1 引言
近年来,通信技术和网络技术的迅速发展使得无线通信技术得到广泛的应用,GPRS(General Gacket Radio System)通用无线分组网络就是其中一种[1]。GPRS网络具有覆盖范围广、成本低廉、网络组建灵活方便、支持透明数据传输、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点,应用范围非常广泛,尤其适合小流量数据传输业务。
宜兴水务集团供水监测系统包括水厂、增压站和管网共163个监测点远传数据。其中19个监测点为水厂和增压站远传数据,通过光纤进行数据传输;另144个监测点为管网数据和个别未通光纤的增压站数据,通过GPRS进行数据传输。宜兴水务集团调度中心通过供水监测系统和生产调度系统,进行远程监视和控制,在全集团范围实现供水生产和调度。
2 供水监测系统的硬件、软件组成
2.1 硬件组成
系统硬件结构分为三层,底层为现场仪表类如流量计、压力变送器、液位仪等,第二层为GPRS无线传输设备,包括电源模块,RTU(Remote Terminal Unit)采集模块、GPRS工业流量卡等,第三层为控制中心服务器。
2.2 软件组成
2.2.1 RTU发送程序
RTU采集模块将流量仪、压力变送器的4-20mA模拟信号通过RTU采集模块转换成数字信号,通过RTU的开发包进行二次开发,通过GPRS将相关数据信息发送至控制中心服务器。
2.2.2 中心服务器数据库和接收软件
中心服务器接收软件采用C++语言进行开发,建立SQL数据库,将采集的数据存入数据库,以便以后查询和生成报表。可在服务器端进行量程设置和实时观察数据。
2.2.3 供水监测软件系统
供水监测软件系统可用局域网或外网以WEB形式进行访问。可分区域进行浏览,有历史曲线、报警信息、统计分析等功能,管理员还可进行增加通道、设置上下限报警等设置。如图1:
3 GPRS无线数据传输在供水监测系统中的应用
3.1 RTU采集模块功能
RTU采集模块面向现场信号采集和对现场设备控制,不仅能完成逻辑运算、定时、计数控制,还能实现数据处理、PID运算、通讯联网等功能,具有较大的存储容量,较强的计算功能,简便的编程与开发能力,强大的通讯组网能力和卓越的环境指标特性,能够适应各种恶劣工况环境。且具有多种配置和可选功能,可根据用户的实际需求,在不同领域,设计开发成各种控制系统。
3.2 无线数据传输
当GPRS拨号成功接入Internet后进行无线数据传输。目前GPRS网络并不提供固定的IP服务,因此GPRS终端在进行每一次数据发送后,IP地址和端口都可能发生变化。数据传输的前提条件是由GPRS终端主动发出注册申请,与拥有固定公网IP地址和固定监听端口的监控中心主机建立连接,然后由控制中心的主机保存此通信连接的Socket信息,等待数据采集终端通过已经建立的通信链路向控制中心发送所请求的数据帧。当连接意外断开时,GPRS终端会自动向监控中心发起注册申请来建立连接。
3.3 软件设计思路
3.3.1 GPRS数据传输系统程序思路
在GPRS数据传输系统中,通过初始化RTU,然后进入拨号连接工作,使GPRS连接网络,再进入PPP协议的交互链路阶段,当RTU获得了IP地址后,程序则调用数据采集子程序把获得的数据信息进行处理,最后通过TCP/IP协议栈各层来对数据域进行数据封装处理,再以PPP数据帧的格式发送到远程终端服务器上。如图2:
3.3.2 TCP/IP协议的设计
TCP/IP协议为通信运输协议,分为UDP协议和TCP协议。系统在于数据中心的通信过程中,可以根据自身条件因素选择一种通信运输协议。宜兴水务集团根据建设供水监测系统的实际情况,采用了UDP和TCP两种协议。UDP协议实现较为简单,代码编写量小,适合数据传输量小的场合。而TCP协议实现起来相对复杂,面向连接,不过其可靠性要比UDP协议强,适合数据传输量大的场合。如图3:
3.3.3 SQL数据库的建立
SQL数据库的建立是数据存储的基础,便于查询及报表统计。SQL(Structured Query Language)是结构化查询语言的缩写。SQL是专为数据库而建立的操作命令集,是一种功能齐全的数据库语言。SQL数据库是表(Table)的集合,基本表是实际存储在数据库的表,而视图是由若干基本表或其他视图构成的表的定义。如图4:
3.3.4 服务器端程序设计思路
服务器端软件设计要实现的功能是创建Socket,并进行监听,实现数据发送和接收功能。采用查询的方式来检测远端GPRS模块是否有数据发来,如有,则采用子函数Winsock.GetData(data)对数据进行接收并处理。如图5所示。
4 结束语
供水监测系统采用了基于GPRS网络和Internet网络的数据传输,提高了系统的性能,GPRS采用模块化设计,增强了系统的稳定性和可移植性。宜兴水务集团自2005年9月起逐步建立供水监测系统,于2009年9月正式投入运行。经两年来的运行测试,证明该系统运行可靠,为调度提供了重要基础数据。宜兴水务集团近期还将接入112个管网监测点,同时完善供水监测系统的软件功能,更好地满足集团供水不断发展的要求。
参考文献:
[1] 郝记生,张曦煌.基于GPRS网络的无线传输系统[J].计算机工程与设计,2008,(10).
作者简介:沈玉凤(1975-),女,高级工程师,研究方向:水业电气自动化。