江西三川水表股份有限公司   宋财华   张志平 

 

摘要：本文主要论述GPRS在大口径水表远传中的应用

关键字：大口径水表、GPRS、数据采集器、压力变送器、监控中心。

 

        近年来，飞速发展的市场环境让越来越多的公用事业企业加入到战略转型的变革行列。日益成熟的企业经营管理者逐渐意识到：随着社会信息化建设的不断深化，各个应用领域对数据采集的范围、经济性、实时性、安全性都提出了越来越高的要求，传统的通信方式已不能满足生产日益发展的要求。

 

        自来水行业也是如此，如在输水管网的压力检测需要数据采集时，往往会出现这样的情形：从管网分析角度认为需要测压的地点，却因实地没有安装设备的场所，无法获得电源以及无法架设通讯天线等条件限制，而不得不改装在其他管网分析非理想的地点。那么在野外恶劣环境下无电源区域的数据采集与通讯到底如何解决呢？

 

        目前，自来水供水管网大口径水表（以下简称大表）远程监控系统中采用的数据通信可简单分为有线和无线两大类，其中有线通信主要包括架设光缆、电缆或租用电信电话线、X.25、DDN、ADSL等，而无线则包括超短波通信、扩频通信、卫星通信、GSM 短信/GPRS通信等。

      在城市供水管网监控系统中，由于各管网监控点分布范围广、数量多、距离远，个别点还地处偏僻，因此架设光缆、铺设电缆难度大、不切合实际，向电信部门租用专用电话线又要申请很多电话线，而且有些监控点线路难以到达，况且采用电话线路时需要等待漫长的电话拨号过程，速度慢，运营成本较高，总之监控系统采用有线通信方式建设周期长、工作难度大、运行费用高，不便于大规模使用；与之相比，无线通信方式则显得非常灵活，它具有投资较少、建设周期短、运行维护简单、性价比高等优点。在监控系统中，无线通信方式主要包括：超短波（230MHz）无线数传、扩频、卫星通信、GSM数字蜂窝通信系统等，其中卫星通信由于通信费用昂贵，只在一些特殊的领域下使用，未得以普及；而扩频通信技术虽然速率高，但只能在视距范围内传输，应用也受到限制。采用超短波数传电台作为传输信道具有组网灵活、扩展容易、维修方便、运行费用低等优点，但由于系统工作于230MHz且多采用普通间接调制的数传电台，这就造成系统易受外界干扰、通信速率低、误码率高、数据传送量不大、信号覆盖范围小等缺点。

 

        GPRS/GSM大表远程监控系统能为水管理部门提供完好的解决方案，数据采集器终端为水管理部门信息化建设提供了全新概念的设备，它可用于管网流量、压力等数据采集；流量、压力等参数的报警；大用户水量检测；支持多信道通讯，集压力传感器、锂电池、CPU、通讯模块于一体，低功耗，能在恶劣环境下长期可靠地工作，特别适用于野外无电源区域的数据采集与通讯。后台管理软件功能完善，具有强大的数据分析与处理功能，使用方便，它将为水管理部门管理水准的提供强有力的支持。

      城市供水管网中大表远程监控系统的主要目的是解决水管理部门对供水各环节监测点的数据采集和监控。城市供水管网系统中的各个大表分布范围广、数量多、距离远，且由于水表个别部件的损坏（如水表叶轮的磨损）导致水表采样流量下降或管路破损而造成水管理部门的损失，GPRS/GSM大表远程监控系统由监控中心和各个水源监测点组成，各个水源监测点的数据采集终端可监视和采集水位、压力、流量、浊度、余氯、泵频等各种数据，供控制中心及有关部门分析和决策取用，提高工作效率，保证供水质量，满足日益增产的用水量的需求，减少用水管理部门的经济损失。城市供水管网监控系统可以对远程现场的运行设备进行监视和控制，以实现管道压力、水流量的数据传送及阀门开关的自动控制，降低了故障率和提高了对系统的反应时间。便于及时迅速的了解及控制远端管道及阀门，低故障率和检修的时间，减少停水次数。各水源监测点的数据采集终端可自动采集管道压力、水流量的实时数据与开关状态等数据，信息传输到水管理部门的监控中心，监控中心通过对传输回的数据进行分析，可找到出故障的地点，从而当一个远端出现故障时，能在最短的时间内解决问题，恢复供水，提高了整体的服务水平，从而实现了城市供水的信息化、现代化。

