基于CDMA1X网络的热网远程监控系统

一 前言 热网监控系统是实现热网现代化管理的关键部分，它与计算机构成热网控制系统，对城市热网实施集中监控和科学的量化管理，是供热网安全、稳定经济运行的必要条件，该系统能实现热网运行的动态跟踪监视，通过远程数据的自动获取，进行集中调动和控制，由计算机实时监控，可以及时地诊断供热系统的设备故障以及管网的管损和用户人为造成的管网汽损，并进行处理。 热网监控系统解决了热网运行失调现象，大大提高了供热效果； 热网监控中心的数据几乎与现场数据保持同步，由于 24 小时在线运行，杜绝了用户偷汽等现象；现场计量出现故 障可以在最短的时间内发现，并将故障时间记录备案，避免计量方面的损失；利用故障诊断、能损分析，了解管网保温、阻力损失等情况，提高设备的使用效率，使热网的管损达到最小值，以达到最经济运行；通过历史数据和实时数据的比较，分析管网是否存在泄漏，设备是否需要维修，以达到最安全运行。 二 系统简介 目前全国的热电厂数量有数百家之多，集中供热是国家大力推广的节能和环保措施。热网管理主要有两种形式，一是人工抄表、制表；二是采用远程热网计算机管理系统。前者的优点是前期一次性投资小，只要安装一套计量设备到现场，然后定期记录、检查和人工制表，缺点是管理人员在厂内无法知道现场的运行情况，容易造成大的供热损失；后者的优点是管理人员可以实时监控热网运行状态，在线监测热用户的用汽情况，防止有偷汽现象发生，实时报警，实时制表等。 远程热网计算机管理系统以前都采用数传电台的传输方式，本系统采用CDMA1X（或GPRS）的方式。两者比较如下： 1、 数传电台 根据国家无线电管理委员会频率规划，将223.025M～235.000MHz作为遥测、遥控、数据传输等业务使用的频段，其他业务不得对其产生有害干扰。用于近距离（1000米以内）操作时≤0.5瓦，设置在城区、近郊区时：≤5瓦，设置在远郊区、野外时：≤25瓦。 数传电台受发射功率限制，传输距离最大只有数十公里，而且，超长距离的发送需要大功率发射，需要提供大功率电源。这一特性决定了数传电台的应用只能限定在一定的区域范围内。 数传电台组成的数据传输网络独占一个频率资源，在同一频点上同时只能有一个设备发送数据。一般采用中心对远端多点的通信分配方式，采用轮询方式查询数据，轮询周期与电台数量有密切关系。假设访问一个站点需要0.5秒，轮询等待超时时间设定为3秒，系统有100个终端，那么在所有终端工作正常情况下轮询周期是0.5×100=50秒，如果有一台终端由于设备故障、频率干扰等原因导致传输失败，系统在此终端将等待3秒，轮询的最长周期可能是3×100=300秒。数传电台的轮询模式以及覆盖，决定了网络的容量有一定限度。 数传电台的建设成本，除了数传电台的采购成本，还需要包括架设塔台、架天线等基站建设成本，传输距离越远，基站建设成本就越大。数传电台由用户单位自行建造，无需缴纳通信费用，但是频率占用费以及对电台设备的维护费用也是笔不小的开销，电台数量越少，单位成本就越高。 2、 CDMA1X（或GPRS） CDMA1X （或GPRS）在数传领域采用DTU+网络接入的方式组网，CDMA1X （或GPRS）等网络已经形成了覆盖全国的数据网络，采用这种方式组成数据传输网络极其方便，只要附近有CDMA1X （或GPRS）等网络基站，就可以架设数据采集终端，没有通信距离的限制，CDMA1X （或GPRS）等网络终端的发射功率都很小，一般<2W。 由于CDMA1X （或GPRS）可用频段宽，容易满足组建公网对信道数的需要。CDMA1X （或GPRS）网络是公众生活中的一个重要交流工具，其工作频率也受到无线电管理委员会的重点保护，频率受干扰的机会非常少。并且CDMA1X （或GPRS）等网络的跳频机制能有效地解决当某一频率受到干扰的问题。 CDMA1X （或GPRS）采用卷积编码，推荐4种编码方式：CS-1~CS-4（CS-1，码率1/2；CS-2，码率2/3），通过减少纠错比特适应不同传输信道质量要求。目前使用的CS-2编码纠错能力强，即使传输信道质量比较差，也能满足数据传输要求。 CDMA1X （或GPRS）网络采用分组交换，在数据带宽满足的情况下，中心可以几乎同时向全部终端发出查询数据，组成上述电台组网案例中相同规模的GPRS数据传输网络，整个轮巡周期就是3~5秒，而且这个周期不随着终端数量的增长而增长，个别终端故障，不影响整个系统的轮询周期。如果针对CDMA1X （或GPRS）的网络特点，改变传统的轮询模式，采用终端主动发送数据的方式，数据采集效率更高。 