我國(guó)北方地區(qū)冬季供暖普遍采用集中供熱方式。通常一個(gè)城市有幾個(gè)區(qū)域供熱網(wǎng)，一個(gè)區(qū)域供熱網(wǎng)包含有幾十個(gè)到上百個(gè)換熱站。為了使熱網(wǎng)盡可能地在最佳工況下穩(wěn)定運(yùn)行，熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)需要將各換熱站的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送給調(diào)度中心，以便調(diào)度人員隨時(shí)了解各換熱站的工作狀況和有關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的熱能統(tǒng)一調(diào)配。
    熱網(wǎng)的特點(diǎn)是點(diǎn)多面廣，距離較遠(yuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)情況千差萬(wàn)別。因此，我國(guó)多數(shù)城市的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)都沒有專門鋪設(shè)通信線路，而是采用數(shù)傳電臺(tái)或電話線撥號(hào)上網(wǎng)【1-3】。采用數(shù)傳電臺(tái)作通信設(shè)備，需要向無(wú)線電管委會(huì)申請(qǐng)專用頻點(diǎn)，易受風(fēng)雨雷電的影響，需要人工巡查維護(hù)，并且由于體積大和發(fā)射功率大，易對(duì)儀表運(yùn)行造成干擾。利用電話線撥號(hào)上網(wǎng)方式，雖然安裝費(fèi)用低，但運(yùn)行期間電話費(fèi)很高，速度不穩(wěn)定，也無(wú)法很好的滿足系統(tǒng)需要。
    針對(duì)上述兩種通信方式存在的不足，本文采用GPRS無(wú)線通信方式予以解決。GPRS是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)【4】。現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)可以提供全面的GPRS覆蓋。GPRS網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)【5】：永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)、高速傳輸、組網(wǎng)簡(jiǎn)單靈活、維護(hù)便捷、使用安全。因此，使用GPRS構(gòu)建熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，可以充分彌補(bǔ)現(xiàn)有通信方式的不足。
2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與總體方案設(shè)計(jì)
    熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由換熱站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備、GPRS通訊終端和調(diào)度中心組成。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。


圖1  熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖


    監(jiān)控系統(tǒng)的工作過(guò)程一般分為以下幾個(gè)步驟：
    (1) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備實(shí)時(shí)采集熱網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)換熱站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)；
    (2) 響應(yīng)GPRS通訊終端的數(shù)據(jù)發(fā)送請(qǐng)求，將采集處理后的數(shù)據(jù)上傳給通訊終端。通訊終端將數(shù)據(jù)打成IP包，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)Internet發(fā)送至調(diào)度中心；
    (3) 調(diào)度中心軟件將IP包解包，還原數(shù)據(jù)，并根據(jù)熱網(wǎng)總體運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
本文主要設(shè)計(jì)通訊終端和調(diào)度中心兩部分。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括終端硬件電路設(shè)計(jì)、TCP/IP協(xié)議處理、終端與調(diào)度中心的互聯(lián)、調(diào)度中心的網(wǎng)絡(luò)接入與功能實(shí)現(xiàn)等。
3  GPRS通訊終端
3.1   硬件

