特種設備監控終端的設計

王　微

[摘要]首先介紹對特種設備進行監控的背景和重要性，然后介紹特種設備遠程監控終端的系統功能，描述終端系統的總體結構設計并詳細分析終端系統的各個功能模塊和GPRS數據傳輸方案的特點。最后總結監管終端在數據采集和傳輸方面設計的特點和靈活性。

[關鍵詞]特種設備 監管終端 數據傳輸 GPRS

中圖分類號：TP2文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0120013－01

一、引言

特種設備是重大危險源設備，例如高壓容器、鍋爐、起重機械、氣瓶沖氣點，因其本身和外在因素的影響容易發生事故，并且一旦發生事故會造成人身傷亡及重大經濟損失。據統計，全國特種設備的事故發生率約為萬分之一，是先進國家的2倍。因此，加快特種設備管理信息化建設步伐，通過信息化的手段來加強對特種設備的監管，提高安全保障能力已成為必然趨勢。

二、系統概述

（一）系統功能。特種設備遠程監管終端是指采集特種設備的信息，并進行處理儲存，同時能和監管中心進行數據交換的設備。它屬于特種設備遠程數字監管系統的硬件部分，是實時采集、存儲特種設備的安全運行特征參數、日常維護管理數據，并根據要求傳輸到監管中心，以實現對轄區內特種設備運行和維護管理的實時監管。

（二）數據采集單元。數據采集單元是指采集特種設備的信息，并將它處理后通過信道傳送到數據傳輸控制單的專用模塊。數據采集單元采集特種設備的各項監測參數，例如鍋爐的溫度、壓力、水位，容器的溫度、壓力，電梯的運行參數等。對于數據控制單元與采集單元之間無法通過有線方式通信的場所可采用無線射頻模塊通信，要求其內置多種高糾錯信道編碼通信技術，自動過濾掉空中產生的假數據；具有更高的抗干擾性強，通信穩定；能提供透明的數據接口，可靠傳輸距離可達300m以上；載頻無須申請頻率使用許可證，如可采用ISM頻段430～434MHz能實現低功耗或休眠功能（如功率控制在不大于10mw，接收電流小于30mA，發射電流小于40mA，休眠電流小于20uA）；模塊能長期使用穩定可靠工作。

（三）數據控制傳輸單元。數據傳輸控制單元是指收集各數據采集單元的數據，并進行處理儲存，同時能與監管中心進行數據交換的模塊。數據控制傳輸單元控制數據采集單元的數據采集、存儲、傳輸。其內部的固態存儲器，可以用來貯存一個或多個數據采集單元監測的各種特種設備的數據，并可以將這些數據實時保存至少兩年。數據控制傳輸單元可以把數據通過GPRS、CDMA、PSTN、ADSL、以太網、光纖等方式傳送給遠程監管中心。它具有內部時鐘，能夠自動地按設定的時間間隔將特種設備各項監測數據上報給特種設備遠程監測中心，也可以接收遠程監控中心的指令隨時查詢特種設備的監測數據，獲取設備的實時數據，并貯存在固態存儲器中。嵌入式網絡模塊，可以控制采集模塊采集數據，處理特種設備遠程監控中心發過來的指令和采集模塊上傳的數據，通過GPRS/CDMA無線網絡模塊或者以太網將數據上傳給特種設備遠程監控中心。CPU采用先進的RISC工藝，使運行速度得到大幅度提高的同時，功耗控制在較低水平。同時，在人機接口方面，嵌入式網絡模塊可支持各種LCD顯示、矩陣鍵盤。嵌入式網絡模塊除了基本的用戶空間外，還可以根據需求再擴展不小于16M FLASH芯片或電子盤等來存儲相應的數據。

（四）電源管理單元。電源管理單元控制整個硬件系統的電源供應，由電源控制模塊、備用電源等組成。電源控制模塊是整個系統的動力供給，分為220V交流市電供電和備用直流電源供電（蓄電池）兩種供電模式，輸入通過該電源控制模塊轉換為適合系統使用的5V和12V直流電壓，其設計目的是在普通使用時由220V交流供電，確保供電穩定和持續，此種供電方式是正常使用模式，如果碰到停電或交流電壓不穩，可由電源控制模塊自動切換到備用電源供電，由此保證供電的正常。

（五）GPRS傳輸方案。GPRS與CDMA數字傳輸業務的推出，給特種設備遠程數字監管系統提供了全新的數據傳輸方式，徹底擺脫了有線網絡的束縛。從特種設備遠程數字監管系統應用角度上看GPRS與CDMA基本一致，安裝、運行成本也大致相當。因為中國移動是國內最大的移動通信網絡運營商，其網絡覆蓋范圍廣、容量大、質量好，更能滿足特種設備遠程數字監管系統的功能需求。GPRS（通用分組無線業務）是在GSM網絡基礎上通過增加分組域升級實現的，能提供通用無線分組數據服務和傳統的GSM服務。其充分利用共享無線信道，采用IP Over PPP實現數據終端的高速、遠程接入。

GPRS具有如下特點：

1．GPRS的計費合理，使用方便。在GPRS網中，用戶只需與網絡建立1次連接，就可長時間地保持這種連接，并只在傳輸數據時才占用信道并被計費，保持時不占用信道也不計費。GPRS根據通信的數據流量和提供的服務質量進行計費；

2．傳輸速率高。GPRS理論上的最大傳輸速率可達171.2Kbps；

3．網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。由于GPRS網本身就是一個分組數據網，支持TCP/IP、X.25協議，因此無需經過PSTN等網絡的轉接，直接與分組數據網互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數據業務；

4．GPRS在遠程突發性數據實時傳輸中具有不可比擬的優勢，特別適合于頻發少量數據的實時傳輸，因而GPRS業務在某些行業上有特殊的應用，特別適合于數據采集、遠程抄表、遠程監管等應用系統中。

三、結束語

遠程數字監管終端應能同時監管多個或多種特種設備，滿足對同一單位中多個或多種特種設備監管的需求，并能隨時增加和減少被監管設備。它具有豐富的數據采集接口，能對各種特種設備的運行技術參數進行自動采集，監管系統數據傳輸利用移動公司GPRS和GSM/SMS無線網絡，投資少，運行維護費用低，并且對同一單位不同監管點的位置分布情況能夠提供合理的數據采集方案，如監管點與監管終端的距離小于150米時采用RS485有線方式，大于150米時采用無線射頻方式，使得對特種設備的監管更加靈活；采用組件式模塊結構，各功能組件能單獨更新、替換、增加和拆除，使系統維護更方便、更安全、更可靠。

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作者簡介：

王微，女，湖北鐘祥人，武漢郵電科學研究院2006屆研究生，現在武漢郵科院同博科技有限公司研發部實習，主要研究方向是通信與信息系統和通信軟件。