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解決方案solution

基于GPRS的燃?xì)釹CADA系統(tǒng)應(yīng)用解決方案
第一部分 概述

        城市燃?xì)馐浅鞘谢A(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對(duì)社會(huì)環(huán)境和現(xiàn)代化城市建設(shè)起著舉足輕重的作用。為了保證天然氣輸配管網(wǎng)的安全運(yùn)行和穩(wěn)定供氣，提高現(xiàn)代化的供氣管理水平，北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)現(xiàn)已完成了一個(gè)自動(dòng)化水平較高、覆蓋范圍廣泛的SCA—DA系統(tǒng)(監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))整個(gè)燃?xì)膺h(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

        目前SCADA系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可分為有線和無線兩大類，其中有線通信主要包括架設(shè)光纜、電纜，電話線或x．25、DDN、ADSL等。無線通信主要為短波通信、擴(kuò)頻通信、衛(wèi)星通信、GSM通信及GPRS(通用分組無線服務(wù))通信等。在燃?xì)庑袠I(yè)中，由于各監(jiān)控點(diǎn)地理位置的特殊性，存在著如監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量多、分布范圍廣且距離遠(yuǎn)甚至地處偏僻等問題。以前都是使用租金昂貴的DDN有線通信，自己建設(shè)電臺(tái)的400 MHz短波無線通信方式等，這些通信方式具有投入大、租費(fèi)貴及服務(wù)不及時(shí)等特點(diǎn)。

        隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展完善，組網(wǎng)靈活、造價(jià)較低、建設(shè)期短、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、性價(jià)比較高的無線通信在SCADA系統(tǒng)中逐漸成為一種趨勢(shì)。GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過移動(dòng)通信部門的多年建設(shè)，近年來覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是近年來推出的GPRS新業(yè)務(wù)，十分符合SCADA系統(tǒng)的使用特點(diǎn)。這樣，在SCADA系統(tǒng)中采用GPRS網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸成為可能。

        GPRS燃?xì)釹CADA系統(tǒng)是廈門四信通信科技有限公司和系統(tǒng)集成商合作開發(fā)的基于GPRS技術(shù)的燃?xì)釹CADA系統(tǒng)。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端RTU和GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)，可對(duì)各地多個(gè)加氣站、儲(chǔ)配站、調(diào)壓站以及計(jì)量點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)集中控制管理，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)管網(wǎng)壓力、流量以及環(huán)境參數(shù)、動(dòng)力環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程無線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警、故障診斷和排除的功能。監(jiān)控系統(tǒng)貼合氣站實(shí)際情況，無論其實(shí)用性、可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等方面都有許多創(chuàng)新。

        調(diào)度管理中心和工作、維護(hù)人員利用“燃?xì)釭PRS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”提供的遠(yuǎn)程無線監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警、報(bào)表、打印等功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣站的全面監(jiān)控、管理。

第二部分 項(xiàng)目分析

        燃?xì)釭PRS遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)主系統(tǒng)由燃?xì)馀渌凸芫W(wǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)、燃?xì)庥?jì)量數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和燃?xì)鈹?shù)據(jù)控制中心組成。燃?xì)馀渌凸芫W(wǎng)監(jiān)控子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)管網(wǎng)壓力、流量以及環(huán)境參數(shù)、動(dòng)力環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程無線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制、報(bào)警、故障診斷和排除的功能。燃?xì)庥?jì)量數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)燃?xì)庥脩舻娜細(xì)馐褂昧?，支持GPRS在線監(jiān)測(cè)功能，并可將監(jiān)測(cè)的燃?xì)馐褂脭?shù)據(jù)按圖表、報(bào)表等方式統(tǒng)計(jì)、查詢。整套監(jiān)控系統(tǒng)貼合燃?xì)庹緦?shí)際情況，無論其實(shí)用性、可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性等方面都有許多技術(shù)創(chuàng)新。

