基于GPRS技术的水源地生产运行远程实时监控系统的设计与实现

董 超，罗 丹，王冠兰，李晨光，李鸿鹏

（1.天津理工大学 天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津 300384；

2.中国石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300271）

0 引言

石化企业水源地的分布具有如下特征：分布区域广、地理位置分散、距离控制中心远。因此架设有线电缆存在着受环境影响大、施工难度大、费用高等问题。目前，水源地生产仍处于人工巡检的状态，造成了工作效率低下，生产数据无法实时监控，管理人员无法对消耗数值进行统计、缺乏准确的成本计算、无法制定合理的节能方案等状况。进而在设备安全和设备运行方面也没有可靠的保障。

无线通讯技术可弥补有线通讯的不足。无线通讯是利用无线电波来实现网络数据传输的方式，无线通讯技术的发展为工业控制领域应用无线技术奠定了坚实的理论基础[1,2]。目前较为主流的无线通信技术主要有Bluetooth、WLAN、GSM/GPRS等[3～5]。Bluetooth是一个标准的无线通讯协议，基于设备低成本的收发器芯片且低功耗，但是传输距离太短不能满足项目的要求。WLAN虽然能够给网络用户带来便捷和实用，但在通过无线发射装置进行发射时，建筑物、车辆、树木和其他障碍物都可能阻碍电磁波的传输，影响网络的性能。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，不需要利用电路交换模式的网络资源，这意味着GPRS用户能和ISDN用户有着一样快速地上网浏览，而且GPRS网络是移动通讯体制中较成熟完善、覆盖面积最广、信号传播距离远、使用用户最多的移动通讯网络，最重要是可以节省建网初期的成本投入，系统使用期间无需石化企业维护网络，运行费用低廉。随着移动通讯技术的发展，GPRS网络引入到远程监控系统中将会成为现代工业监控系统的一种趋势。

本文提出了一种基于GPRS技术水源地生产运行远程实时监控系统方案，实现监控中心对多台机电设备进行远程实时监控，是集无线通信技术和Internet网络技术为一体的集成应用方案。系统通过信号采集技术，把现场需要监控的数据进行采集，通过GPRS分组交换，把数据发送到远程Internet网络上的监控中心。监控中心对监控数据，如流量实时信息、水源地参数越限、设备工作状态进行存储、报警及分析，进而调节、指导、优化生产运行[6]。

1 系统的总体结构

以某石化企业的水源地远程监控系统项目为例，设计规模包括控制中心1座，既水务公司监控中心，井群站点7座。

系统是以采集软件、监控软件、站点通讯前置机、中心通讯前置机为核心，采用以太网交换机、路由器等网络设备构成的一个分布式远程实时监控系统。系统总体结构图如图1所示。

图1 系统总体结构图

控制中心实现集中远程实时监控水源地生产运行状态的目标。控制中心的主要任务是对水源地的生产运行进行调度并对工艺对象进行数据采集及工艺过程和重要设备的控制。控制中心的操作人员通过计算机系统的操作员工作站所提供的各场站工艺过程的电流、电压、温度、流量、液位信号及设备运行状态等信息，完成对整个系统的运行监控和调度管理[7]。

控制中心局域网采用以太网络架构，通讯协议为TCP/IP，通讯速率为100/1000M自适应。中心配置有实时数据库服务器、数据库服务器、Web服务器、操作员工作站、工程师工作站及事件打印机、报表打印机等。

各站为本系统的远程监控站，装有独立的GPRS通讯控制装置，远程站点接受中心下达的指令和向中心传递信息，同时它们也是一个相对独立的控制站。

2 硬件选型

本系统方案采用远程控制终端MOX IoNix等硬件产品，完全符合对分布式系统先进性、高水平的要求[8]。系统具有优良的性能价格比，同时又是一个具有高度可靠性、扩展性、灵活性的开放型网络系统。井群、控制中心硬件选型如表1所示。

表1 系统的硬件选型表

3 软件实现

控制中心远程监控软件采用B/S架构，开发平台采用.net Framework4.0。上位机数据处理系统，通过数据库与组态软件相结合，实现数据存储、画面变量关联等。组态人机界面通过关联变量，调用数据库内的数据，实现动态人机界面显示，而且方便操作人员对数据库内的数据进行查询和使用[9]。该系统有效的改善了某石化企业各水源地设备装置的保护、水源节能以及企业工作人员的安全等问题。远程通讯采用GPRS通信，实现各个通道之间的无缝切换，进一步提高了系统通信的稳定性[10,11]。控制中心监控界面如图2所示。

图2 控制中心监控界面图

远程监控中心软件的主要功能如下：监控中心可以实时接收各水源地站点的状态信息、报警信息等；远程监控中心的数据库系统可以存储和查询各个水源地监测数据、报警信息以及现场的操作信息；接收到水源地的报警信息，远程控制中心可以远程启动/停止水源井的水泵；可以通过各个水源地站点生成的生产数据曲线，综合分析水源地生产运行的平稳率、故障率等，实现对生产的优化指导[12]。

4 结束语

基于GPRS技术的水源地生产运行远程实时监控系统的设计与实现，石化企业实现了对各水源地的实时数据采集、数据计量采集、远程实时监控以及数据分析。该系统提高了企业操作人员的工作效率，实现了对水源地生产运行的科学优化指导，具有重要的工程应用价值，并且可推广到其他应用领域、市场前景广阔。

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