GPRS通信技术在水厂SCADA调度系统中的应用设计

马 荣 伊宁市自来水公司 新疆伊宁 835000



GPRS通信技术在水厂SCADA调度系统中的应用设计

马 荣 伊宁市自来水公司 新疆伊宁 835000

【文章摘要】

目前GPRS网络经过通信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络。GSM/GPRS系统可提供广域的无线IP连接，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。本文采用GPRS通信方式完美解决了水厂调度系统分散的泵站数据传输，供水管网压力监测站要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制的接入需求。通过实际运行表明，应用该技术后性能稳定可靠，同时数据传输故障率降低，保障了水厂SCADA调度系统的稳定性和实时性。

【关键词】

GPRS；通信技术；SCADA系统

0　前言

SCADA调度系统网络拓扑图

由于城市供水水源井和管网压力监测站分布范围广、数量多、距离远，个别站点还地处偏僻，因此架设光缆难度大、费用高，而且有些地方由于地理位置偏远线路难以到达，况且采用有线线路时，运营成本较高，不切合实际，不便于大规模使用；与之相比，无线GPRS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。

1　系统的总体设计方案

分散在城市不同地方的采集系统负责泵站的数据采集，然后通过GPRS模块把数据传送到监控中心。装有组态软件的上位机系统将传回来的数据进行处理，对不合理的数据发出报警，报警画面将会有报警灯闪烁，扬声器发出报警声音，同时GPRS短信模块发出短信告知维修人员泵站发生报警。组态软件里的数据库把GPRS模块传回来的数据按一定时间间隔存盘，利用报表可以把实时的和历史的数据进行统计以及利用趋势曲线进行数据的分析。

2　调度系统结构与功能

2.1水厂SCADA调度系统的组成

伊宁市供水SCADA调度系统中，以地下水为水源，水源井分散分布，SCADA调度系统由一个调度中心、多个水源井监测站和管网压力监测站组成。SCADA调度系统主要由工控机、GPRS通信和互联网、PLC、变频器、仪表、水泵电机、报警装置等设备组成。

2.2远程实时监测功能

该系统可通过工控机实时监测和记录各水泵电机的三相电压、三相电流、功率、耗电量、运行时间、水井水位、管道流量和压力等参数，整个运行过程可实现无人值守。

2.3管理功能

伊宁市供水SCADA调度系统中用的工控软件为北京三维力控组态软件，可以动画、图表形式模拟生产现场，并对接收到的各种数据建立实时数据库、进行数据分析、自动生成各种生产报表等。可对历史数据和报表进行备份、查询、记录和打印等。

3　GPRS通信技术原理

本系统的远程控制是通过GPRS通信和互联网来实现的，数据监控终端PLC与GPRS模块连接，数据监控中心主机与互联网络连接。在GPRS模块上实现UDP/IP协议，在调度中心主机上安装软件，调度中心必须拥有公网固定IP地址。GPRS模块登录上GSM网络后，自动连接到数据监控中心，向数据监控中心报告其IP地址，并保持和维护链路的连接。这样，数据监控中心和GPRS模块之间就可以通过IP地址用UDP/IP协议进行双向数据通信。GPRS（General Packet Radio Service）通用分组无线业务，是一种基于数据包的无线通信服务。它的采用可使通讯速率上升到15Kbps，并且支持计算机和移动用户的持续连接。GPRS也是基于GSM网络的通信，其信道是共享使用的，在需要的时候才有包产生，因此比专用的连接要节省很多资源。

4　系统组态软件设计

本设计所选用的组态软件是北京三维力控科技有限公司的力控6.1，该软件具有丰富而高效的数据采集手段，逼真的图形系统，强大的数据处理功能，丰富的组件对象，周密的安全管理，方便的Web发布功能。其中三维力控组态软件CommBridge扩展程序，用于远程接收通过GPRS和互联网络传输的电流、电压、电量、瞬时流量、累计流量、液位、压力、开关信号等，并将其存入SQL数据库。组态软件同时管理IP服务器与远程各GPRS采集点间的命令颁布、执行和接收诸事件，实现一种动态双向管理；组态软件可进行数据分析，如吨水耗电量、设备运行时间、供水压力曲线、水供水查询管理、生产报表、历史数据查询、报表打印等。

5　硬件系统的设计

5.1主要仪表设计

压力传感器负责采集出口压力数据，水位传感器采集地下水位数据，并通过4-20mA标准信号传送给PLC的AI通道。变频器将异常报警信号通过开关量传送给PLC的DI通道。三相智能电力仪表对电压、电流、电能进行测量，电磁流量计对瞬时和累计流量进行测量，通过RS-485接口把数据传至PLC，PLC将模拟量、数字量数据以及RS-485数据进行处理，然后通过PLC的另外一个RS-485接口把处理过的数据传给GPRS模块。GPRS模块通过GPRS网络和因特网相连，把数据传送至监控中心。

5.2PLC与变频器

PLC主要实现计算机对电机的远程控制，其类型较多，如施耐德、欧姆龙、西门子系列等均可选用。本次供水项目选用西门子系列的S7- 224XP。S7-224PLC有14个输入点和10个输出点，2个RS485通信接口，其中接口0用于Modbus-RTU远程通信，接口1用于现场仪表如电能表、流量计与PLC的通信，其中编程是波特率必须一致，通信地址不能一样。而对于一般水源井完全能满足控制要求。目前伊宁市供水系统中选用的变频器的为ABB和丹佛斯。这两种变频器输入参数少、操作简单、故障率低、维护方便。

5.3GPRS模块（DTU）

对DTU安装数据卡后可实现无线上网的功能。产品类型也较多，本设计中采用深圳宏电H7710。GPRS模块一般提供RS485接口，现场与PLC以及带RS485通信协议的仪表连接。一旦通过模块连接上互联网，采集到的数据就可以用UDP/IP传输方式发送到任意一个具有公网 IP地址的主机上去，从而实现采集数据的无线传输。有些DTU可支持多路模拟量、开关量、继电器信号的接入，然后直接通过GPRS无线模块将现场数据与远程控制中心连接，将采集数据实时发送到远程数据库服务器，并存储到数据库中。通过该GPRS模块，即使在远离观测现场的异地，也能方便地对各种数据如流量、压力等的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。除数据远程采集、实时监控外，DTU还可实现远程手机报警，并通过用户手机远程控制现场设备。

6　结语

本文对于新疆区域大部分一级水源井距离远，水厂分散的自来水公司有很好的借鉴。本文将GPRS技术运用到供水监测与调度系统中，发挥了GPRS技术使用方便、使用成本低等特点，并解决了泵站和压力监测点分散，敷设有线线路困难的问题，实现了对各个泵站设备的远程监控。本系统中GPRS数据通信方式不仅可以应用于供水监测与调度系统，稍加改动，还可以运用于路灯巡检、能耗监控等系统，具有很好的发展前景。

【参考文献】

［1］张东亮等.GPRS数据通信在天津沿海潮位监测系统中的应用.海洋技术，2006，25（4）.

［2］王树东等.基于GPRS技术和PLC的闸门监控系统设计及实现.中国给水排，2009，25（2）.

［3］齐利民等.可远程监控的变频调速恒压供水系统.山东煤炭科技，2006（1）.

［4］马树升.乡镇供排水.中国水利水电出版社，1999.

［5］孙启法.GPRS数据通信在恒压供水远程监控系统中的应用.山东农业大学学报（自然科学版）2007，38（2）.