關(guān)鍵詞：GSM/GPRS SCADA系統(tǒng) 數(shù)據(jù)傳輸終端DTU 數(shù)據(jù)中心 測壓點
(一) 供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)的概況
供水調(diào)SCADA控系統(tǒng)的主要目的是解決自來水公司對供水各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)由調(diào)度中心和各個監(jiān)測點組成，各個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端（RTU或PLC）可監(jiān)測和采集水位、壓力、流量、濁度、余氯、水泵的開停等各種數(shù)據(jù)，供調(diào)度中心及有關(guān)部門分析和決策取用，提高工作效率，保證供水質(zhì)量，滿足日益增長的用水量的需求?！?
佛山市供水調(diào)度系統(tǒng)包括：公司調(diào)度中心、二個水廠端站、21個管網(wǎng)測壓站近期內(nèi)將擴容到50個管網(wǎng)測壓站。供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)設(shè)計可以對遠程現(xiàn)場的運行設(shè)備進行監(jiān)測和控制，以實現(xiàn)管道壓力、水流量的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動控制。便于及時迅速的了解及控制遠端管道及閥門。從而降低故障率和檢修的時間，減少停水次數(shù)。各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集管道壓力、水流量的實時數(shù)據(jù)與開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)焦┧镜恼{(diào)度中心，調(diào)度中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進行分析來指揮生產(chǎn)和找到出故障的地點。從而當(dāng)一個遠端出現(xiàn)故障時，能在最短的時間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供水，提高了整體的服務(wù)水平，從而實現(xiàn)了供水的信息化、現(xiàn)代化。
(二) 供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)的通信方式
目前，自來水供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可簡單分為有線和無線兩大類，其中有線通信主要包括架設(shè)光纜、電纜或租用電信電話線、X.25、DDN、ADSL等，而無線則包括超短波通信、擴頻通信、衛(wèi)星通信、GSM 短信/GPRS通信等。
在城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)中，由于各管網(wǎng)監(jiān)控點分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠，個別點還地處偏僻，因此架設(shè)光纜、鋪設(shè)電纜難度大、不切合實際，向電信部門租用專用電話線又要申請很多電話線，而且有些監(jiān)控點線路難以到達，況且采用電話線路時需要等待漫長的電話撥號過程，速度慢，運營成本較高，總之監(jiān)控系統(tǒng)采用有線通信方式建設(shè)周期長、工作難度大、運行費用高，不便于大規(guī)模使用；與之相比，無線通信方式則顯得非常靈活，它具有投資較少、建設(shè)周期短、運行維護簡單、性價比高等優(yōu)點。在SCADA系統(tǒng)中，無線通信方式主要包括：超短波（230MHz）無線數(shù)傳、擴頻、衛(wèi)星通信、GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)等，其中衛(wèi)星通信由于通信費用昂貴，只在一些特殊的領(lǐng)域下使用，未得以普及；而擴頻通信技術(shù)雖然通信速率高，但只能在視距范圍內(nèi)傳輸，應(yīng)用也受到限制。采用超短波數(shù)傳電臺作為傳輸信道具有組網(wǎng)靈活、擴展容易、維修方便、運行費用低等優(yōu)點，但由于系統(tǒng)工作于230MHz且多采用普通間接調(diào)制的數(shù)傳電臺，這就造成系統(tǒng)易受外界干擾、通信速率低、誤碼率高、數(shù)據(jù)傳送量不大、信號覆蓋范圍小等缺點。
(三) GPRS系統(tǒng)組成及工作原理
GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）是 GSM運營商由僅提供話音業(yè)務(wù)向提供綜合信息服務(wù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域拓展而提供的重要的網(wǎng)絡(luò)平臺。GPRS是通用無線分組業(yè)務(wù)的縮寫（General Packet Radio System）,是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常也稱為2.5G，目前通過升級GSM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。它采用TDMA方式傳輸語音，采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)。
基本的工作原理是：在數(shù)據(jù)傳輸終端DTU上實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，在應(yīng)用程序端安裝數(shù)據(jù)中心軟件，數(shù)據(jù)中心擁有固定的IP地址(或域名)，DTU在撥號上網(wǎng)后，自動連接到數(shù)據(jù)中心，向數(shù)據(jù)中心報告其IP地址，并保持和維護鏈路的連接，DTU監(jiān)測鏈路的連接情況，一旦發(fā)生異常，DTU自動重新建立鏈路，數(shù)據(jù)中心和DTU之間就可以通過IP地址用TCP/IP協(xié)議進行雙向通信，實現(xiàn)透明的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，具體工作過程要點如下：
* 數(shù)據(jù)中心具有固定的IP地址(或域名)，通過電話線、ADSL、城域?qū)拵ЬW(wǎng)等方式連接到Internet
* DTU 軟件實現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議棧
* 在DTU 上可以設(shè)置數(shù)據(jù)中心的IP地址、域名和本機的ID號
* DTU 開機時自動連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)，獲得一個動態(tài)的IP地址，并定期向數(shù)據(jù)中心(DSC)注冊，提交本機的IP地址、ID號等信息，保持和維護鏈路的連接
* DTU 軟件提供TCP/IP和RS-232之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，和用戶設(shè)備通過RS-232/485實現(xiàn)透明數(shù)據(jù)傳輸
