陜北水利GPRS調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用方案

第一部分 GPRS網(wǎng)絡(luò)簡介
GPRS是目前解決移動(dòng)通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù)，它是以數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)、或大數(shù)據(jù)的包月包年計(jì)費(fèi)。覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業(yè)和企業(yè)用戶開展無線數(shù)據(jù)傳輸提供了基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，為推動(dòng)移動(dòng)辦公的應(yīng)用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，GPRS網(wǎng)絡(luò)具有租用費(fèi)用低、移動(dòng)辦公，不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。GPRS的出現(xiàn)為企業(yè)和行業(yè)用戶開展無線辦公提供了一種新的選擇。
GPRS通信方式更適合于各類數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，目前城市水利調(diào)度系統(tǒng)與各采用有線交互傳輸或電臺(tái)方式，甚至有些偏遠(yuǎn)井道要有線網(wǎng)絡(luò)接入成了不可能。月租費(fèi)太高，用電話線傳送數(shù)據(jù)按時(shí)間計(jì)費(fèi)，帶來諸多不便，費(fèi)用也不便宜。、
GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)
1、覆蓋范圍。構(gòu)建城市水利調(diào)度系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴(kuò)容無限制，接入地點(diǎn)無限制，能滿足城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于調(diào)度檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布在地區(qū)的各個(gè)角落，而且地理位置分散。另外，還必須考慮今后系統(tǒng)擴(kuò)充的可能，必須具有良好的可擴(kuò)展性。由于目前GPRS已覆蓋省內(nèi)絕大部分地區(qū)，能夠滿足城市水利調(diào)度系統(tǒng)對(duì)覆蓋范圍的要求。
2、數(shù)據(jù)傳輸速率高。目前GPRS實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，完全能滿足水利調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。
3、系統(tǒng)的傳輸容量大。城市水利調(diào)度系統(tǒng)要和每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰�，而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。
4、通信費(fèi)用控制靈活。采用傳統(tǒng)的有線方式建立水利調(diào)度系統(tǒng)，必須租用專線或電話線進(jìn)行連接。由于調(diào)度監(jiān)測(cè)點(diǎn)必須與中心隨時(shí)保持連線狀態(tài)，而每次數(shù)據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)量很小，線路資源利用率很低，平均每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每月的線路費(fèi)用為800～1200元。而如果采用GPRS通信方式，由于GPRS采用按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)的方式，資源利用率高，月通信費(fèi)用將在200元之內(nèi)，如果數(shù)據(jù)量很大的情況下也可按包月或包年計(jì)費(fèi)。
5、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力。與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無時(shí)延，可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

第二部分 概述
隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市規(guī)模的擴(kuò)大和現(xiàn)代化程度的不斷提高，城市的水利調(diào)度系統(tǒng)也越來越龐大，且許多供水管線的填埋情況復(fù)雜、資料不清，有些管線甚至僅憑當(dāng)時(shí)施工工人的記憶去尋找，造成諸多設(shè)計(jì)上的失誤和施工中的事故。
采用人工方法，借助圖紙、各類卡片來管理城市水利調(diào)度系統(tǒng)，已越來越難以滿足實(shí)際需要。所以實(shí)現(xiàn)對(duì)水利調(diào)度管理系統(tǒng)的需求是相當(dāng)迫切的。業(yè)內(nèi)眾多有識(shí)之士已達(dá)成共識(shí)：使用計(jì)算機(jī)，借助無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)來進(jìn)行水利調(diào)度的管理、管網(wǎng)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)采集，已是勢(shì)在必行。
