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案例頻道 摘 要：利用中國(guó)移動(dòng)/網(wǎng)通的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊平臺(tái)完成無線通訊，單井智能測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制,以實(shí)現(xiàn)水泵的遠(yuǎn)動(dòng)啟停、管道壓力監(jiān)測(cè)等,從而實(shí)現(xiàn)供水工程的現(xiàn)代化、信息化。提高了水廠的自動(dòng)化水平。
關(guān)鍵詞：GPRS；MCGS；DSP測(cè)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(gè)管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，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(shí)施自動(dòng)化建設(shè)，建立測(cè)控中心，要求能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)6眼水源井現(xiàn)場(chǎng)情況，以防遭破壞，并實(shí)現(xiàn)遙測(cè)和遙控功能。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)2個(gè)管網(wǎng)測(cè)壓點(diǎn)的壓力信號(hào)和16眼自備井的地下水位和流量信號(hào)。根據(jù)用戶要求，項(xiàng)目組本著技術(shù)先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理、功能齊全、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性能價(jià)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(jì)方案，通訊方式采用中國(guó)移動(dòng)/網(wǎng)通的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)。測(cè)控中心上位機(jī)采用研華工控機(jī)運(yùn)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(cè)控系統(tǒng)終端。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
測(cè)控中心采用研華工控機(jī)運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，要求能夠上網(wǎng)，且具有固定的IP，測(cè)控中心在得到終端站數(shù)據(jù)后，在本地形成數(shù)據(jù)庫(kù)。在6眼水源井安裝攝像頭實(shí)施遠(yuǎn)紅外監(jiān)測(cè)，由于視頻采集數(shù)據(jù)量大，采用網(wǎng)通的ADSL，測(cè)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(cè)控系統(tǒng)的RTU模塊實(shí)現(xiàn)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)和自動(dòng)控制機(jī)泵啟停功能。2個(gè)測(cè)壓點(diǎn)和16眼自備井采用中國(guó)移動(dòng)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(jì)（開放232口或485口與終端RTU模塊直接通訊）。
中國(guó)移動(dòng)提供的GPRS數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，目前多以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的傳輸方式為主，即多個(gè)GPRS無線終端把數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€(gè)固定的數(shù)據(jù)處理中心。其實(shí)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(guó)移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是自動(dòng)附著在internet上的，數(shù)據(jù)終端需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，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(gè)傳輸環(huán)節(jié)的逆序過程，通過這個(gè)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(gè)系統(tǒng)是以測(cè)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(jì)算機(jī)局域網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。
3 單井智能測(cè)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
單井智能測(cè)控系統(tǒng)終端采用模塊化結(jié)構(gòu)，主控核心模塊、單井測(cè)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(cè)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(dú)立的CPU可以獨(dú)立運(yùn)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(yùn)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(hào)采集過程中采用了ADE7758的DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）芯片，它是一款高精度3相帶串行接口和2個(gè)脈沖輸出的電能測(cè)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(cè)量和有效值的計(jì)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(shí)時(shí)性上有非常可靠的保障。
4 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)
GPRS和協(xié)議轉(zhuǎn)換器相對(duì)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(yùn)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(duì)這一情況，我們的測(cè)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(duì)繼電器干式常閉觸點(diǎn)實(shí)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(diǎn)的兩端com和nc，正常工作時(shí)常閉觸點(diǎn)吸合完成供電，當(dāng)GPRS模塊死機(jī)時(shí)，在控制端Contral給一個(gè)高電平使三極管Q1導(dǎo)通，繼電器線圈得電，常閉觸點(diǎn)斷開，實(shí)現(xiàn)GPRS模塊電源斷電。此過程中終端不斷電，測(cè)控模塊根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的線圈得電時(shí)間，保證GPRS模塊有的足夠時(shí)間斷電。之后自動(dòng)釋放，完成GPRS模塊正常供電電路實(shí)現(xiàn)見下圖：
5 結(jié)束語(yǔ)
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(yùn)行實(shí)踐證明，本系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)便，故障率低，易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)踐證明該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的，對(duì)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(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案作為一種可靠性高且性價(jià)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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