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G300型GPRS模块在小区供热系统中的应用

 

一、引言

    我国现行的热力站运行管理仍处于手工操作阶段,影响了集中供热优越性的充分发挥。主要反映在:缺少全面的参数测量手段,无法对运行情况进行系统的分析判断;系统运行情况失调难以消除,造成用户冷热不均;供热参数未能在最佳工作状况下运行,供热量与需热量不匹配;运行数据不全,难以实现量化管理。

    搞好城市集中供热工程,必须要全面提高供热技术水平。一是要提高供热系统的自动化控制水平,另一点就是要提高供热行业的管理水平。供热工程中的自动控制对于保证供热系统的优质供热、安全运行、经济节能、环境保护具有十分重要的作用。

二、组成结构

GPRS模块网络组成结构

三、主要技术原理:

    1、GPRS数据通信技术概述
    GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称,是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构,这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此,现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效的、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS理论带宽可达171.2Kbit/s,实际应用带宽大约在40~100Kbit/s,在此信道上提供TCP/IP连接,可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。GPRS是一种新的移动数据通信业务,在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。GPRS采用分组交换技术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以由多个用户共享,资源被有效的利用,数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收,用户永远在线且按流量计费,迅速降低了服务成本。

    2、GPRS模块

a、不必关心模块的射频电路部分(使用的是移动运营商的公网)。及相关硬件连。

b、不必关心AT 指令集。对应用工程师而言下很大的工夫去消化几十页甚至是上百页的英文的AT 指令集使用资料,是一件要花很多时间费很大精力的事情。所有与AT 响应有关的操作都是由G300 模块在模块的内部完成。

C、不必关心TCP/IP 协议及互连网络的相关知识:由于GPRS 模块是基于互连网的通信方式,在使用中就要与INTERNET 网络打交道,所有与网络的信息交换都是G300 模块在内部自动完成的。无须用户参与。

d、不必用户单独拥有一个固定的IP 地址。

e、具有格式传输及透明传输两种传输格式。

f、与各种组态软件直接连接无须专用的驱动程序。

g、支持总线式的被动传输数据方式。

h、使用G300 时,用户只需要拥有以前所熟悉的串口通信知识就可通过GPRS 网络进行通信。

常见的组网结构如下:

GPRS模块数据中心与分站连接示意图

    强大的Web功能和Internet/Intranet浏览器技术,直接支持多文档。WWW功能全部用VC++实现,因此当在Internet上远程访问监控画面时,具有更好的实时性。同时易于使用ASP等快速开发工具构建B/S系统结构,并可以直接访问单窗口。

    国内领先的网络体系构架,支持B/S和C/S访问方式,支持多层次网络冗余及故障切换。提供多重冗余结构,支持IO设备冗余、网络冗余、数据库冗余等;

* 率先通过国内各主流的GPRS DTU产品实现与控制设备如PLC、仪表和模块等通过移动网络进行互连;

* 可同时连接多个不同厂家的GPRS终端与控制设备进行远程通讯;

* 通过GSM手机短信报警管理系统方便管理报警信息;

* 适用于各种管网(如热、水、电、油、煤气等)、矿山、水文、交通、环保等系统进行远程监控

系统界面

4、系统功能详解

*数据采集和处理功能

    通过无线方式(捷麦通信数传电台D21DM)把各个换热站的运行数据采集到调度站,在调度站上进行显示,运算,处理。  *画面显示功能

    主画面显示整个主网的干线动态工艺流程图,流程图上标有各个换热站的实际位置,并显示换热站的主要参数。换热站传输上来的数据也可以表格或者棒图的方式进行显示。在主画面通过按钮可以切换到任一个换热站,

    详细信息如下图所示:

监控界面

*设备报警功能

    当换热站的设备出现运行故障时,自动把故障信息传输到调度站,及时提醒操作人员。

    CRT屏幕显示故障区域流程图,事故设备图形变色。报警窗口会弹出报警信息,报告报警种类、时间、报警值是否恢复等信息。报警系统发出声音报告事故情况。

*通讯自诊断功能

    在画面上显示通讯站号,通讯速率,通讯口信息,当和某一换热站通讯出现故障时,画面上会出现信息提示。

*管理功能

    通过内部运算,可以运算出换热效率,一二次管网失水率,热量平衡关系。

*历史数据查询

    总调度站把各个换热站传输上来的数据存入历史数据库,可以通过查询历史数据曲线查询某一段时间的运行数据。

历史数据查询

*报表打印功能

    按换热站把数据进行归纳,分类。调度站的打印机可以把这些数据进行输出,形成日报表,月报表,实时报表。

*生产调度功能

    度站的值班人员可以根据换热站的实际运行状况给操作人员下达调度指令。

5、系统控制原理
    一、数据中心:

    数据中心采用ADSL方式与INTELNET公网连接,采用公网固定IP或域名。此种方案需要先在INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务。其中,数据中心采用公网固定IP的方式,监控点直接向中心发起连接,运行相对可靠、稳定。

    计算机监控系统的基本结构如主图所示。系统中的测量传感器(温度,压力,液位,流量等)对被控对象进行检测,把被控量转变成统一的电信号,经模/数转换器转变成数字信号送入过程控制器(工控机或PLC)内。计算机将此测量值与给定值进行比较,按一定的控制算法,产生控制指令,经数/模转换器将数字信号转换成电信号,通过执行机构控制被控对象,达到预期的控制目标。换热站的数据通过GPRS DTU与数据中心调度站交换数据。

    计算机监控系统作为监督、管理系统,它除了实现现场参数的显示、记录、打印和报警功能外,还可以对供水温度进行最优化计算,用来指挥直接控制系统,以此去自动调整给定值,从而使供热过程处于最优状态。

二、换热站:
    各换热站通过PLC控制器对站内供热运行的温度、压力、流量、热量等参数进行检测,直接将数据通过ETPro-211Ai发送到数据中心的力控软件中;数据中心将收到的数据处理后保存,将处理结果用控制指令发送到各换热站,真正达到了无人职守。
换热站示意图

    在所有的自控系统中,有线网络是最常用的网络,但对于热网系统来说,由于多在市区内,而且距离较远,敷设通讯电缆非常困难,一般较少采用。

、总结  

I、提高了采暖收费工作的工作效率及准确度,保证收费工作高效、稳定运行。

II、提高了工程设计水平及技术档案管理水平,公司热力设施的基础数据全部使用地理信息系统进行管理,使得公司所有的技术人员都可以在办公网络上查询到公司热力设施的基础数据,方便了供热运行。

数据查询

III、提高了热网运行调度水平,提高了供热服务质量,热网投入自动运行后,换热站二级管网的供回水温度始终在规定的范围内运行,同时热网自动运行可以快速跟踪室外温度的变化,当室外温度出现大的变化时,二级管网供回水温度同时也跟着变化,保证采暖用户的室内温度始终比较均衡,避免了热网温度滞后现象,大大提高了供热服务质量,同时在白天室外气温较高时减少了供热量,这样就可以节约大量的热量和电量,减少了热网运行成本。

IV、远程访问,远程控制。如主图所示,供热公司的调度者,通过登陆Internet(无线或有线),进入数据中心的力控服务器。获得权限以后,可以随时调节热网运行参数,在节假日可以人为提高供热运行参数,保证了用户室内温度,得到了用户的好评,为热力公司树立了良好的企业形象。

 
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