GPRS远程无线数据采集监控系统

1、金 卡 工 程技 术 前 沿GPRS 远程无线数据 采集监控系统【 摘 要】 本文比较了现有无线数据采集技术的优缺点 , 介绍了采用 GPR S 技术组建远程无线数据采集监 控系统的设计与实现 , 并介绍了系统的组成、功能和特点。本系统利用 GSM 无线公网中的数据传输功能 (GPR S 无线网络方式 实现了对工业现场各种计量仪表的远程数据采集和监控 , 具有广泛的应用前景。【 关键字】 现场仪表GSM/GPR S 工业表数据采集传输器 GPR S白雪鹏 刘善宁 吴文燕 杨忠义(辽宁丹东 118000【 作者简介】 白雪鹏 (1970 , 男 , 辽宁省丹东市人 , 工程硕士 , 高级工程师

2、, 现从事计算机应用及 IC 卡应用开发。刘善宁 (1970 , 男 , 辽宁省丹东市 人 , 大学本科 , 工程师 , 现从事计算机应用及 IC 卡应用开发。吴文彦 (1977 , 男 , 辽宁省丹东市人 , 大学本科 , 工程师 , 现从事计算机应用及 IC 卡应 用开发。杨忠义 (1981 , 男 , 辽宁省丹东市人 , 大学本科 , 工程师 , 现从事计算机应用及 IC 卡应用开发。一、 引言随着通讯技术的发展 , 尤其是无 线通讯技术的兴起 , 极大地丰富了现 代城市居民的生活。现代都市住宅楼 宇化、 高层化大量普及 , 城市生活节奏 加快 , 以往人工上门抄读仪表方式存 在着抄表效

3、率低下、费用回收速度缓 慢等问题 , 已不再能适应现代社会的 发展。 如今公共电话网、 公众互联网和GSM 无 线 网 络 已 基 本 上 覆 盖 全 国 绝大部分地区 , 高效计算机管理、 大容量 数据库系统的支撑、通讯载体的全球 化 , 使得传统上门抄表的方式可以向网络化、 信息化方向迈进 , 城市级联网 的仪表抄表和付费方式成为发展的新 趋势。对燃气公司来说 , 大用户 (包括工 业生 产 、 公 共 服 务 、 采暖 制 冷 企 业 、 集 团用户等 的用气量比较大 , 在整个燃 气 公 司 的 售 气 量 中 占 有相 当 的 比 重 , 而 且 所 占 比重 尚 在 不 断 扩 大

4、 之 中 , 这 些公服用户的用气情况和回收款情况 将直接影响到公司的经营效益。如何随时掌握这些大用户的用气 情况 , 并对它们的燃气流量计以及燃 气设备特别是大型燃气设备的运行状 况进行实时监控 , 对燃气公司来说 , 是一个非常重要也是一个比较复杂的问 题。针对燃气集团燃气流量计大用户 的发展、 改造以及用户的收费管理、 信 息 采集 、 数 据 分 析 、 客 户 服 务 , 建 立 一 套 针 对 公 服 用 户 的 燃 气 流 量 计 /燃 气 设备的 GPRS 远程无线数据采集监控 系统 , 本系统是利用 GSM 无线公网中 的 数 据 传 输 功 能 (GPRS 无 线 网 络

5、方 式 来实现对工业现场各种数据的远 距离无线传输。其克服了原有的自己 组网方式的通讯距离短 , 性能不稳定 , 网络维护复杂 , 费用高等缺点 , 可实现 普通场合的无死区覆盖 , 并且无距离Summary:The text compares the advantage and shortcoming of the current wireless data colleting technology. It raises the project of using the GSM/GPR S technology for remote wireless data collecting and

6、monitoring system. And also it introduces the constitution, functions and features of this system.This system uses the data transmission function (short message and GPR S wireless net of the GSM wireless net to realize the teledata collecting and monitoring for all kinds of field Industrial meter. I

7、t has broad application future.KEY :Field meterGSM/GPR S Industrial meter data collection and transmission instrumentGPR S44技 术 前 沿限制 , 具有以下特点 : 、 及时了解燃气流量计 /燃气设 备的运行状况 , 通过对这些数据的分 析 , 发现可能发生的隐患 , 提高计量设 备管理水平 , 减少供销差率 ; 、及时了解单个用户的用气参 数 , 包括燃气压力、 热负荷、 瞬时流量、 累积流量等等 , 不仅掌握该用户的用 气特点 , 合理分配燃气资源 , 而且可以 随时