王先生  13681285841
GPRS無(wú)線數(shù)傳（GPRS  DTU）是以GPRS網(wǎng)絡(luò)為通信平臺(tái)，提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-232/485/TTL接口，按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可直接與RTU、PLC、智能儀表、單片機(jī)控制器等各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的下位機(jī)設(shè)備連接�？梢宰尮�業(yè)用的RS232/RS485串口設(shè)備的串口通信立即轉(zhuǎn)換為GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的雙向轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。
CG-12為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。產(chǎn)品支持語(yǔ)音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時(shí)自動(dòng)斷線的功能。同時(shí)也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。CG-12符合工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化電磁兼容性設(shè)計(jì)，具有超強(qiáng)的可靠性。
GPRS DTU產(chǎn)品又可稱為無(wú)線數(shù)傳終端、無(wú)線數(shù)傳模塊、GPRS數(shù)傳終端、GPRS IP MODEM、GPRS數(shù)傳模塊、GPRS模塊等，CG-12 GPRS DTU內(nèi)嵌PPP、TCP/IP、UDP等多種協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)備到數(shù)據(jù)中心遠(yuǎn)程透明數(shù)據(jù)通信；提供專業(yè)工業(yè)級(jí)產(chǎn)品接口，與用戶設(shè)備即插即用，安裝簡(jiǎn)單、使用方便。
用戶不用知道復(fù)雜的GPRS通訊原理和TCP/UDP協(xié)議，不用更改程序即可實(shí)現(xiàn)原有串口設(shè)備的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，設(shè)備通過(guò)串口輕松實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet接入，節(jié)省您寶貴的時(shí)間和已有投資，可用于長(zhǎng)距離通信或控制。
3.2   終端軟件設(shè)計(jì)
    終端軟件設(shè)計(jì)采用在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 下編程的方法，軟件結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)功能模塊：終端初始化模塊、GPRS通信初始化模塊、TCP/IP協(xié)議處理模塊和應(yīng)用程序模塊等。
    為了節(jié)省費(fèi)用，通信終端采用了動(dòng)態(tài)IP地址分配方式，即終端每次上電后GPRS網(wǎng)絡(luò)為其分配動(dòng)態(tài)IP地址和端口號(hào)，終端將此動(dòng)態(tài)IP地址和端口號(hào)發(fā)給調(diào)度中心，以便于調(diào)度中心訪問(wèn)。終端需要定時(shí)向調(diào)度中心注冊(cè)，以維持先前動(dòng)態(tài)分配的IP地址和端口號(hào)。
通訊終端的工作流程如圖3所示。


圖3  通訊終端軟件流程


    終端上電或復(fù)位后，首先等待參數(shù)配置命令，如果收到配置命令，則進(jìn)入配置狀態(tài)；否則，讀取片內(nèi)用戶Flash中保存的配置信息。接著通過(guò)串口向GPRS無(wú)線模塊發(fā)送相應(yīng)的AT指令，GPRS終端開始進(jìn)行撥號(hào)和PPP協(xié)商過(guò)程。當(dāng)PPP協(xié)商成功，無(wú)線模塊登錄網(wǎng)絡(luò)成功后，系統(tǒng)通過(guò)加載PPP/TCP/UDP/IP等協(xié)議，同中心建立起Socket連接，數(shù)據(jù)的雙向傳輸通道建立，系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)送接收用戶數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)上報(bào)故障和定時(shí)向中心注冊(cè)的循環(huán)狀態(tài)。
4  調(diào)度中心設(shè)計(jì)
    調(diào)度中心的主要功能是：接收各換熱站通訊終端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；保存各終端的動(dòng)態(tài)IP地址，監(jiān)視各終端的狀態(tài)；維護(hù)熱網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，提供用戶數(shù)據(jù)查詢、打印報(bào)表；實(shí)現(xiàn)調(diào)度與遠(yuǎn)程控制等。
    這些主要功能由軟件實(shí)現(xiàn)，使用了VB6.0進(jìn)行開發(fā)。軟件設(shè)計(jì)主要包括6個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、換熱站自動(dòng)上傳報(bào)警信號(hào)處理模塊，如圖4所示。
    調(diào)度中心有以下幾種組網(wǎng)方式：光纖專線方式；ADSL方式，中心需要申請(qǐng)一個(gè)固定的IP地址，或使用動(dòng)態(tài)IP地址+域名；GPRS MODEM方式，使用SIM卡綁定固定IP地址的方式。本系統(tǒng)采用ADSL+固定IP地址的接入方式。在對(duì)GPRS 通訊終端進(jìn)行配置時(shí)，寫入這個(gè)固定的IP地址，這樣終端一開機(jī)就能自動(dòng)與調(diào)度中心進(jìn)行通信。調(diào)度中心數(shù)據(jù)收發(fā)的流程如圖5所示。

