GPRS技術(shù)在城市熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用*

曹 宇，田思慶，2，樊 爽，鄭家風(fēng)

(1.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007； 2.佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007； 3.佳木斯中恒熱電有限公司，黑龍江 佳木斯 154007)

GPRS技術(shù)在城市熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用*

曹 宇1，田思慶1，2，樊 爽3，鄭家風(fēng)1

(1.佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007； 2.佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154007； 3.佳木斯中恒熱電有限公司，黑龍江 佳木斯 154007)

為了有效地節(jié)約熱網(wǎng)供暖用水，提高熱水的使用效率，通過(guò)一段時(shí)間對(duì)城市熱網(wǎng)系統(tǒng)的考察及分析，研究了一種基于GPRS技術(shù)的城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)在結(jié)構(gòu)形式、工作原理上對(duì)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)做一些調(diào)整，可以大大提高熱網(wǎng)運(yùn)行效率。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)具有很好的應(yīng)用價(jià)值，可以在較大程度上緩解供暖壓力，提高工作效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，為城市逐步實(shí)現(xiàn)科技化貢獻(xiàn)自己的力量。

GPRS技術(shù)；熱網(wǎng)；監(jiān)控系統(tǒng)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，針對(duì)以往供熱公司在熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中使用通訊系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題，有了很明顯的認(rèn)識(shí)。本論文就是通過(guò)對(duì)城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與改進(jìn)，把GPRS技術(shù)運(yùn)用到城市熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，利用現(xiàn)代最先進(jìn)的技術(shù)把以前的不充分供暖向充分供暖靠近，對(duì)各個(gè)供熱站實(shí)現(xiàn)監(jiān)控報(bào)警，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控。采用傳感器來(lái)監(jiān)控暖氣管的溫度及流量，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)科技化。供熱公司的操作人員可以坐在監(jiān)控室，根據(jù)各個(gè)供熱站上傳上來(lái)的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的分析，利用自動(dòng)化的方式，足不出戶地對(duì)整個(gè)小區(qū)進(jìn)行供暖。同時(shí)還可以利用供熱系統(tǒng)里的查詢與打印系統(tǒng)，不分時(shí)刻進(jìn)行記錄、查看、打印整個(gè)供熱區(qū)域的溫度、流量、壓力等數(shù)據(jù)，方便快捷。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)外，尤其是歐美等一些發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)具有很深的研究和認(rèn)識(shí)，技術(shù)方面也比較成熟。在歐洲的一些國(guó)家，如德國(guó)、芬蘭等，自動(dòng)化水平非常高，他們的熱網(wǎng)換熱站基本上都是無(wú)人監(jiān)控狀態(tài)，中央控制室的調(diào)度中心對(duì)監(jiān)控?zé)峋W(wǎng)中各個(gè)換熱站的運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控非常方便、快捷。如ABB公司研發(fā)的熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)瑞典馬爾默城市的熱網(wǎng)采取集中監(jiān)控，實(shí)踐表明，其自動(dòng)化程度非常高，系統(tǒng)自運(yùn)行以來(lái)，其可靠性和穩(wěn)定性得到一致的好評(píng)。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)采取中央監(jiān)控，可以在很高效、很經(jīng)濟(jì)的情況下投入運(yùn)行，通過(guò)對(duì)換熱站的溫度、流量、熱網(wǎng)管道等的監(jiān)控，可以很好地滿足居民的日常生活，而且換熱站也可根據(jù)室外溫度進(jìn)行供水溫度調(diào)節(jié)，并通過(guò)熱網(wǎng)用戶壓力差調(diào)節(jié)變頻器，實(shí)現(xiàn)變流量運(yùn)行。

1.2 國(guó)內(nèi)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)在熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究就比較落后。到目前為止，北方還有一些區(qū)域采用手動(dòng)控制換熱站的方式來(lái)給居民供暖，熱網(wǎng)工作人員通過(guò)把各個(gè)換熱站的數(shù)據(jù)收集起來(lái)，然后根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行控制，這種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，非常繁瑣。隨著科技的進(jìn)步，我國(guó)在集中供熱方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化水平也在逐年提高。從早期的單板機(jī)作為下位機(jī)，通過(guò)鋪設(shè)其專有的通訊網(wǎng)絡(luò)，與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒峋W(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，到集成多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工具，通過(guò)在通訊方式上的多元呈現(xiàn)，光纜、GPRS等也成為熱網(wǎng)監(jiān)控的通訊方式。在監(jiān)控中心采用組態(tài)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)時(shí)在線監(jiān)控，在線存儲(chǔ)，分析、報(bào)警等[2]。

