3G网络在数据采集中的应用

1、 3G网络在数据采集中的应用摘要：本文介绍了3g网络 和scada系统，并阐述了3g网络在数据采集和地理信息系统的应用。关键词：3g 数据采集 地理信息系统引言scada(supervisory control and data acquisition) 系统，即数据采集与监控系统。是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 当前，scada系统的应用领域很广，它主要应用于电力系统、给水排水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制。当前scada系统通常的基本结构是：智能监测设备+

2、数据采集设备+网络系统+用户终端。其中智能监测设备主要是指测量仪表或传感器，如压力表、液位计、流量计等。也可以是控制水流动的阀门。网络系统则是实现远程监控点与scada控制中心之间进行数据传输的线路。数据采集设备通常是一个独立的数据获取与控制单元，它的作用是在远端与现场设备，获得设备数据，并通过网络系统将数据传给scada系统的调度中心，也可以将scada系统调度中心的数据或命令传给现场设备。目前,充当这一角色的主要是plc(programmable logic controller) 和rtu（remote terminal unit）。而与传统的可编程控制器plc相比，rtu通常要具有优良

3、的通讯能力和更大的存储容量，而且更适用于恶劣的温度和湿度环境，提供更多的符合专有标准的计算功能。正是由于rtu完善的功能，使得rtu产品在scada系统中得到了大量的应用，更适用于现代化新兴行业的分散监控的需求。以下的将要介绍的案例就是以rtu为数据采集设备的scada系统。一、方案选择该系统由监控中心和各个水源监测点组成，各个水源监测点的数据采集终端可监视和采集水位、压力、流量、阀门等各种数据，供控制中心及有关部门分析和决策取用。（一）网络系统在此scada系统中，由于各管网监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此架设光缆、铺设电缆难度大、不切合实际，向电信部门租用专用电话线

4、又要申请很多电话号，况且采用电话线路时需要等待漫长的电话拨号过程，速度慢，运营成本较高，总之采用有线通信方式建设周期长、工作难度大、运行费用高，不便于大规模使用；与之相比，无线通信方式则显得非常灵活，它具有投资较少、建设周期短、运行维护简单、性价比高等优点。经过比较分析，我们选择3g网络作为此项系统的数据通信网络平台。目前，3g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3g数据业务。而且利用3g网络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。在设计时，为了提高数据传输效率，和网路的

5、稳定性，数据中心通过一条2m apn专线接入移动公司3g网络，即将项目监测网点及数据中心组成一个apn专网，所有点都采用内网固定ip ，这样的网络结构无论实时性，安全性和稳定性都得到很大的很高。3g无线监控系统具备如下特点：1.良好的实时响应与处理能力：由于3g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，无需轮循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.远程仪器设备控制：由于采用3g双向传输系统，监控中心可以反向实现对仪器设备的时间校正、状态报告、开关以及其他监测、控制等功能。3.建设成本低：可充分利用现有3g网络，设备安装

6、即接通，而采用超短波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。4.安装调试简单，建设周期短：利用现有成熟3g网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷。采用超短波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。5.覆盖范围广。由于管网监控点数量众多，分布在全厂范围内，部分管网监控点位于偏僻地区，而且地理位置分散。而采用3g方式，理论上在无线3g网络的覆盖范围之内，都可以实现监控。6.数据传输速率高。3g网络传送速率理论上可达2mbps，实际应用时数据传输速率在384kbps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

7、。7.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3g技术能很好地满足传输突发性数据的需要。8.通信费用低。由于3g采用包月计费的方式，运营维护成本低，按当地月通信费用每点花费35元所带的流量（200m）即可满足数据通讯的需求。（二）rtu设备根据用户的需求，系统需要监控的设备主要有压力、流量、液位和阀门等。因此在rtu的选型上，要求必须具有的io接口点包括了ai,di和d0等三种。在进行网络布局时，尽量做到多点集中，充分利用rtu的接口资源，以节约设备购置上的花销。同时，由于厂家地处北方，大量的监测点分布点在长期

8、无人值守的室外，因此还要充分考虑到温度与湿度。综合考虑，我们选用了美国sixnet公司的rtu系列产品remotelog sr-4160-1e和versatrak uipm。这两种sixnet公司的产品都具有数据存储量大、接口便利、扩展性强、io点多等特点。尤其是它们都具有很宽的工作温度（-40 70）和工作湿度（5% 95% rh），完全可以确保产品在北方室外低温和潮湿的环境下正常工作。其中remotelog sr-4160-1提供4个di、6个ai、1个d0等不同的io接口。模拟量输入为4 20ma电流信号，而离散量输入，既可直接读取开头状态，也可以进行脉冲计数，最大支持到32位计数。因此

9、可以用来进行水流压力、流量数据的采集。利用ai读取压力、瞬时流量数据，利用di的计数功能采集累积流量数据。对于水池的监控，则相对复杂一些，要求读取液位值，当液位高于警戒值时，要远程报警且自动关闭入水阀门；相反的，当液位低于警戒值时，要远程报警并根据实际需要远程控制入出水阀门的开关。而versatrak uipm有8个di、4个do、2个ai,每台设备能够同时监控2个阀门，并同时读取水池液位状态和阀门开关状态。且versatrak uipm所具有的isagraf编程功能更能让系统以触发式进行数据传输，因此，与轮循方式相比，很大程度上提高了工作效率，并减少了的数据流量方面的花销。二、解决方案介绍由

10、于3g通信是基于ip地址的数据分组通信网络，监控中心路由器和各端站配置固定的apn 专网ip地址，各个端站的3g模块与中心站rtu进行通信。1.管网监控点：管网监控点：各监控点通过数据采集模块（rtu)采集如压力、流量、液位及阀门开头状态等数据，通过以太网接口与3g数据传输终端相连，通过3g数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后，使用移动通信公司统一的sim卡进行身份认证并与3g网络连接。 发送到3g网络。2.监控中心：监控中心路由器申请配置固定ip地址，采用当地移动通信公司提供的apn专线，与3g网络相连。apn专线2m带宽，当管网监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。3

11、.3g移动数据传输网络：现场监控点采集的数据经3g网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的3g无线数据网络进行传输，最终经apn专网传送到监控中心ip地址。4.应用系统数据传输到数据中心后，监控系统将数据一方面实时显示，另一方面定期存入数据库系统中。scada系统管理软件可以将数据按用户的实际需求，对实时数据、历史数据进行查询、生成数据统计报表、生成数据分析曲线图表等。同时scada系统还与调度中心的gis系统、oa系统进行数据接口，为gis系统提供及时可靠的基础数据。结论采用3g网络系统和rtu构建的天铁集团供水管理scada系统，截止目前为止，已正式运行一年多，系统运行稳定、数据准确及时，已逐步成为企业用户不可或缺的管理工具和助手。原来的手工抄表、手工录入和分析统计，被由系统定期自动生成日常的数据统计报表所取代，24小时的人工值守被自动化的数据监控系统所代替，从而为企业节约了大量的人力资源，提高了工作效率。企业的自动化程度得到了很大的提高。而且，在不久的将来，随着企业的不断发展，对系统的需