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GPRS无线热力监控系统

摘    要:本文提出了一种基于GPRS 的无线热力监控系统设计原理和实现方案,简要介绍了GPRS 技术的基本知识,描述了GPRS 无线传输应用于电力数据传输的实现方法。通过实际应用,获得了理想的效果。

关键词:GPRS;DDN;热力;无线;数据监控;热力站控制;

一、背景介绍

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,无法对运行工况进行系统的分析判断,系统运行工况失调难以消除,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,来实现各换热站现场参数的采集、调度室与各换热站的数据实时通讯控制,有效提高供热系统的自动化控制水平,并且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。

城市供热系统是由热源、热网、热用户(工业印染厂、室内采暖等)组成的庞大、封闭、复杂的循环系统。随着城市供热管网建设的高速发展,由单一热源到多热源,管网规模和设备数量不断扩大,热用户急剧增长。如何有效管理城市供热系统的设施设备,提高热网运行效率,节约能源,满足用户需求成为摆在城市供热部门面前急需解决的问题。

二、同类方案对比

1、电话拨号方案:即每个热力站申请一条专用的普通电话线即可,监控中心按每条电话线控制10个换热站适当申请电话线,另外单独申请一条专用的普通电话线用于报警。该种方式实施最为简单,投资最低,运行费用不高,但实时性和扩展性较差,轮巡周期为30分钟左右,是一种可行的通讯方案。

2、GPRS在线方案:GPRS在线方案是拨号方案的改进,是在GSM网上利用虚拟专网技术和通信系统技术进步的结果。他在每个热力站安装一个GPRS通信控制器,通过GPRS无线网络,实时在线完成通信控制任务。

三、本方案优势

GPRS无线热力监控系统具备如下特点:  

1、建设周期短,成本低:

GPRS无线网络可为热力监控系统提供了简单高效的通信传输手段。中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建热力监控系统,实现热能数据的无线数据传输具有可充分利用现有网络,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。 

2、实时性强: 

由于GPRS具有实时在线特性,系统无时延,无需轮巡就可以同步接收、处理所有数据采集点的数据,可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

3、可对热力设备进行远程控制: 

通过GPRS双向通讯方式还可实现对热力设备进行远程控制,进行参数调整、开关等控制作用。

4、系统的传输容量大: 

热力数据中心要和每一个数据采集点保持实时连接。由于热力数据采集点数量众多,系统要求能满足突发性数据传输的需要,而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。 

5、数据传送速率高: 

每个热力数据采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s,目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右,完全能满足本系统数据传输速率(≥10Kbps)的需求。 

6、通信费用低:采用包月计费方式,运营成本低。 

7、系统易于扩展和维护。

由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络,因此监测中心计算机需要一个固定的IP地址或固定的域名,各个热力数据采集点采用GPRS模块通过IP地址或域名来访问该主机,从而进行数据通信。  

四、 系统组成

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(图一)GPRS无线热力监控系统

一个完整的热力监控系统如上图所示,在物理层面上它主要由五部分组成:监控指挥中心、通讯网络、现场监控设备、辅助监控设备,热网监测系统采用分布式计算机系统结构。即中央与本地分工协作监控方法。中央控制室只负责全网参数的监视、本地控制方式的调整和总供热量、总循环流量的自动调控。本地的热力站机组根据中央指定的控制方式完成现场自动调节控制功能。概括起来也可以叫做:“中央监测,统一调度,现场控制”。以下根据监控系统的四部分组成,分别进行介绍。

1.、监控指挥中心

监控中心的软件平台采用热网控制系统,可轻松支持远程访问与控制,不论通过PSTN电话网、GPRS无线网、Internet或内部局域网,任何一台经过授权的工作站都可浏览查询现场的工况和数据并进行控制指令发送。控制中心的管理计算机不断的采集现场控制机的数据,监测现场控制机的运行情况并指导操作员进行操作。该计算机还向现场控制机发送控制和参数设置指令。操作员从控制中心通过该系统能够方便地得到子站运行的数据并向子站下达指令。

2、通讯网络

通讯是整个热网控制系统联络的枢纽,各个热力站、热源、管道监控节点和泵站通过通讯系统形成一个统一的整体。为了实现运行数据的集中监测、控制、调度,必须建立连接所有监控点的通讯网络。

3、现场监控设备

现场控制机是集散型控制系统的终端环节,既可独立工作,也可以接受中央管理工作站的监督指导。现场控制机与其所控系统内的传感器、执行器及被控设备组成了一个相对独立的控制单元。现场控制机的主要功能如下:

1) 参数检测:主要完成管网现场过程的模拟量(如温度、压力、热量等)、状态量(如泵的状态、温度等)及脉冲量的测量。

2) 数据存储:由于热网运行的大量性,和控制系统的非实时性,要求现场控制设备能按指定的时间间隔进行参数存储,一般情况下这些参数通过通讯网络定期传输到监控中心的服务器中。

3) 通讯:现场控制设备必须能够在主动或被动方式下与监控中心通过某种通讯网络进行数据通信,以便监控中心能了解系统的整个运行状况,做到系统协调优化运行。

4) 显示操作功能:现场控制设备具备液晶显示和操作界面,以方便运行人员在现场对运行状况一目了然,同时可以人工直接控制调节系统运行工况。

4、辅助监控设备

一般情况下,每个按换热站划分的供热区域应当根据供热面积的大小并根据管网阻力大小及最不利状况安置2~6个室内温度采集器,并利用其数据指导控制系统的运行如下图

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(图二)系统拓扑图

该系统利用完善的GPRS网络和优越的GPRS无线数传终端作为主站与终端的信息交换,它备了遥测、遥控、遥信的强大监控功能,克服了其它通讯方式监控系统的弊端,保证了系统高效、实时、可靠的运行。

五、总结

热网控制的目的是用最经济的手段将需要的热能安全地送到需要它的地方。由于供热是要在城市中保证热量的最终需要用户的室内温度,因此利用GPRS无线热力监控系统监测供热用户的室内温度是否达到要求就成为必要,GPRS技术的使用将使换热站的自动化控制有质的飞跃。


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