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摘要：实时的管网压力、流量是供水安全调度的重要依据,能帮助调度人员掌握供水状况。GPRS数据传输方式，覆盖范围广，有利于地理分散的管网监控点建设。在GPRS管网调度系统上，开发原无线电台供水调度系统数据接口，统一管理平台，使无线电台系统到GPRS方式平缓过渡。通过网页发布及权限管理，达到安全的数据共享，为调度人员及相关管理人员提供了统一开放的信息管理平台。
关键词：远程监测；GPRS；供水；调度
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 11-0000-02
随着社会经济的不断发展，城市供水区域也迅速扩大。中山市镇区大部分供水管网仍处于无监测状态，不利于生产调度。通过管网供水调度系统，即数据采集与监视控制系统,可有效监测管网区间压力、流量分布数据，合理调整供水压力，及时发现管网异常情况，减少漏水损失，保障供水安全。为此中山市水务事业部计划向下属公司推广建设开放性好、可靠性高、适应性强的供水管网监控调度系统，积累重要的管网数据，为下属公司挖潜改造，提高供水效率和管网改建扩建提供宝贵的依据。另外还准备整合优化城区的无线电台调度系统，一并监测处理下属公司的管网及水厂重要的生产数据，提高供水管理信息化水平。
一、无线电台调度系统概述
城区无线电台调度系统已运行10多年，由现场RTU、无线电台收发模块、数据中心、上位机软件组成。该系统随着周边高构筑物的建设，严重影响数据传输，再加上受天气影响，数据传输不稳定。尤其受雷击损坏，经常使调度人员无法实时监测管网数据，故引入先进的调度系统已势在必行。
二、 GPRS管网供水系统
目前，自来水供水调度监控系统中采用的数据通信可简单分为有线和无线两大类，其中有线通信主要包括架设光缆、电缆或租用电信电话线、X.25、DDN、ADSL等，而无线通信方式主要包括[1]：超短波（230MHz）无线数传电台、扩频、卫星通信、GSM数字蜂窝通信系统等，其中卫星通信由于通信费用昂贵，只在一些特殊的领域下使用，未得以普及；而扩频通信技术虽然速率高，但只能在视距范围内传输，应用也受到限制。采用超短波数传电台作为传输信道具有组网灵活、扩展容易、维修方便、运行费用低等优点，但由于系统工作于230MHz且多采用普通间接调制的数传电台，这就造成系统易受外界干扰、 通信速率低、误码率高、数据传送量不大、信号覆盖范围小等缺点[2]。
目前GSM网络经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，特别是中国移动新推出的GPRS数据业务。GSM/GPRS系统可提供广域的无线IP连接。
由于管网监控点数量众多，分布在全市范围内，部分管网监控点位于偏僻地区，而且地理位置分散。采用GPRS方式，理论上在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以实现监控。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建自来水供水调度监控系统，实现管网监控点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。
（一）系统组成和原理
由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，因此监测中心计算机需要一个固定的IP地址或固定的域名，各管网监控点采用GPRS模块通过IP地址或域名来访问该主机，从而进行数据通信。
GPRS供水调度系统主要包括中心主站、数据通信链路和远程数据采集端站(RTU)三个部分，中心主站设置在调度中心，远程采集端站安装在管网监测点上，系统采用一对多的组网方式(1:n)，即1个中心和多个RTU端站；数据中心主要包括中心站软件和相应的计算机和网络设备，它是整个系统的控制中心，也是整个系统功能的集中体现。现场RTU主要完成压力、流量信号的采集并进行前端处理，然后通过GPRS网络传输到中心主站，操作人员在中心站就可以通过本系统对整个供水管网的压力、流量进行实时监测，系统网络如图1所示。
（二）关键技术及创新特点
1. RTU：采用德国西门子可编程控制器(PLC)为核心进行设计，可长期在恶劣的环境下工作，该PLC的CPU和I/O模块都采用拔插式，扩展安装非常方便，稳压电源选用高性能带浮冲功能开关电源，在市电正常时，自动向蓄电池充电，当市电停电时，自动逆变，通过蓄电池来进行工作；RTU带实时时钟，可自动保存历史数据，当通信故障而中断传输时，等通信链路恢复后，可通过中心软件的补调功能把丢失的数据补调到中心；整个端站采用壁挂式機箱，烟囱结构原理设计，散热良好，可以在温度-15℃～75℃、湿度10%～95%的环境下长期稳定可靠工作。
2.GPRS通信链路： GPRS 通信模块采用工业级的芯片设计，具有掉线自动检测、自动重拨功能。另外，GPRS通信模块和中心软件之间采用定期心跳包来进行握手，维持可靠的DDN链路，可在SIM卡没有固定IP的情况下，完成与中心主站之间的双向可靠通信。
