我國北方地區(qū)冬季供暖普遍采用集中供熱方式。通常一個城市有幾個區(qū)域供熱網(wǎng)，一個區(qū)域供熱網(wǎng)包含有幾十個到上百個換熱站。為了使熱網(wǎng)盡可能地在最佳工況下穩(wěn)定運行，熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)需要將各換熱站的運行數(shù)據(jù)傳送給調度中心，以便調度人員隨時了解各換熱站的工作狀況和有關信息，實現(xiàn)全網(wǎng)的熱能統(tǒng)一調配。
    熱網(wǎng)的特點是點多面廣，距離較遠，現(xiàn)場情況千差萬別。因此，我國多數(shù)城市的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)都沒有專門鋪設通信線路，而是采用數(shù)傳電臺或電話線撥號上網(wǎng)【1-3】。采用數(shù)傳電臺作通信設備，需要向無線電管委會申請專用頻點，易受風雨雷電的影響，需要人工巡查維護，并且由于體積大和發(fā)射功率大，易對儀表運行造成干擾。利用電話線撥號上網(wǎng)方式，雖然安裝費用低，但運行期間電話費很高，速度不穩(wěn)定，也無法很好的滿足系統(tǒng)需要。
    針對上述兩種通信方式存在的不足，本文采用GPRS無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，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務【4】�，F(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)可以提供全面的GPRS覆蓋。GPRS網(wǎng)絡具有如下特點【5】：永遠在線、按流量計費、高速傳輸、組網(wǎng)簡單靈活、維護便捷、使用安全。因此，使用GPRS構建熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，可以充分彌補現(xiàn)有通信方式的不足。
2  系統(tǒng)結構與總體方案設計
    熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由換熱站現(xiàn)場測控設備、GPRS通訊終端和調度中心組成。系統(tǒng)的拓撲結構如圖1所示。


圖1  熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)總體結構圖


    監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程一般分為以下幾個步驟：
    (1) 現(xiàn)場測控設備實時采集熱網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行處理、分析，根據(jù)分析結果對換熱站設備的運行狀態(tài)進行調節(jié)；
    (2) 響應GPRS通訊終端的數(shù)據(jù)發(fā)送請求，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GPRS網(wǎng)絡，經(jīng)Internet發(fā)送至調度中心；
    (3) 調度中心軟件將IP包解包，還原數(shù)據(jù)，并根據(jù)熱網(wǎng)總體運行情況實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
本文主要設計通訊終端和調度中心兩部分。設計的主要內容包括終端硬件電路設計、TCP/IP協(xié)議處理、終端與調度中心的互聯(lián)、調度中心的網(wǎng)絡接入與功能實現(xiàn)等。
3  GPRS通訊終端
3.1   硬件

王先生  13681285841
GPRS無線數(shù)傳（GPRS  DTU）是以GPRS網(wǎng)絡為通信平臺，提供標準的RS-232/485/TTL接口，按照工業(yè)標準設計，可直接與RTU、PLC、智能儀表、單片機控制器等各種工業(yè)現(xiàn)場的下位機設備連接�？梢宰尮�業(yè)用的RS232/RS485串口設備的串口通信立即轉換為GPRS無線網(wǎng)絡通信的雙向轉換數(shù)據(jù)傳輸設備。
CG-12為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉換的虛擬專用網(wǎng)絡。產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(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)級標準，優(yōu)化電磁兼容性設計，具有超強的可靠性。
GPRS DTU產(chǎn)品又可稱為無線數(shù)傳終端、無線數(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內嵌PPP、TCP/IP、UDP等多種協(xié)議，可實現(xiàn)用戶設備到數(shù)據(jù)中心遠程透明數(shù)據(jù)通信；提供專業(yè)工業(yè)級產(chǎn)品接口，與用戶設備即插即用，安裝簡單、使用方便。
用戶不用知道復雜的GPRS通訊原理和TCP/UDP協(xié)議，不用更改程序即可實現(xiàn)原有串口設備的無線網(wǎng)絡連接，設備通過串口輕松實現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡和Internet接入，節(jié)省您寶貴的時間和已有投資，可用于長距離通信或控制。
3.2   終端軟件設計
    終端軟件設計采用在嵌入式實時操作系統(tǒng) 下編程的方法，軟件結構主要包括以下幾個功能模塊：終端初始化模塊、GPRS通信初始化模塊、TCP/IP協(xié)議處理模塊和應用程序模塊等。
    為了節(jié)省費用，通信終端采用了動態(tài)IP地址分配方式，即終端每次上電后GPRS網(wǎng)絡為其分配動態(tài)IP地址和端口號，終端將此動態(tài)IP地址和端口號發(fā)給調度中心，以便于調度中心訪問。終端需要定時向調度中心注冊，以維持先前動態(tài)分配的IP地址和端口號。
通訊終端的工作流程如圖3所示。