基于GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的無線數(shù)據(jù)技術(shù)自2002年在中國正式商用以來，以“實(shí)時(shí)在線、按流量計(jì)費(fèi)、覆蓋率廣”等優(yōu)勢(shì)在各行業(yè)取得廣泛應(yīng)用，隨著信息化的發(fā)展，DTU已經(jīng)完全取代了以往的各種有線接入。而以往的有線連接必須依賴于網(wǎng)絡(luò)布線、固定電話線路，對(duì)于發(fā)展移動(dòng)性的服務(wù)、增設(shè)新的服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)、增設(shè)臨時(shí)性的窗口常會(huì)受到有線連接的困擾。同時(shí)布線還需要昂貴的費(fèi)用和鋪設(shè)時(shí)間，對(duì)已有的網(wǎng)絡(luò)也會(huì)有影響，所以有線連接已經(jīng)嚴(yán)重限制了目前各種信息化應(yīng)用的主要原因。
GPRS與其它通迅方式綜合比較表：

第三部分 陜北水利調(diào)度系統(tǒng)組成
一、 陜北水利調(diào)度結(jié)構(gòu)圖
花石峁加壓站與野蘆溝加壓站日供水7萬m³，野蘆溝加壓站與新廟加壓站、打井塔加壓站日供水3.5萬m³。首站與野蘆溝加壓站的距離為21.5km，野蘆溝加壓站與新廟加壓站的距離為12.3km，野蘆溝加壓站與打井塔加壓站的距離為10.2km，新廟加壓站距后溝門13.07km，新廟加壓站距三道溝11.115km，三道溝與老高川的距離13.557km，打井塔加壓站與老新民的距離為5.82km，打井塔站與同源站的距離為5.781km，打井塔站與玉豐站的距離為1.311km，打井塔站與新田站的距離為：0.699km，打井塔站與金萬通站的距離2.8km。老新民與萬家墩站的距離為8.205km，老新民站與新窯站的距離為2.018km，天橋水源地與花石峁站之間的距離為9.5km，孤山川水源地與花石峁站之間的距離為2km。
下圖為各站的分布結(jié)構(gòu)圖
1、花石峁站(主站)控制系統(tǒng)
此系統(tǒng)中有一臺(tái)工程師站、一臺(tái)操作員站，兩PLC控制系統(tǒng)。
2、其它分站控制系統(tǒng)
每個(gè)分站均配置一臺(tái)工作站和一套PLC控制系統(tǒng)

二、 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及功能要求
如上圖所示水利遠(yuǎn)程測(cè)控調(diào)度系統(tǒng)由花石峁調(diào)度中心、無線GPRS 網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程終端單元（RTU）幾個(gè)部分組成：
􀁺 分站控制系統(tǒng)單元（RTU）
每個(gè)分站均配置一臺(tái)工作站和一套PLC控制系統(tǒng)
分站控制系統(tǒng)單元RTU 分散的分布在水利調(diào)度的各個(gè)遙測(cè)點(diǎn)上，主要由F2103 GPRS模塊、電源、天線、PLC 的CPU 及各種I/O 模板及后備電池、機(jī)箱等幾部分組成。分站控制系統(tǒng)單元RTU與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開關(guān)量、模擬量信號(hào)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)并通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)與調(diào)度中心傳送數(shù)據(jù)，接收并執(zhí)行上位機(jī)的命令。

具體功能如下：
RTU 機(jī)箱：安裝于遙測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)，為壁掛式，具有防盜功能（包括GPRS 模塊天線），
其固定螺絲置于箱體內(nèi)，設(shè)置門鎖，箱體內(nèi)具有220V 交流電（如井下無條件具備220V電壓，可考慮蓄電池、鋰電池等能滿足終端產(chǎn)品電壓需求的供電裝置），信號(hào)輸入輸出接線端子，設(shè)置交流進(jìn)線空氣開關(guān)，如有條件可配備一220V 交流電插座（檢修時(shí)方便使用）
PLC：使用西門子、三菱、歐姆龍等知名品牌
提供4 路4-20mA 模擬輸入、6 路開關(guān)量輸入、4 路開關(guān)量輸出，無需監(jiān)控中心控制，可自行進(jìn)行測(cè)量，并保存累積數(shù)據(jù)系統(tǒng)；
具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能（可通過監(jiān)控中心設(shè)定校準(zhǔn)），采集到的數(shù)據(jù)以時(shí)間為順序，以5分鐘/每次的密度，能在RTU 端存儲(chǔ)一天的歷史數(shù)據(jù)，程序、參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)具有掉電保護(hù)功能；
定時(shí)上報(bào)：把從儀表采集到的數(shù)據(jù)，以定時(shí)（整5 分鐘報(bào)一次）方式上報(bào)；
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)播：可以響應(yīng)各監(jiān)控中心發(fā)出的查詢請(qǐng)求，將實(shí)時(shí)時(shí)刻或歷史時(shí)刻的數(shù)據(jù)發(fā)給監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)可發(fā)給多個(gè)監(jiān)控中心；
輸入信號(hào)損壞時(shí)發(fā)出報(bào)警信息；
當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位，或系統(tǒng)運(yùn)行、通信發(fā)生異常死機(jī)復(fù)位（看門狗復(fù)位）時(shí)，系統(tǒng)根 據(jù)復(fù)位類型不同進(jìn)行復(fù)位處理，保證系統(tǒng)正常工作。
可為一次儀表（兩線制，三線制）提供24V 電源，具有一次表供電功能。

F2103 GPRS模塊：其核心使用SIMEMS MC39I無線模塊，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，
