基于GPRS技術的水源地生產運行遠程實時監控系統的設計與實現

董 超，羅 丹，王冠蘭，李晨光，李鴻鵬

（1.天津理工大學 天津市復雜系統控制理論及應用重點實驗室，天津 300384；

2.中國石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300271）

0 引言

石化企業水源地的分布具有如下特征：分布區域廣、地理位置分散、距離控制中心遠。因此架設有線電纜存在著受環境影響大、施工難度大、費用高等問題。目前，水源地生產仍處于人工巡檢的狀態，造成了工作效率低下，生產數據無法實時監控，管理人員無法對消耗數值進行統計、缺乏準確的成本計算、無法制定合理的節能方案等狀況。進而在設備安全和設備運行方面也沒有可靠的保障。

無線通訊技術可彌補有線通訊的不足。無線通訊是利用無線電波來實現網絡數據傳輸的方式，無線通訊技術的發展為工業控制領域應用無線技術奠定了堅實的理論基礎[1,2]。目前較為主流的無線通信技術主要有Bluetooth、WLAN、GSM/GPRS等[3～5]。Bluetooth是一個標準的無線通訊協議，基于設備低成本的收發器芯片且低功耗，但是傳輸距離太短不能滿足項目的要求。WLAN雖然能夠給網絡用戶帶來便捷和實用，但在通過無線發射裝置進行發射時，建筑物、車輛、樹木和其他障礙物都可能阻礙電磁波的傳輸，影響網絡的性能。GPRS允許用戶在端到端分組轉移模式下發送和接收數據，不需要利用電路交換模式的網絡資源，這意味著GPRS用戶能和ISDN用戶有著一樣快速地上網瀏覽，而且GPRS網絡是移動通訊體制中較成熟完善、覆蓋面積最廣、信號傳播距離遠、使用用戶最多的移動通訊網絡，最重要是可以節省建網初期的成本投入，系統使用期間無需石化企業維護網絡，運行費用低廉。隨著移動通訊技術的發展，GPRS網絡引入到遠程監控系統中將會成為現代工業監控系統的一種趨勢。

本文提出了一種基于GPRS技術水源地生產運行遠程實時監控系統方案，實現監控中心對多臺機電設備進行遠程實時監控，是集無線通信技術和Internet網絡技術為一體的集成應用方案。系統通過信號采集技術，把現場需要監控的數據進行采集，通過GPRS分組交換，把數據發送到遠程Internet網絡上的監控中心。監控中心對監控數據，如流量實時信息、水源地參數越限、設備工作狀態進行存儲、報警及分析，進而調節、指導、優化生產運行[6]。

1 系統的總體結構

以某石化企業的水源地遠程監控系統項目為例，設計規模包括控制中心1座，既水務公司監控中心，井群站點7座。

系統是以采集軟件、監控軟件、站點通訊前置機、中心通訊前置機為核心，采用以太網交換機、路由器等網絡設備構成的一個分布式遠程實時監控系統。系統總體結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

控制中心實現集中遠程實時監控水源地生產運行狀態的目標。控制中心的主要任務是對水源地的生產運行進行調度并對工藝對象進行數據采集及工藝過程和重要設備的控制。控制中心的操作人員通過計算機系統的操作員工作站所提供的各場站工藝過程的電流、電壓、溫度、流量、液位信號及設備運行狀態等信息，完成對整個系統的運行監控和調度管理[7]。

控制中心局域網采用以太網絡架構，通訊協議為TCP/IP，通訊速率為100/1000M自適應。中心配置有實時數據庫服務器、數據庫服務器、Web服務器、操作員工作站、工程師工作站及事件打印機、報表打印機等。

各站為本系統的遠程監控站，裝有獨立的GPRS通訊控制裝置，遠程站點接受中心下達的指令和向中心傳遞信息，同時它們也是一個相對獨立的控制站。

2 硬件選型

本系統方案采用遠程控制終端MOX IoNix等硬件產品，完全符合對分布式系統先進性、高水平的要求[8]。系統具有優良的性能價格比，同時又是一個具有高度可靠性、擴展性、靈活性的開放型網絡系統。井群、控制中心硬件選型如表1所示。