        由于GPRS通信是基于IP地址的数据分组通信网络，监控中心计算机主机配置固定的IP地址，各个端站的GPRS模块和该主机进行通信。

 
一、系统组成 （框架图）

1）管网监控点：(数据采集器+水表)
        管网监控点：各监控点通过数据采集器采集如流量、压力等数据，通过内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络。

2）监控中心：(服务器+系统管理软件)
        服务器申请配置固定IP地址，采用移动通信公司提供的DDN专线，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当管网监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。监控中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理。

3）GPRS/GSM移动数据传输网络： 
        现场监控点采集的数据经GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到监控中心IP地址。 

 

二、系统实施
      各监控点使用数据传输终端，通过移动的GPRS网络与监控中心相连，各信息采集点采集实时数据，支持24小时实时在线，实现信息采集点24小时传送采集的信息数据。

1）凡自来水公司授权的信息采集点均可以使用本系统； 

2）管网监控点必须使用移动统一的SIM卡，用户使用本卡只能用于与监控中心数据通信功能。   

 

        系统采用数据采集器+水表（如下图）。产品基于中国移动的GPRS网络，提供标准232数据口，RS485，模拟量，脉冲接口。传输速率达171Kbps，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站之间的数据采集和控制。

4）监控中心管理软件：

GSM/GPRS远程监测监控中央管理软件是基于“客户机/服务器”（Client/Server）的体系结构，数据集中存放在自来水公司后台服务器（Linux操作系统、ORACLE数据库）中，自来水公司各相关部门前台（WINDOWS操作系统）通过局域网以请求/应答方式与后台服务器进行数据通讯，完成相关各种业务。

 

监控中心管理软件主要功能：

1、 对管网仪表(如压力表)点信息的管理

a. 增加管网仪表点

b. 修改管网仪表点信息

如修改已有管网仪表点的信息比如调整各点的位置、名称等信息。

c. 删除管网点等

 

2、 实时监控分布在市区各地的GSM/GPRS远程仪表数据采集设备，通过返回的参数数据从而了解管网仪表工作数据。

如：现在实时监控供水各管网段的压力、水表的累计计量读数、瞬时流量等。

 

3、曲线图分析显示

根据各GPRS/GSM远程仪表数据采集设备随着时间的推移不断返回的数据画出各仪表点相关能数值的曲线变化图。如累计流量曲线图、用水量曲线图、压力和瞬时流量等曲线变化图；

 

4、响应GPRS/GSM远程监终端报警响应。

a.响应各仪表点设备的电源状态报警，并通过各点颜色的变化来反应其状态。

b.响应压力异常报警，如远程大表与控制阀门配套使用，系统可根据预先设定的压力参数响应关闭阀门，可减少自来水公司因管网漏损而造成经济损失。

c.响应流量异常报警

d.响应用水异常报警

中央管理软件响应各种报警并通过声光提示的同时把相关报警以短信的形式发送给相关责任人。

 

5、GPRS/GSM远程监控设备相关参数设置　如：压力表上下限报警工作参数等。

 

6、数据统计分析报表

 

7、系统配置辅助管理

a) 系统的权限管理

b) 系统的日志管理

c) 系统自动备份管理

 