支持900/1800 MHz系統(tǒng)，提供RS-232或RS-485自選接口，支持各種非TCP/IP終端設(shè)備數(shù)據(jù)的透明傳輸，可上電即自動(dòng)撥號(hào)上網(wǎng)，一直在線，自檢測(cè)假撥號(hào)現(xiàn)象，掉線可自動(dòng)重?fù)�。帶自主開發(fā)的主控電路和硬件看門狗，保證電路的可靠工作，并可根據(jù)用戶需要進(jìn)行遠(yuǎn)程在線維護(hù)。
（可選的備用冗余功能）調(diào)度中心可以設(shè)一主一備兩個(gè)中心（即有一主一備兩個(gè)IP地址），平時(shí)RTU端的GPRS模塊只與調(diào)度中心主中心（主IP地址）聯(lián)系，當(dāng)主IP地址聯(lián)系不上時(shí)，RTU端的GPRS模塊能自動(dòng)與備用IP地址聯(lián)系，切換到備用系統(tǒng)進(jìn)行工作，當(dāng)主IP地址系統(tǒng)恢復(fù)正常，關(guān)閉備用IP地址系統(tǒng)時(shí)，能恢復(fù)到主IP地址系統(tǒng)進(jìn)行工作（最多可以和5個(gè)中心同時(shí)通信）。（更多關(guān)于F2103 GPRS DTU技術(shù)指標(biāo)可到四信網(wǎng)站下載）
通信工作原理：
􀂋 首先對(duì)F2103 DTU進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置要連接的中心IP和端口及其它必要性的設(shè)置，設(shè)置好之后PLC通過RS232或RS485接口和DTU相連，DTU上電之后根據(jù)事先設(shè)置好的中心IP和端口進(jìn)行連接，成功連接到中心軟件后即可雙向傳輸數(shù)據(jù)。
􀂋 終端流量傳感器、水壓傳感器工作時(shí)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過串口往無線模塊串口送， 無線模塊檢測(cè)到串口的數(shù)據(jù)后最終數(shù)據(jù)信息發(fā)送到中心去
􀁺 花石峁調(diào)度中心：此系統(tǒng)中有一臺(tái)工程師站、一臺(tái)操作員站，兩PLC控制系統(tǒng)。
中心條件:首先用某臺(tái)能上網(wǎng)的PC機(jī)，條件必須能讓外網(wǎng)訪問的到，如運(yùn)行中心軟件的PC機(jī)在局域網(wǎng)里面，那要在局域網(wǎng)路由器做端口映射到本機(jī)PC，等這些條件具備之后在本機(jī)運(yùn)行一個(gè)中心DEMO，開放一個(gè)端口，運(yùn)行軟件等待DTU的連接。
DTU連接中心后，就可按要求進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，中心收到數(shù)據(jù)后，通過系統(tǒng)進(jìn)行解密、過濾、篩選，最終獲得所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)等工作。
調(diào)度中心功能：水利調(diào)度中心通過公網(wǎng)與公司內(nèi)部網(wǎng)連接，調(diào)度中心PC 通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)向RTU 下發(fā)配置信息、控制信息，及接收下位機(jī)上報(bào)的數(shù)據(jù)及告警信息，同時(shí)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，提供查詢、統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等功
能調(diào)度中心、監(jiān)控分中心的具體功能如下：
能夠給RTU 下發(fā)組態(tài)信息、控制命令，能夠校準(zhǔn)RTU 的時(shí)鐘
RTU 發(fā)送來的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫具備一定的安全措施
處理RTU 的報(bào)警信息
數(shù)據(jù)遙測(cè)功能：定時(shí)巡測(cè)、手動(dòng)巡測(cè)、隨機(jī)抽測(cè)、分組召測(cè)
遙控功能：控制RTU 開關(guān)量輸出點(diǎn)的開、關(guān)狀態(tài)、遙信開關(guān)狀態(tài)
參數(shù)狀態(tài)管理功能：設(shè)置修改各測(cè)量數(shù)據(jù)上、下限值，通訊參數(shù)
在線組態(tài)功能：新增RTU 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)等參數(shù)通過組態(tài)定義即可完成。
數(shù)據(jù)庫管理功能：對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)建庫，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，查詢歷史數(shù)據(jù)，報(bào)表打印
具有數(shù)據(jù)顯示功能： 能顯示測(cè)量的各種數(shù)據(jù)、遙信開關(guān)狀態(tài)、各種系統(tǒng)圖形等
具有圖形功能,模擬顯示調(diào)度圖、水廠工藝流程圖等
搶修修理、停水、管網(wǎng)沖洗等數(shù)據(jù)錄入及統(tǒng)計(jì)。
數(shù)據(jù)共享功能：提供一個(gè)WEB 站點(diǎn)，該WEB 站點(diǎn)使公司寬帶內(nèi)部網(wǎng)的任意一臺(tái)工作站只通過WEB 瀏覽器就可以登陸查看所有監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)的任何時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)。WEB 站點(diǎn)通過用戶身份認(rèn)證授權(quán)方式控制該用戶可訪問那些監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和存儲(chǔ)的任何時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)。調(diào)度中心系統(tǒng)管理員能增加、刪除可訪問用戶，并對(duì)用戶進(jìn)行不同權(quán)限的授權(quán)。該WEB 站點(diǎn)應(yīng)能通過超鏈接方式聯(lián)入公司統(tǒng)一平臺(tái)。