采用GPRS通讯方式是本系统的一大特点，相对于传统的无线电台方式，无线GPRS通讯在数据覆盖面积、传输稳定性、抗干扰等方面更胜一筹。GPRS主要优点表现为：
（1）良好的实时响应与处理能力：与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，系统能够同时实时收取、处理多个/所有监测点的各种数据，无需轮巡就可以同步监测点的时钟可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
（2）建设成本低：可充分利用现有GSM网络，设备安装即接通，而采用无线电台通信时需要充分考虑现场环境，还需要配备天线铁架等附属设备。
（3）安装调试简单，建设周期短：利用现有成熟GSM网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷。采用无线电台通信时安装调试工作量大，要先进行现场信号测试，天线铁架架设，天线方向角度调试等工作。
（4）覆盖范围广：构建供水调度监控系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。 （5）数据传输速率高：GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s[3]，实际应用时数据传输速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波数传电台传送速率多为2.4kbit/s或更低。
（6）系统的传输容量大：监控中心站要和每一个管网监控点实现实时连接。由于管网监控点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
（7）通信费用低：采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月不限流量收费，从而实现了系统的低成本通信。
GPRS系统接入设备可以移动，当管网监控点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护原有投资，适合于供水调度监控工作。
3.中心软件：在通信上，采用群发群收技术，所有端站在数秒内即可完成数据的采集，对通信短暂失败的情况，自动进行多次通信，提高数据成功率。软件具备自动补调功能，对因为通信中断等原因造成的数据丢失会自动进行补遗，确保数据的完整；软件提供组态功能，开放性好，可以对RTU、采集参数、画面、报表等进行组态，维护方便。中心软件采用C/S和B/S结合的工作方式，中心主站安装组态画面软件，而其它客户端则直接通过IE浏览器查看数据。WEB页面采用了先进的AJAX局部刷新技术，实时画面只对数据显示的位置进行局部刷新，速度快、画面无任何闪烁现象。WEB画面可由前台机组态后自动生成，使用和维护方便。中心主画面如图2所示：
在中心軟件上开发数据接口程序，通过数据库方式读取无线电台调度系统的实时数据，在新系统里统一管理、分析、展示。
（三）系统功能
1.定时巡测每个监控点状态，巡测时间可以按需设定。
2.随时人工点测监控点状态。
3.数据补传功能：防止系统掉电时数据丢失。
4.报警功能：市电停电报警；压力、流量上下限报警；差值报警等。
5.曲线分析及自定义报表。
6. web发布：web画面由前台组态后自动生成，无需编写web脚本。用户可以通过手机、电脑等任何一个网络接入点随时浏览数据，非常方便，正是所谓的移动办公。
7.数据库接口：只需配置数据表名称、数据项名称即可（如图3 数据库接口设置），无需编程，连接方便。
8.权限管理：管理员具有开发等所有功能，普通用户仅能查询、不能修改配置。也可对单个用户、单个画面，或单个功能进行权限设置，保证数据安全。
三、结束语
GPRS管网供水调度系统比起原无线电台系统在通信、历史数据补遗、报表定义、WEB发布等方面具有更好的优越性。尤其在网络覆盖面及建设成本方面更胜一筹。且GPRS管网供水系统提供了原无线电台系统的数据库接口，统一管理，对经常出现故障的无线电台监控点进行改造，使其从无线电台到GPRS缓慢过渡，节约成本。在系统没有投入使用前，乡镇大部分管网压力、流量状况是无法实时监测的，供水系统的运行是根据人工的经验来进行调度的，缺乏科学的手段和依据；本系统投入使用后，调度运行人员可以实时动态地掌握整个管网关键点的压力，调度和运行人员可以根据管网的压力来动态调整水厂的机泵开机组合，在保障供水服务压力、及时发现供水事故、保障管网的安全运行等方面效果明显；另外，系统记录的历史数据，也是公司今后进行管网设计和分析的重要数据来源，供调度人员及有关部门分析和决策取用，提高工作效率，保证供水质量，满足日益增产的用水量的需求。可见，本系统的建设具有良好的社会效益和经济效益。
参考文献:
[1]牟兆泉.无线通信技术在SCADA系统中应用的研究[J].中国制造业信息化,2007,36(13):1-2