但是相比于歐洲等集中供熱事業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，我國(guó)在技術(shù)，設(shè)備，供熱質(zhì)量等方面都存在較大差距。針對(duì)國(guó)內(nèi)與國(guó)外的不足，本論文設(shè)計(jì)了一種基于GPRS技術(shù)的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)可以很好地改善國(guó)內(nèi)一些監(jiān)控系統(tǒng)的不足，非常值得推廣應(yīng)用。

2 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的概述

在現(xiàn)如今的供熱系統(tǒng)里，大多數(shù)區(qū)域都采用熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控?zé)崴髁?。在我?guó)北方的很多地區(qū)，根據(jù)各個(gè)城市的特點(diǎn)，也采用很多的方式為居民供暖。隨著城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，城市里面的高樓大廈也越來(lái)越多，給供熱部門就提出了很高的要求。但就目前形勢(shì)來(lái)看，供熱公司采用的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置管理監(jiān)控中心，用GPRS技術(shù)發(fā)送信號(hào)的形式，將各個(gè)信號(hào)發(fā)射到各個(gè)供熱站的監(jiān)控系統(tǒng)中，在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，通過(guò)信號(hào)的傳輸把各個(gè)供熱子站連接起來(lái)，使得這個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)電磁閥的開(kāi)關(guān)控制。整個(gè)熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠合理的監(jiān)控供熱溫度、流量、壓力等，可以很及時(shí)的滿足熱網(wǎng)用戶的需求[1]。

3 熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

基于GPRS技術(shù)的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由熱網(wǎng)中心監(jiān)控室、GPRS采集監(jiān)控終端、比例電磁閥、溫濕度傳感器、流量檢測(cè)器等設(shè)備組成[2]?；贕PRS技術(shù)的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層：第一層主要是由計(jì)算機(jī)和以太網(wǎng)組成，是系統(tǒng)的監(jiān)控中心；第二層是GPRS無(wú)線采集監(jiān)控器，與第一層相比不需要電纜連接；第三層則為比例電磁閥與傳感器采集，熱網(wǎng)系統(tǒng)所需要的傳感器和比例電磁閥與GPRS無(wú)線采集器只要一根電纜連接，基于GPRS技術(shù)的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

GPRS熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層：

第一層是主要由計(jì)算機(jī)和以太網(wǎng)組成的熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。通過(guò)計(jì)算機(jī)的界面可以實(shí)時(shí)進(jìn)行熱網(wǎng)參數(shù)設(shè)置，然后通過(guò)專用的軟件進(jìn)行存儲(chǔ)，顯示出實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和圖表。有自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)也有人工操作系統(tǒng)(應(yīng)對(duì)特殊的情況)。然后也可以根據(jù)外部環(huán)境溫度，有目的的進(jìn)行供暖。建立GPRS中心連接有兩種方式：1) 在中心監(jiān)控室服務(wù)器里采用固定IP地址，中心不用擴(kuò)容即可滿足監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量的增加(適合200個(gè)左右)。2) 在中心監(jiān)控站采用動(dòng)態(tài)IP地址，中心不用擴(kuò)容即可滿足監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量的增加(適合幾十個(gè)左右)[3]。

第二層則為GPRS無(wú)線采集監(jiān)控器，該終端支持RS-485或者RS-232方式的用戶數(shù)據(jù)接口，這樣可以介入傳感器、PLC等設(shè)備，創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸通道，把現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)中心監(jiān)控室。

第三層為比例電磁閥與傳感器采集，通過(guò)所有傳感器感知到的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS無(wú)線傳輸中斷傳至第三層。傳感器通過(guò)采集到的用戶數(shù)據(jù)，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，信號(hào)進(jìn)行處理，在未處理的情況下，根據(jù)不同用戶的需求，確定供熱流量，然后監(jiān)控信號(hào)進(jìn)行輸出，通過(guò)結(jié)合中央管理計(jì)算機(jī)的質(zhì)量，監(jiān)控比例電磁閥的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控?zé)峋W(wǎng)系統(tǒng)[4]。