表1 系統的硬件選型表

3 軟件實現

控制中心遠程監控軟件采用B/S架構，開發平臺采用.net Framework4.0。上位機數據處理系統，通過數據庫與組態軟件相結合，實現數據存儲、畫面變量關聯等。組態人機界面通過關聯變量，調用數據庫內的數據，實現動態人機界面顯示，而且方便操作人員對數據庫內的數據進行查詢和使用[9]。該系統有效的改善了某石化企業各水源地設備裝置的保護、水源節能以及企業工作人員的安全等問題。遠程通訊采用GPRS通信，實現各個通道之間的無縫切換，進一步提高了系統通信的穩定性[10,11]。控制中心監控界面如圖2所示。

圖2 控制中心監控界面圖

遠程監控中心軟件的主要功能如下：監控中心可以實時接收各水源地站點的狀態信息、報警信息等；遠程監控中心的數據庫系統可以存儲和查詢各個水源地監測數據、報警信息以及現場的操作信息；接收到水源地的報警信息，遠程控制中心可以遠程啟動/停止水源井的水泵；可以通過各個水源地站點生成的生產數據曲線，綜合分析水源地生產運行的平穩率、故障率等，實現對生產的優化指導[12]。

4 結束語

基于GPRS技術的水源地生產運行遠程實時監控系統的設計與實現，石化企業實現了對各水源地的實時數據采集、數據計量采集、遠程實時監控以及數據分析。該系統提高了企業操作人員的工作效率，實現了對水源地生產運行的科學優化指導，具有重要的工程應用價值，并且可推廣到其他應用領域、市場前景廣闊。

[1] 高強,張亮,董超.基于OPC技術的虛擬DCS監測系統的設計與實現[A].中國通信學會通信建設工程技術委員會.中國通信學會通信建設工程技術委員會2010年年會論文集[C].中國通信學會通信建設工程技術委員會,2010:4.

[2] 王永杰,楊小平.基于無線傳感器網絡的智能小區監控系統設計[J].制造業自動化,2011,02:68-70.

[3] 張曉華,張文芳,石如冬,王偉,李偉.基于ZigBee的油井遠程監控系統設計與實現[J].控制工程,2013,S1:1-4.

[4] 何博,牛群,費敏銳.Web虛擬現實技術在遠程監控系統中的研究[J].自動化儀表,2009,03:6-9.

[5] 房素素,鐘文軍.基于移動互聯網的農業機械監測系統的設計與應用[J].科技展望,2015,20:8.

[6] 潘崢嶸,張浩,朱翔,張寧.基于GPRS的灌區水資源監控系統設計與實現[J].計算機測量與控制,2011,12:2958-2960.

[7] Raul Ionel,Laura Pitulice,Gabriel Vasiu,Septimiu Mischie,Otilia Bizerea Spiridon. Implementation of a GPRS based Remote Water Quality Analysis Instrumentation[J].Measurement,2014.

[8] 李潔,卜旭芳,趙爽,曹彥紅.基于LabVIEW與PLC的水源地無線遠程監控系統設計[J].化工自動化及儀表,2011,11:1383-1385.

[9] 楊澤元.基于GPRS的水源井水泵運行監控系統[J].科技創新導報,2013,28:36.

[10] Wei Dehua,Liu Pan,LU Bo,Guo Zeng. Water Quality Automatic Monitoring System Based on GPRS Data Communications[J].Procedia Engineering,2012,28.

[11] 薛海鴻,陳麗珺,李元紅.水源井供水遠程監控系統設計與應用[J].中國儀器儀表,2009,09:68-71.

[12] 習海旭,張杰,時國龍,李民強.基于GPRS的嵌入式無線控制自動檢測系統[J].實驗室研究與探索,2014,07:105-108,292.