[2]张革委. GPRS技术在监测系统的应用[J].煤矿现代化,2006,04:1-2
[3]夏秀坤.基于GPRS的无线抄表技术研究[J].自动化技术与应用,2009,28(3):1-2
关键词：远程监测；GPRS；供水；调度
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 11-0000-02
随着社会经济的不断发展，城市供水区域也迅速扩大。中山市镇区大部分供水管网仍处于无监测状态，不利于生产调度。通过管网供水调度系统，即数据采集与监视控制系统,可有效监测管网区间压力、流量分布数据，合理调整供水压力，及时发现管网异常情况，减少漏水损失，保障供水安全。为此中山市水务事业部计划向下属公司推广建设开放性好、可靠性高、适应性强的供水管网监控调度系统，积累重要的管网数据，为下属公司挖潜改造，提高供水效率和管网改建扩建提供宝贵的依据。另外还准备整合优化城区的无线电台调度系统，一并监测处理下属公司的管网及水厂重要的生产数据，提高供水管理信息化水平。
一、无线电台调度系统概述
城区无线电台调度系统已运行10多年，由现场RTU、无线电台收发模块、数据中心、上位机软件组成。该系统随着周边高构筑物的建设，严重影响数据传输，再加上受天气影响，数据传输不稳定。尤其受雷击损坏，经常使调度人员无法实时监测管网数据，故引入先进的调度系统已势在必行。
二、 GPRS管网供水系统
目前，自来水供水调度监控系统中采用的数据通信可简单分为有线和无线两大类，其中有线通信主要包括架设光缆、电缆或租用电信电话线、X.25、DDN、ADSL等，而无线通信方式主要包括[1]：超短波（230MHz）无线数传电台、扩频、卫星通信、GSM数字蜂窝通信系统等，其中卫星通信由于通信费用昂贵，只在一些特殊的领域下使用，未得以普及；而扩频通信技术虽然速率高，但只能在视距范围内传输，应用也受到限制。采用超短波数传电台作为传输信道具有组网灵活、扩展容易、维修方便、运行费用低等优点，但由于系统工作于230MHz且多采用普通间接调制的数传电台，这就造成系统易受外界干扰、 通信速率低、误码率高、数据传送量不大、信号覆盖范围小等缺点[2]。
目前GSM网络经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，特别是中国移动新推出的GPRS数据业务。GSM/GPRS系统可提供广域的无线IP连接。
由于管网监控点数量众多，分布在全市范围内，部分管网监控点位于偏僻地区，而且地理位置分散。采用GPRS方式，理论上在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以实现监控。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建自来水供水调度监控系统，实现管网监控点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。
（一）系统组成和原理
由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，因此监测中心计算机需要一个固定的IP地址或固定的域名，各管网监控点采用GPRS模块通过IP地址或域名来访问该主机，从而进行数据通信。
GPRS供水调度系统主要包括中心主站、数据通信链路和远程数据采集端站(RTU)三个部分，中心主站设置在调度中心，远程采集端站安装在管网监测点上，系统采用一对多的组网方式(1:n)，即1个中心和多个RTU端站；数据中心主要包括中心站软件和相应的计算机和网络设备，它是整个系统的控制中心，也是整个系统功能的集中体现。现场RTU主要完成压力、流量信号的采集并进行前端处理，然后通过GPRS网络传输到中心主站，操作人员在中心站就可以通过本系统对整个供水管网的压力、流量进行实时监测，系统网络如图1所示。
（二）关键技术及创新特点
1. RTU：采用德国西门子可编程控制器(PLC)为核心进行设计，可长期在恶劣的环境下工作，该PLC的CPU和I/O模块都采用拔插式，扩展安装非常方便，稳压电源选用高性能带浮冲功能开关电源，在市电正常时，自动向蓄电池充电，当市电停电时，自动逆变，通过蓄电池来进行工作；RTU带实时时钟，可自动保存历史数据，当通信故障而中断传输时，等通信链路恢复后，可通过中心软件的补调功能把丢失的数据补调到中心；整个端站采用壁挂式機箱，烟囱结构原理设计，散热良好，可以在温度-15℃～75℃、湿度10%～95%的环境下长期稳定可靠工作。
2.GPRS通信链路： GPRS 通信模块采用工业级的芯片设计，具有掉线自动检测、自动重拨功能。另外，GPRS通信模块和中心软件之间采用定期心跳包来进行握手，维持可靠的DDN链路，可在SIM卡没有固定IP的情况下，完成与中心主站之间的双向可靠通信。
采用GPRS通讯方式是本系统的一大特点，相对于传统的无线电台方式，无线GPRS通讯在数据覆盖面积、传输稳定性、抗干扰等方面更胜一筹。GPRS主要优点表现为：