4 熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

在熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)里，由于自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的加入，可以很好地按照供熱的基本要求進(jìn)行集中操作監(jiān)控，熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由于其自身的特點(diǎn)，各個(gè)熱力站分散的區(qū)域不同，通過(guò)集中分布工作，可以很好地降低供熱成本，實(shí)現(xiàn)供暖的均勻自動(dòng)化，這樣也可以充分發(fā)揮自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的作用，提高供暖的質(zhì)量，獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益。熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是由一個(gè)集中監(jiān)控中心室系統(tǒng)和各個(gè)熱力站子系統(tǒng)組成，每個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)操控著本區(qū)域相鄰的比例電磁閥，傳感器把收集到的信息利用信息采集系統(tǒng)統(tǒng)一提供給中央計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理。為了使得中央計(jì)算機(jī)能夠較快地監(jiān)控供暖熱水流量，中央監(jiān)控器將熱網(wǎng)用戶的溫濕度等結(jié)果發(fā)送到計(jì)算機(jī)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，根據(jù)不同用戶家庭的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的供暖，從而能夠很準(zhǔn)確地監(jiān)控閥門的開(kāi)關(guān)。在操作系統(tǒng)里，為了更好設(shè)置供暖參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員通過(guò)對(duì)中央監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)際情況作快速的調(diào)整，這樣也能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的監(jiān)控，將供暖的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)，總結(jié)供暖規(guī)律，為了以后更好的滿足用戶需求，提高供暖效率提供非常可靠的數(shù)據(jù)。當(dāng)然如遇到特殊情況，也可以通過(guò)人工操作來(lái)監(jiān)控。要想在供暖過(guò)程中真正地實(shí)現(xiàn)熱水流量的高效利用，不僅要對(duì)熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也要對(duì)熱水流量、溫濕度情況、壓力、用戶的要求進(jìn)行觀察總結(jié)，再加上自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，這樣可以更好的服務(wù)于每一個(gè)用戶[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科技的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，供暖用戶對(duì)室內(nèi)暖氣的要求也越來(lái)越高。熱網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就是在此基礎(chǔ)上研發(fā)的，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)供暖方式的改進(jìn)，并結(jié)合室內(nèi)外環(huán)境、壓力、流量等一些數(shù)據(jù)作為參考，通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，該系統(tǒng)可以很好地滿足現(xiàn)階段的供暖要求，在很大程度上提高了供暖效率，實(shí)現(xiàn)熱水資源的自動(dòng)化，達(dá)到節(jié)約資源的目的。

[1] 黎錦鈺.基于無(wú)線傳感網(wǎng)的溫濕度系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].科技風(fēng)，2014(10):62.

[2] 姬曉鵬.無(wú)線網(wǎng)橋的應(yīng)用以及技術(shù)特征分析[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),2014(10):187-188.

[3] 張楊，劉陟升.供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)分析及探索[J].電子世界,2014(6):69-70.

[4] 齊長(zhǎng)清.能源計(jì)量GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[J].甘肅冶金,2015(2):123-124.

[5] 焦蓉.面向連接的無(wú)線窄帶信道傳輸協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2015,24(3):133-138.

Research and Application of GPRS Technology in City Heating Network Remote Control System

Cao Yu1, Tian Siqing1,2, Fan Shuang3, Zheng Jiafeng1

(1.CollegeofMechanicalEngineering,JiamusiUniversity,JiamusiHeilongjiang154007,China; 2.CollegeofInformationScienceandElectronicTechnology,JiamusiUniversity,JiamusiHeilongjiang154007,China; 3.JiamusiZhonghengThermalPowerCo.,Ltd.JiamusiHeilongjiang154007,China)

In order to effectively save the water heating network heating, improve the use of hot water efficiency, a city heating network supervising system based on GPRS technology is designed during a period of investigation and analysis for the city heating network system. The heating network running efficiency is greatly improved by some adjustment on structure and working principle of the system. Practice shows that the system has a good application value.

GPRS technology; heating network; surveillance system

2016-11-30

2016-12-15

佳木斯大學(xué)應(yīng)用重點(diǎn)項(xiàng)目(12Z2201526)；佳木斯大學(xué)研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目LZ2016_002。

曹 宇(1991- )，男，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化。

田思慶(1965- )，男，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化。

1674- 4578(2017)01- 0090- 03

TP 274

A