具備一開放的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，DLP 大屏控制器軟件能夠讀取各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
注：中心軟件可使用組態(tài)軟件、力控軟件或自行開發(fā)軟件（可提供源碼）
組網(wǎng)方案如下：
A、公網(wǎng)方案：
中心用一個(gè)服務(wù)器組作為中心接收，中心采用ADSL 等INTELNET 公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP 或者公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS 解析服務(wù)。此種方案先向INTERNET 運(yùn)營商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)。
1) 中心公網(wǎng)固定IP：監(jiān)控點(diǎn)直接向中心固定IP 發(fā)起連接。運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。（當(dāng)然固定IP 費(fèi)用比較貴，視客戶財(cái)力決定）
2) 中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS 解析服務(wù)：大部分IP 都是動(dòng)態(tài)的，而且費(fèi)用相對(duì)便宜。
客戶先與DNS 服務(wù)商聯(lián)系開通動(dòng)態(tài)域名，動(dòng)態(tài)域名解析軟件網(wǎng)址如下：（可以先申請(qǐng)免費(fèi)的二級(jí)域名）
88IP解析http://www.88ip.cn
監(jiān)控點(diǎn)先采用域名尋址方式連接DNS 服務(wù)器，再由DNS 服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP 的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS 服務(wù)商。
B、專網(wǎng)方案：
根據(jù)客戶內(nèi)部網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的特殊要求，決定采用中國移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)的專用APN形式入網(wǎng)，每個(gè)SIM卡綁定固定內(nèi)部IP，擁有獨(dú)立上網(wǎng)APN名，其特點(diǎn)如下：網(wǎng)內(nèi)分配專用的APN名，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN 。用于GPRS 專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN，也限制網(wǎng)外SIM卡使用專網(wǎng)APN。專門由移動(dòng)公司機(jī)房牽出專線聯(lián)接中心服務(wù)器組。這種方案安全性和穩(wěn)定性大大提高，但費(fèi)用比較高。
中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP
􀂋 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。
􀂋 為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。
􀂋 用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。
􀂋 用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。
􀂋 移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。
雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。
此種方案無論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
業(yè)務(wù)流程
GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)終端上網(wǎng)登錄服務(wù)器平臺(tái)的流程為：
1）用戶發(fā)出GPRS登錄請(qǐng)求，請(qǐng)求中包括由移動(dòng)公司為GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)專門分配的專網(wǎng)APN；
2）根據(jù)請(qǐng)求中的APN，SGSN向DNS服務(wù)器發(fā)出查詢請(qǐng)求，找到與企業(yè)服務(wù)器平臺(tái)連接的GGSN，并將用戶請(qǐng)求通過GTP隧道封裝送給GGSN；
3）GGSN將用戶認(rèn)證信息（包括手機(jī)號(hào)碼、用戶賬號(hào)、密碼等）通過專線送至Radius進(jìn)行認(rèn)證；
4）Radius認(rèn)證服務(wù)器看到手機(jī)號(hào)等認(rèn)證信息，確認(rèn)是合法用戶發(fā)來的請(qǐng)求，向DHCP服務(wù)器請(qǐng)求分配用戶地址；
5）Radius認(rèn)證通過后，由Radius向GGSN發(fā)送攜帶用戶地址的確認(rèn)信息；
6）用戶得到了IP地址，就可以攜帶數(shù)據(jù)包，對(duì)GPRS專網(wǎng)系統(tǒng)信息查詢和業(yè)務(wù)處理平臺(tái)進(jìn)行訪問。
地址： 廈門市軟件園觀日路 44 號(hào) 3 樓 J1-J2 電話： 0592-6300324 、6300325
網(wǎng)址：http://www.four-faith.com 傳真：0592-5912735
10