（1）良好的实时响应与处理能力：与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，系统能够同时实时收取、处理多个/所有监测点的各种数据，无需轮巡就可以同步监测点的时钟可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
（2）建设成本低：可充分利用现有GSM网络，设备安装即接通，而采用无线电台通信时需要充分考虑现场环境，还需要配备天线铁架等附属设备。
（3）安装调试简单，建设周期短：利用现有成熟GSM网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷。采用无线电台通信时安装调试工作量大，要先进行现场信号测试，天线铁架架设，天线方向角度调试等工作。
（4）覆盖范围广：构建供水调度监控系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。 （5）数据传输速率高：GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s[3]，实际应用时数据传输速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波数传电台传送速率多为2.4kbit/s或更低。
（6）系统的传输容量大：监控中心站要和每一个管网监控点实现实时连接。由于管网监控点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
（7）通信费用低：采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月不限流量收费，从而实现了系统的低成本通信。
GPRS系统接入设备可以移动，当管网监控点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护原有投资，适合于供水调度监控工作。
3.中心软件：在通信上，采用群发群收技术，所有端站在数秒内即可完成数据的采集，对通信短暂失败的情况，自动进行多次通信，提高数据成功率。软件具备自动补调功能，对因为通信中断等原因造成的数据丢失会自动进行补遗，确保数据的完整；软件提供组态功能，开放性好，可以对RTU、采集参数、画面、报表等进行组态，维护方便。中心软件采用C/S和B/S结合的工作方式，中心主站安装组态画面软件，而其它客户端则直接通过IE浏览器查看数据。WEB页面采用了先进的AJAX局部刷新技术，实时画面只对数据显示的位置进行局部刷新，速度快、画面无任何闪烁现象。WEB画面可由前台机组态后自动生成，使用和维护方便。中心主画面如图2所示：
在中心軟件上开发数据接口程序，通过数据库方式读取无线电台调度系统的实时数据，在新系统里统一管理、分析、展示。
（三）系统功能
1.定时巡测每个监控点状态，巡测时间可以按需设定。
2.随时人工点测监控点状态。
3.数据补传功能：防止系统掉电时数据丢失。
4.报警功能：市电停电报警；压力、流量上下限报警；差值报警等。
5.曲线分析及自定义报表。
6. web发布：web画面由前台组态后自动生成，无需编写web脚本。用户可以通过手机、电脑等任何一个网络接入点随时浏览数据，非常方便，正是所谓的移动办公。
7.数据库接口：只需配置数据表名称、数据项名称即可（如图3 数据库接口设置），无需编程，连接方便。
8.权限管理：管理员具有开发等所有功能，普通用户仅能查询、不能修改配置。也可对单个用户、单个画面，或单个功能进行权限设置，保证数据安全。
三、结束语
GPRS管网供水调度系统比起原无线电台系统在通信、历史数据补遗、报表定义、WEB发布等方面具有更好的优越性。尤其在网络覆盖面及建设成本方面更胜一筹。且GPRS管网供水系统提供了原无线电台系统的数据库接口，统一管理，对经常出现故障的无线电台监控点进行改造，使其从无线电台到GPRS缓慢过渡，节约成本。在系统没有投入使用前，乡镇大部分管网压力、流量状况是无法实时监测的，供水系统的运行是根据人工的经验来进行调度的，缺乏科学的手段和依据；本系统投入使用后，调度运行人员可以实时动态地掌握整个管网关键点的压力，调度和运行人员可以根据管网的压力来动态调整水厂的机泵开机组合，在保障供水服务压力、及时发现供水事故、保障管网的安全运行等方面效果明显；另外，系统记录的历史数据，也是公司今后进行管网设计和分析的重要数据来源，供调度人员及有关部门分析和决策取用，提高工作效率，保证供水质量，满足日益增产的用水量的需求。可见，本系统的建设具有良好的社会效益和经济效益。
参考文献:
[1]牟兆泉.无线通信技术在SCADA系统中应用的研究[J].中国制造业信息化,2007,36(13):1-2
[2]张革委. GPRS技术在监测系统的应用[J].煤矿现代化,2006,04:1-2
[3]夏秀坤.基于GPRS的无线抄表技术研究[J].自动化技术与应用,2009,28(3):1-2