絡安全的特殊要求,決定采用中國移動GPRS網(wǎng)絡的專用APN形式入網(wǎng),每個SIM卡綁定固定內部IP,擁有獨立上網(wǎng)APN名,其特點如下:網(wǎng)內分配專用的APN名,普通用戶不得申請該APN 。用于GPRS 專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN,限制使用其他APN,也限制網(wǎng)外SIM卡使用專網(wǎng)APN。專門由移動公司機房牽出專線聯(lián)接中心服務器組。這種方案安全性和穩(wěn)定性大大提高,但費用比較高。中心采用APN專線, 所有點都采用內網(wǎng)固定IP 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡,雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接,在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。 為客戶分配專用的APN,普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN,防止其他非法用戶的進入。 用戶在內部建立RADIUS服務器,作為內部用戶接入的遠程認證服務器(或在APN路由器內,啟用路由器本地認證功能)。只有通過認證的用戶才允許接入,用以保證用戶內部安全。 用戶在內部建立DHCP服務器(或在APN路由器內,啟用DHCP功能),為通過認證的用戶分配用戶內部地址。 移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密,避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離,并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性,安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高,適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。業(yè)務流程GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務器平臺的流程為:1)用戶發(fā)出GPRS登錄請求,請求中包括由移動公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN;2)根據(jù)請求中的APN,SGSN向DNS服務器發(fā)出查詢請求,找到與企業(yè)服務器平臺連接的GGSN,并將用戶請求通過GTP隧道封裝送給GGSN;3)GGSN將用戶認證信息(包括手機號碼、用戶賬號、密碼等)通過專線送至Radius進行認證;4)Radius認證服務器看到手機號等認證信息,確認是合法用戶發(fā)來的請求,向DHCP服務器請求分配用戶地址;5)Radius認證通過后,由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認信息;6)用戶得到了IP地址,就可以攜帶數(shù)據(jù)包,對GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務處理平臺進行訪問。地址: 廈門市軟件園觀日路 44 號 3 樓 J1-J2 電話: 0592-6300324 、6300325網(wǎng)址:http://www.four-faith.com 傳真:0592-591273510
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