GPRS燃气SCADA系统解决专项方案.doc

基于GPRS燃气SCADA系统应用

处理方案

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厦门四信通信科技
Xiamen Four-Faith Communication Technology Co; Ltd

第一部分 概述
城市燃气是城市基础设施关键组成部分，对社会环境和现代化城市建设起着举足轻重作用。为了确保天然气输配管网安全运行和稳定供气，提升现代化供气管理水平，北京市燃气集团现已完成了一个自动化水平较高、覆盖范围广泛SCA—DA系统(监控及数据采集系统)。
现在SCADA系统中采取数据通信可分为有线和无线两大类，其中有线通信关键包含架设光缆、电缆，电话线或x．25、DDN、ADSL等。无线通信关键为短波通信、扩频通信、卫星通信、GSM通信及GPRS(通用分组无线服务)通信等。在燃气行业中，因为各监控点地理位置特殊性，存在着如监测点数量多、分布范围广且距离远甚至地处偏僻等问题。以前全部是使用租金昂贵DDN有线通信，自己建设电台400 MHz短波无线通信方法等，这些通信方法含有投入大、租费贵及服务不立即等特点。伴随通信技术不停发展完善，组网灵活、造价较低、建设期短、运行维护简单、性价比较高无线通信在SCADA系统中逐步成为一个趋势。GSM网络经过移动通信部门多年建设，多年来覆盖范围不停扩大，已成为成熟、稳定、可靠通信网络，尤其是多年来推出GPRS新业务，十分符合SCADA系统使用特点。这么，在SCADA系统中采取GPRS网络来进行数据传输成为可能。
GPRS燃气SCADA系统是厦门四信通信科技和系统集成商合作开发基于GPRS技术燃气SCADA系统。经过现场监控终端RTU和GSM/GPRS网络，可对各地多个加气站、储配站、调压站和计量点进行组网，实现远距离实时集中控制管理，能够实现对管网压力、流量和环境参数、动力环境进行远程无线实时监测、控制、报警、故障诊疗和排除功效。监控系统贴合气站实际情况，不管其实用性、可靠性、技术优异性、经济性等方面全部有很多创新。
  调度管理中心和工作、维护人员利用“燃气GPRS远程监测系统”提供远程无线监测、控制、报警、报表、打印等功效，可实现对气站全方面监控、管理。

第二部分 项目分析
燃气GPRS远程监测主系统由燃气配送管网监控子系统、燃气计量数据采集子系统和燃气数据控制中心组成。燃气配送管网监控子系统能够实现对管网压力、流量和环境参数、动力环境进行远程无线实时监测、控制、报警、故障诊疗和排除功效。燃气计量数据采集子系统可监测燃气用户燃气使用量，支持GPRS在线监测功效，并可将监测燃气使用数据按图表、报表等方法统计、查询。整套监控系统贴合燃气站实际情况，不管其实用性、可靠性、技术优异性、经济性等方面全部有很多技术创新。
2.1系统组成

燃气输配SCADA系统通常由现场RTU，无线传输终端F2103，控制中心通信服务器，SCACD系统服务器和操作员终端（用户软件或web系统）等部分组成。
2.1.1 RTU： 采集器采集管网压力、流量和环境参数、动力环境等；燃气计量获取用户燃气使用量。
2.1.3 传输终端： 传输终端采取厦门四信F2103，实时永久在线，内嵌自主知识产权TCP/IP协议栈，透明传输，同时支持RS232和RS485，支持多个工作模式，支持虚拟数据专用网。
2.1.3 控制中心通信服务器
2.1.4 中心软件系统：基于ORACLE数据库抄表软件，用户数量无限制，安全可靠，运行和处理速度快 ，功效丰富完善。