* 數(shù)據(jù)中心記錄和管理所有的DTU的信息列表，包括ID、IP地址、登錄時間、連接狀態(tài)等
* 應(yīng)用程序通過數(shù)據(jù)中心和DTU進行通信。
各測壓點通過西門子PLC模塊采集如壓力、流量等數(shù)據(jù)，通過RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端（DTU）相連，通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場測壓點采集的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模塊同時對數(shù)據(jù)進行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，通過中國移動的GPRS無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，最終傳送到調(diào)度中心IP地址。
調(diào)度中心有具備固定IP地址的服務(wù)器，可以通過端口映射的(NAT)方式在內(nèi)網(wǎng)內(nèi)任意一臺機器上實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心。
(四) GPRS系統(tǒng)在供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)缺點
GPRS無線監(jiān)控系統(tǒng)具備如下優(yōu)點：
1、良好的實時響應(yīng)與處理能力：與短消息服務(wù)比較，由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)時延最多只有數(shù)秒，系統(tǒng)基本能夠同時實時收取、處理多個/所有測壓點的各種數(shù)據(jù)，無需輪巡就可以同步監(jiān)測所有的測壓點很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。
2、安裝調(diào)試簡單：建設(shè)周期短：利用現(xiàn)有成熟GSM網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)投入運行時基本不需要調(diào)試，安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調(diào)試工作量大，要先進行現(xiàn)場信號測試，天線鐵架架設(shè)，天線方向角度調(diào)試等工作。
3、覆蓋范圍廣：構(gòu)建供水調(diào)度SCADA系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于管網(wǎng)監(jiān)控點數(shù)量眾多，分布在全市范圍內(nèi)，部分管網(wǎng)監(jiān)控點位于偏僻地區(qū)，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有幾十公里；而采用GPRS方式，理論上在無線GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以實現(xiàn)監(jiān)控。
4、數(shù)據(jù)傳輸速率高:GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應(yīng)用時數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波數(shù)傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。
5、系統(tǒng)的傳輸容量大:監(jiān)控中心站和每一個管網(wǎng)測壓點實現(xiàn)實時連接。由于管網(wǎng)測壓點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰蜏y壓點報警向調(diào)度中心站自報的功能，而GPRS技術(shù)能很好地滿足這些要求。
GPRS無線監(jiān)控系統(tǒng)不足：
1、GPRS會發(fā)生包丟失現(xiàn)象:由于分組交換連接比電路交換連接要差一些，因此，使用GPRS會發(fā)生一些包丟失現(xiàn)象。而且，由于話音和GPRS業(yè)務(wù)無法同時使用相同的網(wǎng)絡(luò)資源，因此，用于專門提供GPRS使用的時隙數(shù)量越多，能夠提供給話音通信的網(wǎng)絡(luò)資源就越少。對用戶來說其容量有限GPRS確實對網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的小區(qū)容量產(chǎn)生影響，對于不同的用途而言只有有限的無線資源可供使用。例如，話音和GPRS呼叫都使用相同的網(wǎng)絡(luò)資源，這勢必會相互產(chǎn)生一些干擾。其對業(yè)務(wù)影響的程度主要取決于時隙的數(shù)量。當(dāng)然，GPRS可以對信道采取動態(tài)管理，并且能夠通過在GPRS信道上發(fā)送短信息來減少高峰時的信令信道數(shù)。
2、實際速率比理論值低 :GPRS數(shù)據(jù)傳輸速率要達到理論上的最大值172.2kbps，就必須只有一個用戶占用所有的8個時隙，并且沒有任何防錯保護。運營商將所有的8個時隙都給一個用戶使用顯然是不太可能的。另外，最初的GPRS終端預(yù)計可能僅支持1個、2個或3個時隙，一個GPRS用戶的帶寬因此將會受到嚴(yán)重的限制，所以，理論上的GPRS最大速率將會受到網(wǎng)絡(luò)和終端現(xiàn)實條件的制約。
3、調(diào)制方式不是最優(yōu) :GPRS采用基于GMSK（Gaussian Minimum-Shift Keying）的調(diào)制技術(shù)，相比之下， EDGE基于一種新的調(diào)制方法、8PSK（eight-phase-shift keying），它允許無線接口支持更高的速率。8PSK也用于UMTS。網(wǎng)絡(luò)營運商如果想過渡到第三代，必須在某一階段改用新的調(diào)制方式。
4、存在轉(zhuǎn)接時延 :GPRS分組通過不同的方向發(fā)送數(shù)據(jù)，最終達到相同的目的地，那么數(shù)據(jù)在通過無線鏈路傳輸?shù)倪^程中就可能發(fā)生一個或幾個分組丟失或出錯的情況。
5 、運行費用比采用超短波通信費用高: 采用GPRS構(gòu)建供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)，目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費方式，按流量計算0.03元/kb，而包月制200元/月，估計日后其費用會逐步降低。
實際的應(yīng)用情況
我公司于2003年安裝了由GPRS無線MODEL組成的測壓終端作為試點，采取每分鐘自報和報警自報方式，硬件采用摩托羅拉的工業(yè)級GPRS模塊，測壓點數(shù)據(jù)采集控制端選用西門子S7-200PLC。每日的數(shù)據(jù)量為400KB左右。經(jīng)過幾個月的試用總的來說效果較好有時也會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。
由于本人的水平有限,難免有錯誤和不當(dāng)之處請大家批評指正。