在CDMA1X （或GPRS）网络上组建数据传输网络，根据总的带宽需求，申请合适的中心接入方式与带宽，对终端数量没有限制。从而在电力、气象、水文等行业里实现大范围、大容量的检测网络成为可能。 CDMA1X （或GPRS）网络属于蜂窝网络结构，高大建筑对网络无线信号的影响只局限在小块区域，而且，移动运营商有专门的网络优化部门，根据网络上的流量、通信故障等情况，及时调整网络，用户根本不必关心网络的调整，更不需要为网络调整付出额外的支出。 所以，从上面的两种数传方式我们不难看出，随CDMA1X （或GPRS）等网络的发展，随着适于各种应用的终端产品的不断出现，同数传电台相比，GPRS等网络数据传输在建设成本、维护成本上有很大的优势。 三 系统构成 本热网远程监控系统由两大部分组成：远程数传系统和现场采集系统。 1、远程数传系统（如图1） 图 1 远程数传系统是整个热网数据传输的关键部分，它包括：宏电H7720系列无线DDN通信终端（DTU）模块、动态域名服务器、ADSL拨号设备、数据中心、CDMA网络、INTERNET网络。 （1）宏电H7720系列无线DDN通信终端（DTU）模块（如图2）：该模块基于CDMA网络，内置CDMA模块，能支持语音、短信息、数据通信，嵌入TCP/IP协议栈，通过RS232接口，可直接与RTU、PLC、工控机、POS等数据终端无缝连接，实现透明传输。H7720系列无线DDN通信终端可广泛用于遥测，数据采集与监控、自来水和废水管网自动化、油田数据采集等领域。 图 2 （2）动态域名服务器：数据中心依赖于INTERNET网络，一般可采用固定IP地址。但由于固定IP地址的申请现在费用还较高，一般的小企业可以免费申请动态域名服务器。本系统采用花生壳动态域名服务器。 （3）ADSL拨号设备：即普通上宽带网的ADSL moden。 （4）数据中心：接受由INTERNET网络传输过来的数据，能实时显示各用热站的温度、压力、流量、热量及累计流量和累计热量，同时具有历史曲线记录及日报表、月报表输出，对于远程供热站具有仪表断电监视和流量、热量自动追忆功能。 （5）CDMA网络：本系统采用中国联通的CDMA1X 。 （6）INTERNET网络：即普通宽带网。 2、现场采集（如图3） 图 3 现场采集系统通过涡街流量计或孔板流量计，把蒸汽流量转化位标准信号，传输至现场采集箱进行显示及积算，通过RS485通讯接口，传输至H7720系列无线DDN通信终端（DTU）模块。 （1）涡街流量计：本系统采用横河涡街流量计，并采用压力温度补偿。 （2）孔板：采用标准孔板，并采用压力温度补偿。 （3）现场采集箱：本系统采用上海同欣自动化仪表有限公司的FC 6000 型通用流量演算器，具有掉电记录功能。 四 监控系统软件 本系统的软件可实时显示各分站的压力、温度、瞬时流量、累积流量等主要参数，并具有历史曲线、日报、月报输出和打印。同时还能监视各分站仪表断电、损害、异常等功能。也能对下位智能表参数的诊断和修改。具体有： 1、系统数据的设定 可对下位机的检测点名称、检测点站号、仪表设定参数等有关数据进行修改，为进行数据采集及计算提供依据。 2、手动采集实时数据（如图4） 该按钮按下后，系统可随时对各检测点进行当前数据的采集，并在画面中显示有关数据。此项操作是自动采集实时数据的补充。 图 4 3、手动采集历史数据 该按钮按下后，系统就会对该检测点历史数据进行采集，并存放有关的数据。此项操作是自动采集历史数据的补充。 4、自动采集实时数据 该按钮按下后，系统就会自动有序地逐一对所有的下位机进行实时数据采集，并在画面中显示有关的数据。 5、自动采集历史数据 该按钮按下后，系统就会自动有序地逐一对所有的检测点进行历史数据采集，并存放有关的数据。 6、历史曲线（如图5） 系统可显示各检测点的历史曲线。 图 5 7、报表处理 系统自动生成并显示该日期的有关报表。 五 总结 嘉兴秀舟纸业热网系统采用了该系统的数传方式，在嘉兴属于第一套采用CDMA传输方式的热网监控系统，而其它的热网系统都采用数传电台的传输方式。该系统投运半年来，与老的数传电台相比有明显的优势，数据传输稳定，网络覆盖广，组网便捷、成本低廉，速度完全满足热网监控的要求。 随CDMA（或GPRS）等网络的发展，随着适于各种应用的终端产品的不断出现，同数传电台相比，CDMA（或GPRS）等网络数据传输在建设成本、维护成本上有很大的优势。 利用公用网络组建数据网络将是一种趋势。