3G網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

1、 3G網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用摘要：本文介紹了3g網(wǎng)絡(luò) 和scada系統(tǒng)，并闡述了3g網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)采集和地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：3g 數(shù)據(jù)采集 地理信息系統(tǒng)引言scada(supervisory control and data acquisition) 系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。 當(dāng)前，scada系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水排水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制。當(dāng)前scada系統(tǒng)通常的基本結(jié)構(gòu)是：智能監(jiān)測(cè)設(shè)備+

2、數(shù)據(jù)采集設(shè)備+網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)+用戶終端。其中智能監(jiān)測(cè)設(shè)備主要是指測(cè)量?jī)x表或傳感器，如壓力表、液位計(jì)、流量計(jì)等。也可以是控制水流動(dòng)的閥門(mén)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控點(diǎn)與scada控制中心之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路。數(shù)據(jù)采集設(shè)備通常是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)獲取與控制單元，它的作用是在遠(yuǎn)端與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，獲得設(shè)備數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳給scada系統(tǒng)的調(diào)度中心，也可以將scada系統(tǒng)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)或命令傳給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。目前,充當(dāng)這一角色的主要是plc(programmable logic controller) 和rtu（remote terminal unit）。而與傳統(tǒng)的可編程控制器plc相比，rtu通常要具有優(yōu)良

3、的通訊能力和更大的存儲(chǔ)容量，而且更適用于惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的符合專有標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算功能。正是由于rtu完善的功能，使得rtu產(chǎn)品在scada系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用，更適用于現(xiàn)代化新興行業(yè)的分散監(jiān)控的需求。以下的將要介紹的案例就是以rtu為數(shù)據(jù)采集設(shè)備的scada系統(tǒng)。一、方案選擇該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個(gè)水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成，各個(gè)水源監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可監(jiān)視和采集水位、壓力、流量、閥門(mén)等各種數(shù)據(jù)，供控制中心及有關(guān)部門(mén)分析和決策取用。（一）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在此scada系統(tǒng)中，由于各管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，個(gè)別點(diǎn)還地處偏僻，因此架設(shè)光纜、鋪設(shè)電纜難度大、不切合實(shí)際，向電信部門(mén)租用專用電話線

4、又要申請(qǐng)很多電話號(hào)，況且采用電話線路時(shí)需要等待漫長(zhǎng)的電話撥號(hào)過(guò)程，速度慢，運(yùn)營(yíng)成本較高，總之采用有線通信方式建設(shè)周期長(zhǎng)、工作難度大、運(yùn)行費(fèi)用高，不便于大規(guī)模使用；與之相比，無(wú)線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設(shè)周期短、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)比較分析，我們選擇3g網(wǎng)絡(luò)作為此項(xiàng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。目前，3g網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)電信部門(mén)的多年建設(shè)，覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，特別是3g數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而且利用3g網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。在設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率，和網(wǎng)路的

5、穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)中心通過(guò)一條2m apn專線接入移動(dòng)公司3g網(wǎng)絡(luò)，即將項(xiàng)目監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)及數(shù)據(jù)中心組成一個(gè)apn專網(wǎng)，所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定ip ，這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無(wú)論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性都得到很大的很高。3g無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下特點(diǎn)：1.良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力：由于3g具有實(shí)時(shí)在線特性，系統(tǒng)無(wú)時(shí)延，系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)時(shí)收取、處理多個(gè)/所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù)，無(wú)需輪循就可以同步監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)鐘可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。2.遠(yuǎn)程儀器設(shè)備控制：由于采用3g雙向傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備的時(shí)間校正、狀態(tài)報(bào)告、開(kāi)關(guān)以及其他監(jiān)測(cè)、控制等功能。3.建設(shè)成本低：可充分利用現(xiàn)有3g網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備安裝

6、即接通，而采用超短波通信時(shí)需要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，還需要配備天線鐵架等附屬設(shè)備。4.安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，建設(shè)周期短：利用現(xiàn)有成熟3g網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)基本不需要調(diào)試，安裝簡(jiǎn)捷。采用超短波通信時(shí)安裝調(diào)試工作量大，要先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)測(cè)試，天線鐵架架設(shè)，天線方向角度調(diào)試等工作。5.覆蓋范圍廣。由于管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量眾多，分布在全廠范圍內(nèi)，部分管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。而采用3g方式，理論上在無(wú)線3g網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。6.數(shù)據(jù)傳輸速率高。3g網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)2mbps，實(shí)際應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率在384kbps左右，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺(tái)傳送速率多為2.4kbit/s或更低