2.1系統(tǒng)組成

        燃?xì)廨斉銼CADA系統(tǒng)一般由現(xiàn)場(chǎng)RTU，無線傳輸終端F2103，控制中心通信服務(wù)器，SCACD系統(tǒng)服務(wù)器和操作員終端（客戶軟件或web系統(tǒng)）等部分組成。

2.1.1 RTU： 采集器采集管網(wǎng)壓力、流量以及環(huán)境參數(shù)、動(dòng)力環(huán)境等；燃?xì)庥?jì)量獲取用戶燃?xì)馐褂昧俊?/span>
2.1.3 傳輸終端： 傳輸終端采用廈門四信的F2103，實(shí)時(shí)永久在線，內(nèi)嵌自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧，透明傳輸，同時(shí)支持RS232和RS485，支持多種工作模式，支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)。
2.1.3 控制中心通信服務(wù)器
2.1.4 中心軟件系統(tǒng)：基于ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)的抄表軟件，用戶數(shù)量無限制，安全可靠，運(yùn)行和處理速度快 ，功能豐富完善。

2.2 系統(tǒng)總架構(gòu)

        系統(tǒng)由中心站和監(jiān)測(cè)站組成，主站負(fù)責(zé)監(jiān)控和管理，監(jiān)測(cè)站采用RTU模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、控制及上傳。 

        監(jiān)測(cè)站各種監(jiān)控傳感器首先匯總到采集器RTU，各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)（壓力，流量，環(huán)境，使用量等）由傳感器通過信號(hào)線到RTU，RTU通過RS232/485接口與廈門四信通信的F2103（RS232或RS485）無線傳輸終端連接，RTU對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，協(xié)議封裝后，把數(shù)據(jù)傳給F2103 IP MODEM(gprs dtu)　，F(xiàn)2103 IP MODEM通過對(duì)數(shù)據(jù)協(xié)議處理，打包，然后發(fā)送給GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)送至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和監(jiān)控中心系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。

       采用的傳感器包括溫度傳感器、濃度傳感器、氣量傳感器、壓力傳感器等，輸出為電壓、電流模擬信號(hào)，具體情況可更具實(shí)際需要增加或改變相應(yīng)的傳感器。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器使用APN專線或普通ADSL等作為網(wǎng)絡(luò)接入。當(dāng)F2103通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，建立透明數(shù)據(jù)通道后，RTU產(chǎn)生的數(shù)據(jù)只要送到串口，F(xiàn)2103就會(huì)把收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)；同時(shí)服務(wù)器主機(jī)下發(fā)的命令通過通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通過串口送到RTU，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下圖所示：
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2.3系統(tǒng)功能

        主站采用PC計(jì)算機(jī)，通過光纜，ADSL或APN專線連接到互聯(lián)網(wǎng)或無線專網(wǎng)，主站向從站發(fā)送數(shù)據(jù)，并接收從站發(fā)來的數(shù)據(jù)。主站接收從站傳來的各自信號(hào)，處理后顯示輸出，如果有異常情況發(fā)生，可進(jìn)行聲音報(bào)警，提醒操作人員采取措施，防止事故發(fā)生。系統(tǒng)有在線組態(tài)功能，根據(jù)整個(gè)熱力系統(tǒng)的狀況，自動(dòng)對(duì)各從機(jī)在線組態(tài)，控制整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。主機(jī)可自動(dòng)生成各種報(bào)表，并設(shè)有值班檢查功能及定時(shí)打印、隨機(jī)打印功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)天燃?xì)庀到y(tǒng)自動(dòng)化管理。

1、用戶或子站（GIS）地圖
2、報(bào)表功能
3、圖表曲線功能
4、故障處理和報(bào)警功能
5、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢功能
6、兼容不同通信協(xié)議
7、實(shí)時(shí)在線功能
8、系統(tǒng)安全設(shè)置： 系統(tǒng)設(shè)置多級(jí)權(quán)限，不同權(quán)限的功能有所不同。
9、時(shí)間同步
10、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能

