遠(yuǎn)程GPRS閘閥控制系統(tǒng)研究與開發(fā)

杜銀泉

摘 要：水、電、氣管網(wǎng)系統(tǒng)的閘閥開關(guān)控制長時間以來，一直采用手動、半自動控制，給安全生產(chǎn)、實時控制帶來了很多不利。文章論述了基于GPRS技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程閘閥控制以及具體的解決方案。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程控制；閘閥；安全生產(chǎn)；GPRS；數(shù)據(jù)庫；軟件開發(fā)

1 系統(tǒng)概述

水、電、氣電力電網(wǎng)等管網(wǎng)系統(tǒng)的閘閥開關(guān)控制較長時間以來，一直采用手動、半自動控制。這給一些實時性強(qiáng)、高空、高溫、高粉塵、遠(yuǎn)程等環(huán)境的操作帶來困難，降低了工作效率，同時給生產(chǎn)帶了很多不安全隱患。如果在電力配送系統(tǒng)、水、電、氣等管網(wǎng)系統(tǒng)中大面積使用遠(yuǎn)程閘閥開關(guān)控制，就可以避免由于特定自然環(huán)境帶來的不安全隱患，且可以使控制點與控制中心實時控制和雙向交流。控制信號正確無誤傳輸就成為這一系統(tǒng)的首要關(guān)鍵，傳統(tǒng)做法是用載波的方式傳送信號和通信，這種方式主要的缺點是信號不穩(wěn)定，抗干擾力弱，雜波嚴(yán)重。作為安全生產(chǎn)用的閘閥開關(guān)系統(tǒng)，顯然不能選用這種方式。我這里選擇GPRS系統(tǒng)來完成信號傳輸，該系統(tǒng)覆蓋地域廣，技術(shù)成熟，信號穩(wěn)定。

GPRS數(shù)據(jù)實現(xiàn)分組發(fā)送和接收，使用費(fèi)用按數(shù)據(jù)流量計算，根據(jù)控制需要決定數(shù)據(jù)量，從而決定費(fèi)用，如果只是一般的控制信號，數(shù)據(jù)流量很低，費(fèi)用將很低。如果需要顯示現(xiàn)場圖像等，則數(shù)據(jù)量大，費(fèi)用就高些。總之，GPRS的服務(wù)成本僅是CSD（電路交換數(shù)據(jù)，即通常說的撥號數(shù)據(jù)，歐亞WAP業(yè)務(wù)所采用的承載方式）服務(wù)成本的十分之一，是完全可以用于本系統(tǒng)信號傳輸?shù)摹?/p>

遠(yuǎn)程GPRS閘閥控制系統(tǒng)是基于GPRS技術(shù)的電網(wǎng)、管網(wǎng)管理系統(tǒng)。它由電動閘閥開關(guān)、帶GPRS通訊模塊的信號控制器和計算機(jī)調(diào)度服務(wù)器及操作終端組成。信號控制器實時采集閘閥開關(guān)控制對象的數(shù)據(jù)、過濾數(shù)據(jù)和發(fā)送控制信號，并通過GPRS把數(shù)據(jù)匯集到服務(wù)器，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實時對閘閥開關(guān)進(jìn)行控制。具有采集數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確，控制及時，可靠性等特點，極大地提高了生產(chǎn)安全和工作效率。

系統(tǒng)除了能準(zhǔn)確、實時可靠的控制外，還可以提供現(xiàn)場監(jiān)視功能，峰谷調(diào)控功能，如某條輸氣管道的流速、壓力異常；送電線路上的用電高峰控制、逆相報警、過載報警等；系統(tǒng)還可以結(jié)合移動公司的短信平臺，在報警時，可根據(jù)具體內(nèi)容發(fā)短信給相關(guān)的管理人員。另外可以很方便的實現(xiàn)各種軟件開發(fā)，根據(jù)不同的統(tǒng)計和管理需要開發(fā)不同的自動調(diào)度軟件和辦公自動化軟件，完善各類開關(guān)網(wǎng)系統(tǒng)的MIS系統(tǒng)建設(shè)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)自動控制相關(guān)條件及原理，遠(yuǎn)程GPRS閘閥控制系統(tǒng)主要由四部分組成，第一部分是電動閘閥；第二部分是帶GPRS通訊模塊的信號控制器；第三部分是GPRS通信系統(tǒng)；第四部分是計算機(jī)調(diào)度服務(wù)器及操作終端。