2.2 系统总架构
系统由中心站和监测站组成，主站负责监控和管理，监测站采取RTU模块实现数据采集、存放、控制及上传。 监测站多种监控传感器首先汇总到采集器RTU，多种监控数据（压力，流量，环境，使用量等）由传感器经过信号线到RTU，RTU经过RS232/485接口和厦门四信通信F2103（RS232或RS485）无线传输终端连接，RTU对监控数据进行处理，协议封装后，把数据传给F2103 IP MODEM　，F2103 IP MODEM经过对数据协议处理，打包，然后发送给GPRS无线网络，经过无线网络将数据送至监控中心，实现监控数据和监控中心系统数据通讯。采取传感器包含温度传感器、浓度传感器、气量传感器、压力传感器等，输出为电压、电流模拟信号，具体情况可更具实际需要增加或改变对应传感器。远程数据中心服务器使用APN专线或一般ADSL等作为网络接入。当F2103经过GPRS网络连接到远程数据中心服务器主机，建立透明数据通道后，RTU产生数据只要送到串口，F2103就会把收到数据原封不动地发送到数据中心服务器主机；同时服务器主机下发命令经过通道传输到F2103后，F2103经过串口送到RTU，从而实现了数据双向透明传输。系统拓扑图以下图所表示：

2.3系统功效
主站采取PC计算机，经过光缆，ADSL或APN专线连接到互联网或无线专网，主站向从站发送数据，并接收从站发来数据。主站接收从站传来各自信号，处理后显示输出，假如有异常情况发生，可进行声音报警，提醒操作人员采取方法，预防事故发生。系统有在线组态功效，依据整个热力系统情况，自动对各从机在线组态，控制整个系统自动运行。主机可自动生成多种报表，并设有值班检验功效及定时打印、随机打印功效，实现对整个天燃气系统自动化管理。
       1、用户或子站（GIS）地图
       2、报表功效
      3、图表曲线功效
       4、故障处理和报警功效
    5、强大数据库查询功效
    6、兼容不一样通信协议
    7、实时在线功效
   8、系统安全设置： 系统设置多级权限，不一样权限功效有所不一样。
    9、时间同时
   10、网络公布功效
    数据监控中心服务器运行网络版应用软件，能够经过局域网把各个采集终端数据共享给相关领导和部门；局域网内授权用户能够查看、调阅数据库内容，实现办公自动化。
第三部分 项目架构实施

3.1 传输模块和采集终端连接

四信F2103无线传输模块同时支持RS232/485接口，可经过RS232/485和终端通讯。本系统采取是232接口方法。F2103和采集器接线线序以下：

3.2 数据中心网络接入方法分析

1. APN专线接入

中心采取APN专线， 全部点全部采取内网固定IP，用户中心经过一条2M APN专线接入移动企业GPRS网络，双方互联路由器之间采取私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN和移动企业互联路由器之间采取GRE隧道。
为用户分配专用APN，一般用户不得申请该APN。用于GPRS专网SIM卡才能进入专网APN，预防其它非法用户进入。
用户在内部建立RADIUS服务器，作为内部用户接入远程认证服务器（或在APN路由器内，启用路由器当地认证功效）。只有经过认证用户才许可接入，用以确保用户内部安全。
用户在内部建立DHCP服务器（或在APN路由器内，启用DHCP功效），为经过认证用户分配用户内部地址。
移动终端和服务器平台之间采取端到端加密，避免信息在整个传输过程中可能泄漏。双方采取防火墙进行隔离，并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。
中心采取APN专线接入方法，在实时性，安全性和稳定性表现优异，适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高应用环境。在资金许可情况下之最好组网方法。
2. ADSL拨号连接（动态公网IP地址）
中心采取ADSL等INTELNET公网连接，采取公网动态IP+DNS解析服务。用户先和DNS服务商联络开通动态域名，IP MODEM先采取域名寻址方法连接DNS服务器，再由DNS服务器找到中心公网动态IP，建立连接。此种方法能够大大节省公网固定IP费用，但稳定性受制于DNS服务器稳定，所以要寻求可靠DNS服务商。此种方案适合小规模应用。
3. 经过固定公网IP连接
中心采取ADSL等INTELNET公网连接，采取公网固定IP服务。此种方案先向INTERNET运行商申请ADSL等宽带业务，中心有公网固定IP。IP MODEM直接向中心提议连接。即使申请固定IP费用比较贵，但其运行可靠稳定，组网方法简易方便，深受广大用户青睐，通常推荐此种方案。

