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案例頻道 摘 要：利用中國移動/網(wǎng)通的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊平臺完成無線通訊，單井智能測控系統(tǒng)實現(xiàn)對遠(yuǎn)程現(xiàn)場運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制,以實現(xiàn)水泵的遠(yuǎn)動啟停、管道壓力監(jiān)測等,從而實現(xiàn)供水工程的現(xiàn)代化、信息化。提高了水廠的自動化水平。
關(guān)鍵詞：GPRS；MCGS；DSP測控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸
Abstract: China Mobile / Netcom's Internet data communication platform for wireless communications, smart single-well monitoring and control system running on the remote site monitoring and control equipment in order to achieve the remote start and stop pumps, piping, such as pressure monitoring, in order to achieve water supply modernization projects, information technology. Increased level of automation plants.
Keywords: GPRS MCGS DSP measurement and control system data transmission
1 引言
藁城新區(qū)水廠隸屬藁城市水務(wù)局，是2007年建成投產(chǎn)的新水廠，水源為地下水，日產(chǎn)水2萬噸，擔(dān)負(fù)著新區(qū)生產(chǎn)生活用水的供給。水廠擁有6眼水源井、2個管網(wǎng)壓力監(jiān)測點，各廠礦企業(yè)自備井16眼。2008年受水務(wù)局委托，石家莊東方龍水業(yè)科技公司為其所轄藁城新區(qū)水廠實施自動化建設(shè)，建立測控中心，要求能實時監(jiān)測6眼水源井現(xiàn)場情況，以防遭破壞，并實現(xiàn)遙測和遙控功能。實時監(jiān)測實現(xiàn)2個管網(wǎng)測壓點的壓力信號和16眼自備井的地下水位和流量信號。根據(jù)用戶要求，項目組本著技術(shù)先進(jìn)、設(shè)計合理、功能齊全、經(jīng)濟(jì)實用、性能價格比高，使用維護(hù)方便，工作穩(wěn)定可靠的原則確定了設(shè)計方案，通訊方式采用中國移動/網(wǎng)通的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊平臺來實現(xiàn)。測控中心上位機(jī)采用研華工控機(jī)運行MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控，子站采用自主開發(fā)的單井智能測控系統(tǒng)終端。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
測控中心采用研華工控機(jī)運行MCGS組態(tài)軟件，要求能夠上網(wǎng)，且具有固定的IP，測控中心在得到終端站數(shù)據(jù)后，在本地形成數(shù)據(jù)庫。在6眼水源井安裝攝像頭實施遠(yuǎn)紅外監(jiān)測，由于視頻采集數(shù)據(jù)量大，采用網(wǎng)通的ADSL，測控終端采用Modbus/TCP協(xié)議轉(zhuǎn)換器，直接與終端模塊的RS232串口進(jìn)行通訊，單井智能測控系統(tǒng)的RTU模塊實現(xiàn)采集現(xiàn)場信號和自動控制機(jī)泵啟停功能。2個測壓點和16眼自備井采用中國移動網(wǎng)絡(luò)GPRS設(shè)備（包括數(shù)據(jù)SIM卡），根據(jù)需求安裝水位、壓力變送器等模擬量和流量計（開放232口或485口與終端RTU模塊直接通訊）。