        數(shù)據(jù)監(jiān)控中心服務(wù)器運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)版的應(yīng)用軟件，可以通過局域網(wǎng)把各個(gè)采集終端的數(shù)據(jù)共享給有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門；局域網(wǎng)內(nèi)的授權(quán)用戶可以查看、調(diào)閱數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化。

第三部分 項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)施
3.1 傳輸模塊與采集終端連接

        四信的F2103無線傳輸模塊同時(shí)支持RS232/485接口，可通過RS232/485與終端通訊。本系統(tǒng)采用的是232的接口方式。F2103和采集器的接線線序如下：
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3.2 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)接入方式分析
1. APN專線接入

        中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP，客戶中心通過一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)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(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。

        用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。

        用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。

        移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。

        中心采用APN專線接入的方式，在實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。

2. ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址）

        中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。客戶先與DNS服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)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(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。

3. 通過固定公網(wǎng)IP連接

        中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP服務(wù)的。此種方案先向INTERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。雖然申請(qǐng)固定IP費(fèi)用比較貴，但其運(yùn)行可靠穩(wěn)定，組網(wǎng)方式簡(jiǎn)易方便，深受廣大用戶的青睞，一般推薦此種方案。

3.3 無線數(shù)據(jù)傳輸方式

        傳輸設(shè)備采用廈門四信的F2103，其功能齊全，性能穩(wěn)定，簡(jiǎn)單易用，它是一款工業(yè)級(jí)別的無線傳輸終端，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種各樣的工業(yè)，金融場(chǎng)合。

        終端設(shè)備和傳輸設(shè)備連接好后，設(shè)置好各種通訊參數(shù)，工作模式后，在傳輸設(shè)備F2103中填入數(shù)據(jù)中心的地址和應(yīng)用程序的端口號(hào)。這樣當(dāng)終端設(shè)備數(shù)據(jù)傳給傳輸設(shè)備F2103，F(xiàn)2103就會(huì)把數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)街行摹?/span>

        終端設(shè)備支持多種中心模式（主備中心，多中心），多種激活模式（電話，短信，數(shù)據(jù)），多種工作模式（TCP，UDP，telnet等），方便用戶組網(wǎng)和各種系統(tǒng)需求。心跳包機(jī)制，注冊(cè)包機(jī)制，數(shù)據(jù)幀可控，重連機(jī)制等多種機(jī)制不僅保證設(shè)備實(shí)時(shí)在線，而且穩(wěn)定可靠，同時(shí)方便客戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況，來設(shè)置各種傳輸參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到最佳效果。 

3.4 數(shù)據(jù)中心軟件平臺(tái)構(gòu)建

        抄表系統(tǒng)的核心部分是系統(tǒng)軟件，它遵循DL/T645部標(biāo)通訊規(guī)約，并有擴(kuò)展性。具有四信通信的GPRS無線模塊的中心端軟件建有多種方式，對(duì)于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。目前四信提供三種方式的中心接口：
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        首先是對(duì)于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了四信通信的驅(qū)動(dòng)了，可以直接配置使用；其次對(duì)于原本是讀串口的程序，為了兼容原來的系統(tǒng)而不做開發(fā)工作，我們提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM）；最后是對(duì)于想開發(fā)自己獨(dú)有的數(shù)據(jù)中心軟件的客戶，會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)及四信公司的測(cè)試版數(shù)據(jù)中心軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)?？蛻艨赡芡ㄟ^動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)快速開發(fā)一個(gè)靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。