7、。7.系統(tǒng)的傳輸容量大。監(jiān)控中心站要和每一個(gè)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于管網(wǎng)監(jiān)控點(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?g技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。8.通信費(fèi)用低。由于3g采用包月計(jì)費(fèi)的方式，運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低，按當(dāng)?shù)卦峦ㄐ刨M(fèi)用每點(diǎn)花費(fèi)35元所帶的流量（200m）即可滿足數(shù)據(jù)通訊的需求。（二）rtu設(shè)備根據(jù)用戶的需求，系統(tǒng)需要監(jiān)控的設(shè)備主要有壓力、流量、液位和閥門(mén)等。因此在rtu的選型上，要求必須具有的io接口點(diǎn)包括了ai,di和d0等三種。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布局時(shí)，盡量做到多點(diǎn)集中，充分利用rtu的接口資源，以節(jié)約設(shè)備購(gòu)置上的花銷。同時(shí)，由于廠家地處北方，大量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布點(diǎn)在長(zhǎng)期

8、無(wú)人值守的室外，因此還要充分考慮到溫度與濕度。綜合考慮，我們選用了美國(guó)sixnet公司的rtu系列產(chǎn)品remotelog sr-4160-1e和versatrak uipm。這兩種sixnet公司的產(chǎn)品都具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、接口便利、擴(kuò)展性強(qiáng)、io點(diǎn)多等特點(diǎn)。尤其是它們都具有很寬的工作溫度（-40 70）和工作濕度（5% 95% rh），完全可以確保產(chǎn)品在北方室外低溫和潮濕的環(huán)境下正常工作。其中remotelog sr-4160-1提供4個(gè)di、6個(gè)ai、1個(gè)d0等不同的io接口。模擬量輸入為4 20ma電流信號(hào)，而離散量輸入，既可直接讀取開(kāi)頭狀態(tài)，也可以進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，最大支持到32位計(jì)數(shù)。因此

9、可以用來(lái)進(jìn)行水流壓力、流量數(shù)據(jù)的采集。利用ai讀取壓力、瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)，利用di的計(jì)數(shù)功能采集累積流量數(shù)據(jù)。對(duì)于水池的監(jiān)控，則相對(duì)復(fù)雜一些，要求讀取液位值，當(dāng)液位高于警戒值時(shí)，要遠(yuǎn)程報(bào)警且自動(dòng)關(guān)閉入水閥門(mén)；相反的，當(dāng)液位低于警戒值時(shí)，要遠(yuǎn)程報(bào)警并根據(jù)實(shí)際需要遠(yuǎn)程控制入出水閥門(mén)的開(kāi)關(guān)。而versatrak uipm有8個(gè)di、4個(gè)do、2個(gè)ai,每臺(tái)設(shè)備能夠同時(shí)監(jiān)控2個(gè)閥門(mén)，并同時(shí)讀取水池液位狀態(tài)和閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。且versatrak uipm所具有的isagraf編程功能更能讓系統(tǒng)以觸發(fā)式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此，與輪循方式相比，很大程度上提高了工作效率，并減少了的數(shù)據(jù)流量方面的花銷。二、解決方案介紹由

10、于3g通信是基于ip地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心路由器和各端站配置固定的apn 專網(wǎng)ip地址，各個(gè)端站的3g模塊與中心站rtu進(jìn)行通信。1.管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)：管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)：各監(jiān)控點(diǎn)通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊（rtu)采集如壓力、流量、液位及閥門(mén)開(kāi)頭狀態(tài)等數(shù)據(jù)，通過(guò)以太網(wǎng)接口與3g數(shù)據(jù)傳輸終端相連，通過(guò)3g數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后，使用移動(dòng)通信公司統(tǒng)一的sim卡進(jìn)行身份認(rèn)證并與3g網(wǎng)絡(luò)連接。 發(fā)送到3g網(wǎng)絡(luò)。2.監(jiān)控中心：監(jiān)控中心路由器申請(qǐng)配置固定ip地址，采用當(dāng)?shù)匾苿?dòng)通信公司提供的apn專線，與3g網(wǎng)絡(luò)相連。apn專線2m帶寬，當(dāng)管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。3

11、.3g移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)3g網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過(guò)中國(guó)移動(dòng)的3g無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，最終經(jīng)apn專網(wǎng)傳送到監(jiān)控中心ip地址。4.應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心后，監(jiān)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)一方面實(shí)時(shí)顯示，另一方面定期存入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。scada系統(tǒng)管理軟件可以將數(shù)據(jù)按用戶的實(shí)際需求，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表、生成數(shù)據(jù)分析曲線圖表等。同時(shí)scada系統(tǒng)還與調(diào)度中心的gis系統(tǒng)、oa系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接口，為gis系統(tǒng)提供及時(shí)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。結(jié)論采用3g網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和rtu構(gòu)建的天鐵集團(tuán)供水管理scada系統(tǒng)，截止目前為止，已正式運(yùn)行一年多，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)，已逐步成為企業(yè)用戶不可或缺的管理工具和助手。原來(lái)的手工抄表、手工錄入和分析統(tǒng)計(jì)，被由系統(tǒng)定期自動(dòng)生成日常的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表所取代，24小時(shí)的人工值守被自動(dòng)化的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)所代替，從而為企業(yè)節(jié)約了大量的人力資源，提高了工作效率。企業(yè)的自動(dòng)化程度得到了很大的提高。而且，在不久的將來(lái)，隨著企業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)的需