3.3 无线数据传输方法

传输设备采取厦门四信F2103，其功效齐全，性能稳定，简单易用，它是一款工业等级无线传输终端，已经广泛地应用在多种多样工业，金融场所。
终端设备和传输设备连接好后，设置好多种通讯参数，工作模式后，在传输设备F2103中填入数据中心地址和应用程序端口号。这么当终端设备数据传给传输设备F2103，F2103就会把数据透明地传输到中心。
终端设备支持多个中心模式（主备中心，多中心），多个激活模式（电话，短信，数据），多个工作模式（TCP，UDP，telnet等），方便用户组网和多种系统需求。心跳包机制，注册包机制，数据帧可控，重连机制等多个机制不仅确保设备实时在线，而且稳定可靠，同时方便用户依据现场情况，来设置多种传输参数，进而达成最好效果。

3.4 数据中心软件平台构建

抄表系统关键部分是系统软件，它遵照DL/T645部标通讯规约，并有扩展性。
含有四信通信GPRS无线模块中心端软件建有多个方法，对于传入数据方法不一样，我们提供不一样软件来帮助用户快速地实现中心端数据接收和现场设备管理。现在四信提供三种方法中心接口：

首先是对于组态软件，现在很多组态软件厂家已经集成了四信通信驱动了，能够直接配置使用；其次对于原本是读串口程序，为了兼容原来系统而不做开发工作，我们提供一个虚拟串口软（TCP2COM）；最终是对于想开发自己独有数据中心软件用户，会提供一个动态链接库及四信企业测试版数据中心软件，不仅开放源码还全程帮助用户进行自己数据中心软件和功效开发。用户可能经过动态链接库快速开发一个灵活，稳定，功效齐全终端管理和数据交互中心软件。 以下是该系统中心站软件：
监控中心监测软件采取通用编程工具开发，含有灵活性好、针对性强特点，能够对采集来现场数据和实时数据进行分析、处理、保留、入库，制作输出报表、绘出多种曲线，从而实现整个系统远程抄表、实时监测及自动化管理功效。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通信协议，也可依据用户要求增加用户自己通信协议。系统网络数据库使网络化管理变得简单易行。

三．设备特点和参数

1.远程终端控制单元RTU
远程终端控制单元通常为无人值守站，分布在全市范围内。RTU采集站内各仪表分层值(如进口压力、出口压力、温度、环境温度等)、实际值(如瞬时流量、累积流量等)和多种开关量、异常信息等，经RS232接口并利用MODBUS协议和IP MODEM进行数据传输；同时接收并实施经IP MODEM传送过来多种指令。

2.F2103通信模块

F2103 GPRS IP MODEM采取高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，内嵌自主知识产权TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多个协议转换虚拟专用网络。针对网络流量控制用户，产品支持语音，短信，数据触发上线和超时自动断线功效。同时也支持双数据中心备份，和多数据中心同时接收数据等功效。企业产品已广泛应用于金融，水利，环境保护，电力，邮政，气象等行业。
它含有丰富软件功效：
1. 智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。
2. 支持RSA，RC4加密算法
3. 支持虚拟数据专用网（APN）
4. 透明数据传输和协议转换，支持多个工作模式
5. 支持数据中心动态域名和IP地址访问
6. 支持双数据中心备份
7. 支持多数据中心
8. 支持短信、语音、数据等唤醒方法和超时断开网络连接。
9. 支持短消息备份及告警。
10. 多重软硬件看门狗
11. 数据包传输状态汇报。
12. 标准AT命令界面
13. 能够用做一般拨号MODEM
14. 支持telnet功效。
15. 支持远程配置，远程控制
16. 经过串口软件升级
17. 同时支持LINUX和WINDOWS操作系统

四．总结

　伴随工业供气发展和用户对供气要求不停提升，为了确保供气管网安全、稳定、经济运行，提升燃气管理效率，实现燃气网现代化管理水平，采取燃气管网无线监控系统对燃气网进行集中监控和量化管理已是目前发展趋势。燃气管网无线监控系统对于热力企业提升供热效率、降低运行成本，同时能够降低各监测站长久值守人员，极大降低管理费用含有很显著经济效益。采取厦门四信通信F2103 GPRS传输终端，使得整体系统数据实时在线，永远在线，稳定可靠。成熟GPRS网络上，稳定可靠传输终端，灵活快捷组网方案使得燃气检测管理在建设成本，运行成本和技术投入大为降低。而且厦门四信通信F2103 GPRS传输终端工业级设计，组网灵活，安全可靠，实时在线特点很适合利用在燃气行业应用。