如下是該系統(tǒng)的中心站軟件：

        監(jiān)控中心監(jiān)測(cè)軟件采用通用編程工具開發(fā)，具有靈活性好、針對(duì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以對(duì)采集來的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、保存、入庫(kù)，制作輸出報(bào)表、繪出各種曲線，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程抄表、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及自動(dòng)化管理功能。界面友好、操作簡(jiǎn)單方便，真正實(shí)現(xiàn)了高效率和辦公自動(dòng)化。可同時(shí)兼容多個(gè)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(kù)使網(wǎng)絡(luò)化管理變得簡(jiǎn)單易行。

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三．設(shè)備的特點(diǎn)和參數(shù)
1.遠(yuǎn)程終端控制單元RTU

        遠(yuǎn)程終端控制單元一般為無人值守站，分布在全市范圍內(nèi)。RTU采集站內(nèi)各儀表分層值(如進(jìn)口壓力、出口壓力、溫度、環(huán)境溫度等)、實(shí)際值(如瞬時(shí)流量、累積流量等)和各種開關(guān)量、異常信息等，經(jīng)RS232接口并利用MODBUS協(xié)議和IP MODEM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；同時(shí)接收并執(zhí)行經(jīng)IP MODEM傳送過來的各種指令。

2.F2103通信模塊

        F2103 GPRS IP MODEM采用高性能嵌入式處理器，以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，內(nèi)嵌自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TCP/IP協(xié)議棧。為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時(shí)自動(dòng)斷線的功能。同時(shí)也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。公司產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融，水利，環(huán)保，電力，郵政，氣象等行業(yè)。

它具有豐富的軟件功能：

1. 智能防掉線，支持在線檢測(cè)，在線維持，掉線自動(dòng)重?fù)?，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。
2. 支持RSA，RC4加密算法
3. 支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)（APN）
4. 透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持多種工作模式
5. 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名和IP地址訪問
6. 支持雙數(shù)據(jù)中心備份
7. 支持多數(shù)據(jù)中心
8. 支持短信、語音、數(shù)據(jù)等喚醒方式以及超時(shí)斷開網(wǎng)絡(luò)連接。
9. 支持短消息備份及告警。
10. 多重軟硬件看門狗
11. 數(shù)據(jù)包傳輸狀態(tài)報(bào)告。
12. 標(biāo)準(zhǔn)的AT命令界面
13. 可以用做普通撥號(hào)MODEM
14. 支持telnet功能。
15. 支持遠(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)程控制
16. 通過串口軟件升級(jí)
17. 同時(shí)支持LINUX和WINDOWS操作系統(tǒng)

四．總結(jié)

　    隨著工業(yè)供氣的發(fā)展和用戶對(duì)供氣要求的不斷提高，為了確保供氣管網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高燃?xì)夤芾硇?，?shí)現(xiàn)燃?xì)饩W(wǎng)現(xiàn)代化管理水平，采用燃?xì)夤芫W(wǎng)無線監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)燃?xì)饩W(wǎng)進(jìn)行集中監(jiān)控和量化管理已是當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)。燃?xì)夤芫W(wǎng)無線監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于熱力公司提高供熱效率、降低運(yùn)行成本，同時(shí)可以減少各監(jiān)測(cè)站的長(zhǎng)期值守人員，極大的降低管理費(fèi)用具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。采用廈門四信通信的F2103 GPRS傳輸終端，使得整體系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線，永遠(yuǎn)在線，穩(wěn)定可靠。成熟的GPRS網(wǎng)絡(luò)上，穩(wěn)定可靠的傳輸終端，靈活快捷的組網(wǎng)方案使得燃?xì)鈾z測(cè)管理在建設(shè)成本，運(yùn)營(yíng)成本和技術(shù)投入大為降低。而且廈門四信通信的F2103 GPRS傳輸終端工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，組網(wǎng)靈活，安全可靠，實(shí)時(shí)在線的特點(diǎn)很適合運(yùn)用在燃?xì)庑袠I(yè)的應(yīng)用。

關(guān)鍵字： SCADA系統(tǒng) 燃?xì)釹CADA系統(tǒng) SCADA方案

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