        本系统能及时响应各种用水异常报警（如水表停转、水表拆卸、压力异常、流量异常等），且水表采集器能自动区分水表因管网压力波动而造成的水表反转（即水表倒转，因为目前市场上的普通远传大表是无法区分水表的正反转的，这样势必会引起许多不必要的用水纠纷），由监控中心的管理系统显示出水表的正转数与反转数，以便于用水管理部门加以分析、判断。一旦现场水表出现用水异常，水表采集器将以短信方式通知水管理部门或者维护人员进行维护，而不会像普通大口径水表只有到抄表人员下一次抄表时才有可能发现因水表卡住、水表漏水、水表破损等原因造成的用水异常现象。

 

        该系统已在多家水务公司成功应用，如到2007年10月，上海水务部门已安装近百台大表远程监控系统，实施效果显著，其中因水表停转、管网漏水各一台水表的用水异常，系统都及时响应，故障得到了及时的处理，减少了水管理部门的损失，提高了水管理部门的工作效率。

 

        GPRS/GSM远程大表监控系统的数据采集器采用全新的整机维护概念，数据采集器具有自我诊断功能，当出现电池欠压、磁干扰、设备被移动等故障时，会自动上传至监控中心报警，以便管理人员、维修人员及时发现处理，使你的工作更为轻松。由于我们选择了中国移动的GPRS系统作为城市供水管网监控系统的数据通信平台，这也使得我们实现了对网络的零维护，因为GSM网络经过电信部门的多年建设，覆盖范围不断扩大，已成为成熟、稳定、可靠的通信网络，特别是中国移动新推出的GPRS数据业务。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建自来水供水管网监控系统，实现管网监控点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。

 

        GPRS/GSM大表远程监控系统构建的供水管网监控系统，目前有包月制和按数据量两种收费方式，按流量计算0.03元/kbyte，而包月制30元/月有500M流量，可满足目前监控系统的实际数据量，估计日后其费用会逐步降低。对于用户来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当管网监控点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于供水管网监控工作的特点，能很好地满足供水调监控的需求，而且，做为网络运营商的移动通信公司也将因此获得业务稳定的集团用户，随着用户数量的增加，移动通信公司的营收也随之增加，调动了运营商的积极性，符合网络建设和网络应用同步发展的要求。

 

        目前，我公司的大表远程监控系统中的水表采集器分为一体式和分体式两种结构，所谓分体式结构是指水表与采集器是分离的，而一体式结构是指水表与采集器是形成了一个整体，由于大表的安装环境较为恶劣，大多安装在偏僻的户外或者地井下，这就对水表的防水性能有了较高的要求（IP67），且移动网络信号的强弱也直接影响水表数据的传输，因为安装在地井下水表的信号是很弱的，如采用分体式水表将水表天线外置出来，虽然可以解决信号弱的问题，但分体式结构水表的安装不太方便，采集器与水表的连接线路以及外置的天线也容易受到破坏，这就给水管理部门的维护带来了一定麻烦，所以，我公司在此项目的实施过程中，根据水表的安装环境，因地制宜，露天安装就采用一体式结构水表，以提高水表抗破损能力，地井安装就采用分体式结构水表，以加强水表的信号发射与接收能力。

 

        综上所述，我们认为由GPRS/GSM构建的供水管网监控系统对水管理部门的营销管理工作是很有推广价值的，从管理效率来说，以前水管理部门对大口径水表基本为每月或两月一抄，随着供水区域的扩大，营业部门的抄表压力陡然增加，GPRS/GSM远程大表可以有效的缓解这一矛盾，对分布分散的大表抄收工作充分体现出其速度优势。同时，该方式对于管路中出现的计量问题发现于萌芽阶段，迅速处理，提高了管理效率。从经济效益来说，可能在设备的投入上有一定的增加，但问题的及时发现、及时解决，它所挽回的经济损失都将远远超过先前的设备投资，且GPRS/GSM远程大表的实时监控系统对于水管理部门加速资金回笼，提高收费率都具有重大意义。