中國移動提供的GPRS數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，目前多以點對多點的傳輸方式為主，即多個GPRS無線終端把數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€固定的數(shù)據(jù)處理中心。其實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程是，首先GPRS無線數(shù)據(jù)終端進(jìn)入中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)是自動附著在internet上的，數(shù)據(jù)終端需要傳輸數(shù)據(jù)時，它以IP包的形式將數(shù)據(jù)打包，然后按照TCP/IP協(xié)議，將數(shù)據(jù)包傳送至目的IP地址。目的IP地址即數(shù)據(jù)中心收到IP數(shù)據(jù)包后，由專用的處理軟件進(jìn)行拆包和解析。下行數(shù)據(jù)的傳遞是各個傳輸環(huán)節(jié)的逆序過程，通過這個過程無線數(shù)據(jù)終端可以得到中心的命令、設(shè)置參數(shù)等。
整個系統(tǒng)是以測控中心為核心的樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同一層次的其它應(yīng)用需求，可以通過建立計算機(jī)局域網(wǎng)來實現(xiàn)。
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。
3 單井智能測控系統(tǒng)功能實現(xiàn)
單井智能測控系統(tǒng)終端采用模塊化結(jié)構(gòu)，主控核心模塊、單井測控模塊、模擬量AI處理模塊、開關(guān)量DIO處理模塊等。主控模塊和測控模塊掛接在CAN總線上，采用專用的CAN-BUS通訊協(xié)議交換數(shù)據(jù)，都有獨立的CPU可以獨立運行，支持在系統(tǒng)編程和在應(yīng)用編程，各模塊之間電氣隔離，在一定程度上提高了系統(tǒng)可靠性。系統(tǒng)采用DCS分布式控制系統(tǒng)，運行通用的Modbus協(xié)議，可處理9路AI,4路DI,6路DO,在系統(tǒng)電信號采集過程中采用了ADE7758的DSP（數(shù)字信號處理器）芯片，它是一款高精度3相帶串行接口和2個脈沖輸出的電能測量IC。ADE7758集成了2次方的Σ－Δ AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)字積分器、參考回路、溫度傳感器等硬件資源，通過不同的3相配置，可以進(jìn)行3線或4線的有功功率、復(fù)功率、視在功率測量和有效值的計算，并為每一相提供系統(tǒng)校準(zhǔn)參數(shù)，如有效值偏移校準(zhǔn)、相位補(bǔ)償和功率補(bǔ)償?shù)取?shù)據(jù)通信通過ADE7758的SPI串行接口。在電流、電壓和電能的采集過程中誤差均小于0.1%。ADE7758通過外部的10MHz晶體產(chǎn)生系統(tǒng)頻率進(jìn)行高速采集，在準(zhǔn)確性和實時性上有非常可靠的保障。
4 系統(tǒng)技術(shù)特點
GPRS和協(xié)議轉(zhuǎn)換器相對而言“掉線”及“死機(jī)”問題比較嚴(yán)重，當(dāng)然這不僅是產(chǎn)品本身的問題，與網(wǎng)絡(luò)運行情況也很有關(guān)系，所以系統(tǒng)集成商或客戶很難自行維護(hù)，尤其是“死機(jī)”后，一般很難自行恢復(fù)正常工作，需要人工復(fù)位，極為不便。針對這一情況，我們的測控系統(tǒng)創(chuàng)新采用在開關(guān)量輸入輸出模塊中使用一對繼電器干式常閉觸點實現(xiàn)斷電控制。將GPRS模塊的電源串接在繼電器的一組常閉觸點的兩端com和nc，正常工作時常閉觸點吸合完成供電，當(dāng)GPRS模塊死機(jī)時，在控制端Contral給一個高電平使三極管Q1導(dǎo)通，繼電器線圈得電，常閉觸點斷開，實現(xiàn)GPRS模塊電源斷電。此過程中終端不斷電，測控模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的線圈得電時間，保證GPRS模塊有的足夠時間斷電。之后自動釋放，完成GPRS模塊正常供電電路實現(xiàn)見下圖：
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)的應(yīng)用提高了藁城新區(qū)水廠的現(xiàn)代化管理水平，半年的試運行實踐證明，本系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定可靠，操作簡便，故障率低，易維護(hù)等優(yōu)點，實踐證明該系統(tǒng)的設(shè)計是成功的，對今后的無線遠(yuǎn)程通訊具有一定的指導(dǎo)意義。基于GPRS技術(shù)的供水測控系統(tǒng)設(shè)計方案作為一種可靠性高且性價比較優(yōu)的開發(fā)方案，既能縮短開發(fā)周期，又能有效降低技術(shù)門檻，具有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號