圖4  調(diào)度中心軟件功能

圖5  調(diào)度中心數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖
5  結(jié)束語(yǔ)
    城市集中供熱行業(yè)中，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)監(jiān)控?zé)峋W(wǎng)的運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)能源的充分利用，減小環(huán)境污染。同數(shù)傳電臺(tái)相比，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)可靠性高，在建設(shè)成本和維護(hù)成本上都有很大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于供熱企業(yè)提高工作效率和生產(chǎn)管理水平、保證供熱質(zhì)量和熱網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。隨著GPRS網(wǎng)絡(luò)的完善和費(fèi)用的進(jìn)一步降低，基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將得到更廣泛的應(yīng)用。

產(chǎn)品型號(hào)： CG12
產(chǎn)品名稱： GPRS無(wú)線數(shù)傳(DTU)
規(guī)　　格： 113×68×25(mm)
產(chǎn)品備注： 將串口通信立即轉(zhuǎn)換為GPRS通信
GPRS無(wú)線數(shù)傳（GPRS DTU）是以GPRS網(wǎng)絡(luò)為通信平臺(tái)，提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-232/485/TTL接口，按照工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可直接與RTU、PLC、智能儀表、單片機(jī)控制器等各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的下位機(jī)設(shè)備連接�？梢宰尮�業(yè)用的RS232/RS485串口設(shè)備的串口通信立即轉(zhuǎn)換為GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信的雙向轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。
      CG-12為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。產(chǎn)品支持語(yǔ)音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時(shí)自動(dòng)斷線的功能。同時(shí)也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。CG-12符合工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化電磁兼容性設(shè)計(jì)，具有超強(qiáng)的可靠性。
      GPRS DTU產(chǎn)品又可稱為無(wú)線數(shù)傳終端、無(wú)線數(shù)傳模塊、GPRS數(shù)傳終端、GPRS IP MODEM、GPRS數(shù)傳模塊、GPRS模塊等，CG-12 GPRS DTU內(nèi)嵌PPP、TCP/IP、UDP等多種協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)備到數(shù)據(jù)中心遠(yuǎn)程透明數(shù)據(jù)通信；提供專業(yè)工業(yè)級(jí)產(chǎn)品接口，與用戶設(shè)備即插即用，安裝簡(jiǎn)單、使用方便。
      用戶不用知道復(fù)雜的GPRS通訊原理和TCP/UDP協(xié)議，不用更改程序即可實(shí)現(xiàn)原有串口設(shè)備的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，設(shè)備通過(guò)串口輕松實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet接入，節(jié)省您寶貴的時(shí)間和已有投資，可用于長(zhǎng)距離通信或控制。


多種工作模式選擇(透明和非透明)；
永遠(yuǎn)在線；
支持本地?cái)?shù)據(jù)激活；
軟硬件多重看門狗機(jī)制；
內(nèi)嵌完備的PPP，TCP/IP協(xié)議棧；
協(xié)議擴(kuò)展功能；
內(nèi)置ppp心跳機(jī)制，防止DTU被基站休眠；
應(yīng)用層心跳機(jī)制，保持應(yīng)用層穩(wěn)定連接，適時(shí)檢測(cè)連接狀況；
可升級(jí)固件程序；
支持中國(guó)移動(dòng)WMMP平臺(tái)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程管理；
嵌入式處理器，支持高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)；
設(shè)備上電聯(lián)網(wǎng)成功率100%；
穩(wěn)定性：7x24小時(shí)；
設(shè)備斷網(wǎng)后自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)成功率100%；
在UDP傳輸模式下，較高發(fā)送頻率（每5s發(fā)送一個(gè)256B數(shù)據(jù)包）的情況下，丟包率3%以下；
外部供電頻繁斷電上電，聯(lián)網(wǎng)成功率100%，聯(lián)網(wǎng)時(shí)間在40s~70s之內(nèi)；

應(yīng)用特性：
支持二次開發(fā)；    
整體方案的成本優(yōu)勢(shì)；    
利用現(xiàn)有公網(wǎng),建設(shè)費(fèi)用低；    
網(wǎng)絡(luò)無(wú)需維護(hù)；    
無(wú)本地與長(zhǎng)途的區(qū)別（GPRS類產(chǎn)品）；  
按流量計(jì)費(fèi)；    
適用于廣域及中小數(shù)據(jù)流量；
適用于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；