8、掌握用户的用气量 , 避免欠费 ; 、通过对所有公服用户用气情 况进行及时准确的分析 , 为整个燃气 管网的合理分析供、调配提供基础数 据 ; 这也是提高公司对大客户提高服 务质量的一种有效手段。GPRS 远程 无 线 数 据 采 集 监 控 系 统具有用户管理、 仪表管理、 采集器管 理、 数据查询分析、 报警提示等多项功 能。本系统充分利用了公众移动网络 分布广泛 , 运行安全稳定的特点 , 采用 工 业 级 GPRS 模 块 实 现 数 据 加 密 传 输 , 研制的难点是掌握 GPRS 数据传 输格式、 数据加密技术、 APN 接入及隧 道连接、 防爆产品设计等。二、 本系统数据采集方

9、式的选择根据 现 有 的 技 术 和 应 用 情 况 , 有 下列传输技术可供选择 :无线方式 (集群数传技术或 GPRS 数传技术 ;DDN 专 线 、 X.25或 Frame Delay 技术 ;PSTN (中国公众电话网 技术 ; 上面的这些传输方式 , 都各有优 缺点 :集群数传技术必须有专用集群系 统支持并需申请专用频点 , 系统投资 大 , 而且通讯速度较慢 ;DDN 专 线 、 X.25或 Frame Delay 技术传输速度较快 , 但覆盖区域有限 , 运营成本高 , 在数据量不是很大的情况下 , 有点大材小用 ;PSTN 电话拨号方式覆盖区域广 ,投资 少 , 运 营 成 本

10、 低 , 简 单方 便 , 稳 定可靠 , 速度稍慢 , 但在数据量不是很多的情况下 , 完全能够满足要求。GPRS 通讯方式具有实时在线、 按量计 费 、 快 捷 登 录 、 高 速 传输 、 覆 盖 范围广、 无需申请频率占用、 无需架设专用天线等特点 , 是目前较为理想的远程无线通讯方式。GSM 覆盖 区 域 较 集 群 方 式 广 , 可以有效利用稀有的无线资源 , 计费方式 灵 活 (数 据量 或 时 长 , 能 够 快 速 建立接入 , 也可使用 IP 协议连接到外部数 据 网 。 GPRS 的 服 务 成 本 仅 是 CSD(电路交换数据 , 即通常说的拨号数据 服务成本的十分之

11、一。综合比较以上各种传输方式的优缺点 , 本系统采用 GPRS 方式来实现远程无线数据的采集与监控。三 、 GPRS 远 程 无 线 数 据 采 集 监控系统的组成和工作过程GPRS 远程 无 线 数 据 采 集 监 控 系统由现场仪表、 GPRS 数据采集器及上位机监控和管理系统组成 :1、 现场仪表现场 仪 表 带 有 RS485通 讯 接 口 ,主要 是 计 量 并 显 示 用 户 的用 量 情 况 ,并将用量信息、 状态信息、 异常信息传输到 GPRS 工业表数据采集传输器。2、 GPRS 工业表数据采集传输器GPRS 工业 表 数 据 采 集 传 输 器 是采 用 先 进 的 微 功

12、 耗 大 规模 集 成 电 路 、工业级 GPRS 模块和先进的表面贴装工艺制造的。它集遥读、 遥控、 状态报警和防窃用等功能于一体 , 可广泛用于工业仪表的计量和控制。GPRS 工业 表 数 据 采 集 传 输 器 可设置成自动关阀和被动关阀状态。自动关阀是表出现异常情况后 (例如欠 电压 , 磁干扰 表立即关阀。被动关阀 是现场计量仪表只接收管理系统的正 确关阀命令才执行关阀操作。管理部 门的销售管理软件可对工业表的各种 数据进行分析 , 并能生成各种统计分 析报表 , 真正实现了远程控制管理的 自动化。GPRS 无线 远 传 数 据 采 集 器 能 够 每 小 时 采 集 一 次 下 挂

13、 仪 表 的 累 计 流 量 , 每天定时主动向监控管理系统传 输所挂仪表的数据。数据采集器出现 异常情况时 (如外接电源停电 会主动 传输报警信息到监控管理系统 , 提示 及时维修。 GPRS 无线远传数据采集器 可由监控管理系统设定所挂接仪表的 数量和型号 , 并可由监控管理系统随 时读取数据采集器当前状态如数据采 集器内部时间、 所挂表数、 仪表类型等 信息。3、 监控中心设置及网络数据库服 务器主机选 择 IBM 的 AS/400小 型 机 作 为 网络数据库服务器的主机。系统本身 自 带 操 作 系 统 (OS400 、 数 据 库 (UDB FOR AS400 、 安 全 保 障

14、系 统 、 网 络 管 理系统、通讯和性能监控系统和办公 软 件 (LOUTS DOMAIN FOR AS400 等。集团 监 控 和 管 理 中 心 WEB 服 务 器安装 WINDOWS 2000(中 文 版 、 MS IIS(WEB 服务 器 , 主 要 满 足 数 据 远 端 查询功能。监 控 中 心 搭 建 具 有 固 定 IP 地 址 的 Internet 网 络 , 主 要 由 路 由 器 , 防 火 墙、 代理服务器、 监控台、 查询台、 数据 库服务器以及相应的监控软件、查询 软件和数据库管理程序等构成。GPRS 远程 无 线 数 据 采 集 监 控 系 统以总公司为中心 ,