圖3  通訊終端軟件流程


    終端上電或復位后，首先等待參數(shù)配置命令，如果收到配置命令，則進入配置狀態(tài)；否則，讀取片內用戶Flash中保存的配置信息。接著通過串口向GPRS無線模塊發(fā)送相應的AT指令，GPRS終端開始進行撥號和PPP協(xié)商過程。當PPP協(xié)商成功，無線模塊登錄網(wǎng)絡成功后，系統(tǒng)通過加載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)進入發(fā)送接收用戶數(shù)據(jù)、監(jiān)測上報故障和定時向中心注冊的循環(huán)狀態(tài)。
4  調度中心設計
    調度中心的主要功能是：接收各換熱站通訊終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析處理；保存各終端的動態(tài)IP地址，監(jiān)視各終端的狀態(tài)；維護熱網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，提供用戶數(shù)據(jù)查詢、打印報表；實現(xiàn)調度與遠程控制等。
    這些主要功能由軟件實現(xiàn)，使用了VB6.0進行開發(fā)。軟件設計主要包括6個相對獨立的功能模塊：實時監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、遠程控制模塊、參數(shù)設置模塊、換熱站自動上傳報警信號處理模塊，如圖4所示。
    調度中心有以下幾種組網(wǎng)方式：光纖專線方式；ADSL方式，中心需要申請一個固定的IP地址，或使用動態(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GPRS 通訊終端進行配置時，寫入這個固定的IP地址，這樣終端一開機就能自動與調度中心進行通信。調度中心數(shù)據(jù)收發(fā)的流程如圖5所示。

圖4  調度中心軟件功能

圖5  調度中心數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖
5  結束語
    城市集中供熱行業(yè)中，利用計算機技術監(jiān)控熱網(wǎng)的運行可實現(xiàn)能源的充分利用，減小環(huán)境污染。同數(shù)傳電臺相比，利用GPRS網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)可靠性高，在建設成本和維護成本上都有很大的優(yōu)勢，對于供熱企業(yè)提高工作效率和生產(chǎn)管理水平、保證供熱質量和熱網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重大的現(xiàn)實意義和廣泛的應用價值。隨著GPRS網(wǎng)絡的完善和費用的進一步降低，基于GPRS網(wǎng)絡的熱網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)將得到更廣泛的應用。

產(chǎn)品型號： CG12
產(chǎn)品名稱： GPRS無線數(shù)傳(DTU)
規(guī)　　格： 113×68×25(mm)
產(chǎn)品備注： 將串口通信立即轉換為GPRS通信
GPRS無線數(shù)傳（GPRS DTU）是以GPRS網(wǎng)絡為通信平臺，提供標準的RS-232/485/TTL接口，按照工業(yè)標準設計，可直接與RTU、PLC、智能儀表、單片機控制器等各種工業(yè)現(xiàn)場的下位機設備連接�？梢宰尮�業(yè)用的RS232/RS485串口設備的串口通信立即轉換為GPRS無線網(wǎng)絡通信的雙向轉換數(shù)據(jù)傳輸設備。
      CG-12為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠在線，多種協(xié)議轉換的虛擬專用網(wǎng)絡。產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(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)級標準，優(yōu)化電磁兼容性設計，具有超強的可靠性。
      GPRS DTU產(chǎn)品又可稱為無線數(shù)傳終端、無線數(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內嵌PPP、TCP/IP、UDP等多種協(xié)議，可實現(xiàn)用戶設備到數(shù)據(jù)中心遠程透明數(shù)據(jù)通信；提供專業(yè)工業(yè)級產(chǎn)品接口，與用戶設備即插即用，安裝簡單、使用方便。
      用戶不用知道復雜的GPRS通訊原理和TCP/UDP協(xié)議，不用更改程序即可實現(xiàn)原有串口設備的無線網(wǎng)絡連接，設備通過串口輕松實現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡和Internet接入，節(jié)省您寶貴的時間和已有投資，可用于長距離通信或控制。


多種工作模式選擇(透明和非透明)；
永遠在線；
支持本地數(shù)據(jù)激活；
軟硬件多重看門狗機制；
內嵌完備的PPP，TCP/IP協(xié)議棧；
協(xié)議擴展功能；
內置ppp心跳機制，防止DTU被基站休眠；
應用層心跳機制，保持應用層穩(wěn)定連接，適時檢測連接狀況；
可升級固件程序；
支持中國移動WMMP平臺，可進行遠程管理；
嵌入式處理器，支持高速處理協(xié)議和大量數(shù)據(jù)；
設備上電聯(lián)網(wǎng)成功率100%；
穩(wěn)定性：7x24小時；
設備斷網(wǎng)后自動聯(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)時間在40s~70s之內；

應用特性：
支持二次開發(fā)；    
整體方案的成本優(yōu)勢；    
利用現(xiàn)有公網(wǎng),建設費用低；    
網(wǎng)絡無需維護；    
無本地與長途的區(qū)別（GPRS類產(chǎn)品）；  
按流量計費；    
適用于廣域及中小數(shù)據(jù)流量；
適用于復雜的網(wǎng)絡結構；