特種設備監(jiān)控終端的設計

王　微

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

[關鍵詞]特種設備 監(jiān)管終端 數(shù)據(jù)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(fā)生事故，并且一旦發(fā)生事故會造成人身傷亡及重大經濟損失。據(jù)統(tǒng)計，全國特種設備的事故發(fā)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(jiān)管，提高安全保障能力已成為必然趨勢。

二、系統(tǒng)概述

（一）系統(tǒng)功能。特種設備遠程監(jiān)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(jiān)管中心進行數(shù)據(jù)交換的設備。它屬于特種設備遠程數(shù)字監(jiān)管系統(tǒng)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(shù)、日常維護管理數(shù)據(jù)，并根據(jù)要求傳輸?shù)奖O(jiān)管中心，以實現(xiàn)對轄區(qū)內特種設備運行和維護管理的實時監(jiān)管。

（二）數(shù)據(jù)采集單元。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳輸控制單的專用模塊。數(shù)據(jù)采集單元采集特種設備的各項監(jiān)測參數(shù)，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(shù)等。對于數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)；具有更高的抗干擾性強，通信穩(wěn)定；能提供透明的數(shù)據(jù)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(xiàn)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(fā)射電流小于40mA，休眠電流小于20uA）；模塊能長期使用穩(wěn)定可靠工作。

（三）數(shù)據(jù)控制傳輸單元。數(shù)據(jù)傳輸控制單元是指收集各數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)，并進行處理儲存，同時能與監(jiān)管中心進行數(shù)據(jù)交換的模塊。數(shù)據(jù)控制傳輸單元控制數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸。其內部的固態(tài)存儲器，可以用來貯存一個或多個數(shù)據(jù)采集單元監(jiān)測的各種特種設備的數(shù)據(jù)，并可以將這些數(shù)據(jù)實時保存至少兩年。數(shù)據(jù)控制傳輸單元可以把數(shù)據(jù)通過GPRS、CDMA、PSTN、ADSL、以太網、光纖等方式傳送給遠程監(jiān)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(jiān)測數(shù)據(jù)上報給特種設備遠程監(jiān)測中心，也可以接收遠程監(jiān)控中心的指令隨時查詢特種設備的監(jiān)測數(shù)據(jù)，獲取設備的實時數(shù)據(jù)，并貯存在固態(tài)存儲器中。嵌入式網絡模塊，可以控制采集模塊采集數(shù)據(jù)，處理特種設備遠程監(jiān)控中心發(fā)過來的指令和采集模塊上傳的數(shù)據(jù)，通過GPRS/CDMA無線網絡模塊或者以太網將數(shù)據(jù)上傳給特種設備遠程監(jiān)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(jù)需求再擴展不小于16M FLASH芯片或電子盤等來存儲相應的數(shù)據(jù)。

（四）電源管理單元。電源管理單元控制整個硬件系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(wěn)定和持續(xù)，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(wěn)，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(shù)字傳輸業(yè)務的推出，給特種設備遠程數(shù)字監(jiān)管系統(tǒng)提供了全新的數(shù)據(jù)傳輸方式，徹底擺脫了有線網絡的束縛。從特種設備遠程數(shù)字監(jiān)管系統(tǒng)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(shù)字監(jiān)管系統(tǒng)的功能需求。GPRS（通用分組無線業(yè)務）是在GSM網絡基礎上通過增加分組域升級實現(xiàn)的，能提供通用無線分組數(shù)據(jù)服務和傳統(tǒng)的GSM服務。其充分利用共享無線信道，采用IP Over PPP實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)通信的數(shù)據(jù)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(xiàn)有數(shù)據(jù)網的無縫連接。由于GPRS網本身就是一個分組數(shù)據(jù)網，支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經過PSTN等網絡的轉接，直接與分組數(shù)據(jù)網互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務；

4．GPRS在遠程突發(fā)性數(shù)據(jù)實時傳輸中具有不可比擬的優(yōu)勢，特別適合于頻發(fā)少量數(shù)據(jù)的實時傳輸，因而GPRS業(yè)務在某些行業(yè)上有特殊的應用，特別適合于數(shù)據(jù)采集、遠程抄表、遠程監(jiān)管等應用系統(tǒng)中。

三、結束語

遠程數(shù)字監(jiān)管終端應能同時監(jiān)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(jiān)管的需求，并能隨時增加和減少被監(jiān)管設備。它具有豐富的數(shù)據(jù)采集接口，能對各種特種設備的運行技術參數(shù)進行自動采集，監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(jiān)管點的位置分布情況能夠提供合理的數(shù)據(jù)采集方案，如監(jiān)管點與監(jiān)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(jiān)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(tǒng)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(xiàn)在武漢郵科院同博科技有限公司研發(fā)部實習，主要研究方向是通信與信息系統(tǒng)和通信軟件。