2.1 電動閘閥設(shè)計

電動閘閥和我們現(xiàn)在所使用的電動閘閥本質(zhì)上沒有什么區(qū)別，只是增加了一個空氣開關(guān)、繼電器、放大器等設(shè)備組成的電機(jī)控制閥。這些器件共同構(gòu)成電動閘閥，實現(xiàn)起來比較簡單，一般的電器工程師與維修工配合都可以完成組裝。

實際的控制電力輸送線路、水管網(wǎng)、氣管道的案例中，電力線要考慮使用雙線路供電或提供后備電源，當(dāng)然要看所控制閘閥開關(guān)的重要程度和當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)質(zhì)量。同時，不同的管網(wǎng)閘閥選擇也很重要，電網(wǎng)閘閥稍簡單些，氣網(wǎng)要注意防火。

電機(jī)控制閘閥（開關(guān)）是啟動和停止電動機(jī)的開關(guān)，含有GPRS模塊。主要有兩方面的功能：一是動作條件信號接收，既接收控制信號，如果是開閘的信號它就接通電動機(jī)電源，開啟閘閥，如是關(guān)閘信號，就接通電動機(jī)電源，使電機(jī)反轉(zhuǎn)關(guān)閉閘閥或關(guān)斷送電線路。這是遠(yuǎn)程控制成功與否關(guān)鍵的一環(huán)，所以對設(shè)備的穩(wěn)定性要求較高，特別是開關(guān)的各觸點質(zhì)量要求較高；二是對閘閥監(jiān)測及周圍環(huán)境的監(jiān)測，把需要的數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器處理。如水壓、氣壓高低，閘閥開啟或關(guān)閉深度，送電高峰、低谷、過載、反向等所須監(jiān)測及周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)、圖像都可以按具體情況和需要設(shè)計不同的軟件來達(dá)到一些特殊的目的。

2.2 帶GPRS通訊模塊的信號控制器設(shè)計

控制信號傳輸由GPRS模塊通過移動公司的通信平臺實現(xiàn)信號雙向交流，完成對所控閘閥的實時控制。控制信號由服務(wù)器發(fā)出，閘閥監(jiān)測及附屬設(shè)備監(jiān)測的信號由各種傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器提供，并由GPRS模塊發(fā)送回服務(wù)器。GPRS模塊信號控制器一方面接收控制信號，另一方面要傳送現(xiàn)場取樣信號，它是系統(tǒng)核心中的核心。

GPRS通訊模塊與一般的GPRS模塊略有不同，這里集成了A/D及D/A轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器用于接收傳感器的信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號由GPRS發(fā)送到服務(wù)器；D/A轉(zhuǎn)換器用于接收GPRS發(fā)送的控制信號，并轉(zhuǎn)換成模擬信號傳送給繼電保護(hù)設(shè)備而完成對閘閥的控制。

2.3 GPRS通信系統(tǒng)設(shè)計

GPRS網(wǎng)是基于GSM網(wǎng)的工作，系統(tǒng)共用GSM基站，通過路由器實現(xiàn)GPRS骨干網(wǎng)互聯(lián)等。實際工作中，GPRS通信系統(tǒng)現(xiàn)在基本上全國移動通信公司都可以提供服務(wù)，只須申請即可。

3 計算機(jī)調(diào)度服務(wù)器及操作終端設(shè)計

計算機(jī)調(diào)度服務(wù)器及操作終端設(shè)計是系統(tǒng)的信息處理中心，它分為主通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、打印服務(wù)器、工作終端等。

通信服務(wù)器：主要負(fù)責(zé)控制信號的發(fā)送和接收。

數(shù)據(jù)服務(wù)器：主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲。

數(shù)據(jù)處理服務(wù)器：主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，提出處理意見，并向通信服務(wù)器發(fā)送。

打印服務(wù)器：打印各種數(shù)據(jù)，如處理意見、報警、人為控制等。

工作終端：用于人工控制、實時查詢、系統(tǒng)軟件開發(fā)。如設(shè)置報警內(nèi)容、設(shè)置停電條件、停電報警、逆相報警、超溫報警、過壓報警、過流報警、過載報警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、查詢、備份、生成報表、圖表、存檔、遠(yuǎn)程控制斷電等功能。

GPRS遠(yuǎn)程閘閥控制系統(tǒng)的另一核心部分是應(yīng)用軟件開發(fā)，應(yīng)遵循DL/T645通訊規(guī)約，可以使用數(shù)據(jù)庫存儲大量的數(shù)據(jù)和通用的操作系統(tǒng)，根據(jù)不同的管網(wǎng)系統(tǒng)，開發(fā)不同功能的軟件。如使用ORACLE、MS-SQL數(shù)據(jù)庫、使用Windows、Linux操作系統(tǒng)等，方便使用。

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