15、 所有的数据信息 保存在中心的数据库中 , 营业所、 小区 和移动操作装置需要的数据都是通过45 Decem ber 2007中心获取。在以总公司服务器为核心 的基 础 上 完 成总 公 司 、 营 业 所 、 小 区 、 移 动操 作 装 置 和 表 之 间 的 数 据通 讯 。 该方式的优点是数据集中管理 , 降低 日常的运行、维护成本 , 并可使营业 所、小区的操作受到有效的管理和监 控。GPRS 模 块 通 过 拨 号 连 接 到 GPRS 网络 , 在 GPRS 模块中设置有监 控中心的固定 IP 地址和通讯端口号 , GPRS 模块通过 IP 地址和端口号寻找 到监控中心的 TCP

16、/IP 服务器 , 向监控 软件发送连接请求 , 监控软件接到连 接请求后验证其通讯地址 , 验证通过 后建立相应的通讯连接 , 各个监控终 端依 次 完 成 与 监 控 中 心 的 通讯 连 接 , 系统通讯可分为 :监控中心对监控终 端召测和终端主动上报两种方式。每 个监控终端与监控中心都有各自的通 讯连接 , 彼此互不干扰 , 可实现逐个通 讯或群测群控。监控中心管理系统采用模块化设 计 , 分为数据通讯模块、数据验证模 块 、 数 据存 储 模 块 、 查 询 统 计 模 块 、 报 表打印模块、 数据库备份模块等。 可实 现用户信息管理、 表具信息管理、 交费 信息管理、 用户表具通

17、讯、 用户信息查 询、 表 具 信 息 查 询 、 交 费 信 息 查询 、 收 发信息查询、 异常信息查询、 保修信息 查 询 、 时 段 用 量 分 析 曲 线 、 SIM 卡 管 理 、 自动 发 送 设 置 、 业 务 统 计 及打 印 、 数据备份、 数据恢复等功能。4、 工作过程GPRS 工业 表 数 据 采 集 传 输 器 使 用时 , 将所要采集传输的工业燃气表 与对应采集传输器按照一定规则相连 接 , 膜式表用脉冲计数接口与采集传 输器相连 , 带有 RS485接口的智能表 用 485接口与采集传输器相接 , 如有 阀 门 将 阀 门 控 制 线 与 采 集 传 输 器 相

18、接。然后到管理部门的计算机数据库 管理系统中开户 , 计算机录入用户信 息 , 并发送初始化命令到采集传输器中 , 作相应的初始化操作 , 当采集传输器返回正确的信息后表示可以进行其他操作。燃气公司通过计算机数据库管理系统可以实时、 定时遥读、 遥控用户的带有 GPRS 工业表数据采集传输器的现场计量仪表 , 以实现实时或定时抄读表信息、 控制开关阀、 异常处理等操作。燃气公司根据每月抄表数据提示用户缴费。维修人员现场维修时需要计算机系统授权 , 获得授权手机或手持设备在授权时间内 (一般 8小时 可对指定的采集传输器现场计量仪表进行检表、 抄表、 开关阀操作。外电停电后采集传输器仍可工作 2

19、4-36小时以上 , 并且记录各种异常报告 , 同时 定期 向 管 理 系 统 发 送 表 欠压 状 态 ,供电恢复后 , 自动停止发送欠压信息。如果所采集传输的现场计量仪表出现磁干扰、 断线 , 采集传输器会主动发送信息到管理系统。数 据 采 集 方 式 分 定 时 和 实 时 两种 , 可根据用户设置定制 , 具有采集数据快速准确 , 并能快速生成用量统计分析表、 交费单据等优点。除此之外 ,系统还提供了设备管理功能 , 如告警 :开箱 告 警 、 欠 压 告 警 等 ; 控 制功 能 :对欠费用户进行提示、 关阀等 ; 并提供停电数据保护功能 , 在停电 24-36小时内仍可抄表和监控。本系统还结合了短信平台 , 在告警时 , 以短信的方式发送 到 管 理 系 统 或 通 知 相 关 的 管 理 人员。四、 应用展望GPRS 远程 无 线 数 据 采 集 监 控 系统的应用 , 使燃气公司能够随时了解公 服 用 户 燃 气 流 量 计 /燃 气 设 备 的 运行状况 , 通过对这些数据的分析 , 便于及时发现可能发生的隐患 , 提高计量设备管理水平 , 减少供销差率。此外 ,还 能 够 随 时 了 解 单 个 用 户 的 用 气 参 数 , 包 括 燃 气 压力 、 瞬 时 流 量 、 累 积 流 量等 , 便