关键词：GSM/GPRS SCADA系统 数据传输终端DTU 数据中心 测压点
(一) 供水调度SCADA系统的概况
供水调SCADA控系统的主要目的是解决自来水公司对供水各环节的数据采集和监控。该系统由调度中心和各个监测点组成，各个监测点的数据采集终端（RTU或PLC）可监测和采集水位、压力、流量、浊度、余氯、水泵的开停等各种数据，供调度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，满足日益增长的用水量的需求。
佛山市供水调度系统包括：公司调度中心、二个水厂端站、21个管网测压站近期内将扩容到50个管网测压站。供水调度SCADA系统设计可以对远程现场的运行设备进行监测和控制，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。便于及时迅速的了解及控制远端管道及阀门。从而降低故障率和检修的时间，减少停水次数。各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，信息传输到供水公司的调度中心，调度中心通过对传输回的数据进行分析来指挥生产和找到出故障的地点。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，从而实现了供水的信息化、现代化。
(二) 供水调度SCADA系统的通信方式
目前，自来水供水调度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。
在城市供水调度监控系统中，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SCADA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通信速率高，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。
(三) GPRS系统组成及工作原理
GPRS（通用分组无线业务）是 GSM运营商由仅提供话音业务向提供综合信息服务业务领域拓展而提供的重要的网络平台。GPRS是通用无线分组业务的缩写（General Packet Radio System）,是介于第二代和第三代之间的一种技术，通常也称为2.5G，目前通过升级GSM网络实现。它采用TDMA方式传输语音，采用分组的方式传输数据。
基本的工作原理是：在数据传输终端DTU上实现TCP/IP协议，在应用程序端安装数据中心软件，数据中心拥有固定的IP地址(或域名)，DTU在拨号上网后，自动连接到数据中心，向数据中心报告其IP地址，并保持和维护链路的连接，DTU监测链路的连接情况，一旦发生异常，DTU自动重新建立链路，数据中心和DTU之间就可以通过IP地址用TCP/IP协议进行双向通信，实现透明的、可靠的数据传输，具体工作过程要点如下：
* 数据中心具有固定的IP地址(或域名)，通过电话线、ADSL、城域宽带网等方式连接到Internet
* DTU 软件实现了TCP/IP协议栈
* 在DTU 上可以设置数据中心的IP地址、域名和本机的ID号
* DTU 开机时自动连接到GPRS网络，获得一个动态的IP地址，并定期向数据中心(DSC)注册，提交本机的IP地址、ID号等信息，保持和维护链路的连接
* DTU 软件提供TCP/IP和RS-232之间的数据转换，和用户设备通过RS-232/485实现透明数据传输
* 数据中心记录和管理所有的DTU的信息列表，包括ID、IP地址、登录时间、连接状态等
* 应用程序通过数据中心和DTU进行通信。
各测压点通过西门子PLC模块采集如压力、流量等数据，通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端（DTU）相连，通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络。现场测压点采集的数据经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无线数传网络进行传输，最终传送到调度中心IP地址。
调度中心有具备固定IP地址的服务器，可以通过端口映射的(NAT)方式在内网内任意一台机器上实现数据中心。
(四) GPRS系统在供水调度SCADA系统应用的优缺点
GPRS无线监控系统具备如下优点：
1、良好的实时响应与处理能力：与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统时延最多只有数秒，系统基本能够同时实时收取、处理多个/所有测压点的各种数据，无需轮巡就可以同步监测所有的测压点很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
2、安装调试简单：建设周期短：利用现有成熟GSM网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷。采用超短波通信时安装调试工作量大，要先进行现场信号测试，天线铁架架设，天线方向角度调试等工作。
3、覆盖范围广：构建供水调度SCADA系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于管网监控点数量众多，分布在全市范围内，部分管网监控点位于偏僻地区，而且地理位置分散。采用超短波通讯方式，覆盖范围只有几十公里；而采用GPRS方式，理论上在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内，都可以实现监控。
4、数据传输速率高:GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，实际应用时数据传输速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波数传电台传送速率多为2.4kbit/s或更低。
5、系统的传输容量大:监控中心站和每一个管网测压点实现实时连接。由于管网测压点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要和测压点报警向调度中心站自报的功能，而GPRS技术能很好地满足这些要求。
GPRS无线监控系统不足：
1、GPRS会发生包丢失现象:由于分组交换连接比电路交换连接要差一些，因此，使用GPRS会发生一些包丢失现象。而且，由于话音和GPRS业务无法同时使用相同的网络资源，因此，用于专门提供GPRS使用的时隙数量越多，能够提供给话音通信的网络资源就越少。对用户来说其容量有限GPRS确实对网络现有的小区容量产生影响，对于不同的用途而言只有有限的无线资源可供使用。例如，话音和GPRS呼叫都使用相同的网络资源，这势必会相互产生一些干扰。其对业务影响的程度主要取决于时隙的数量。当然，GPRS可以对信道采取动态管理，并且能够通过在GPRS信道上发送短信息来减少高峰时的信令信道数。
2、实际速率比理论值低 :GPRS数据传输速率要达到理论上的最大值172.2kbps，就必须只有一个用户占用所有的8个时隙，并且没有任何防错保护。运营商将所有的8个时隙都给一个用户使用显然是不太可能的。另外，最初的GPRS终端预计可能仅支持1个、2个或3个时隙，一个GPRS用户的带宽因此将会受到严重的限制，所以，理论上的GPRS最大速率将会受到网络和终端现实条件的制约。
3、调制方式不是最优 :GPRS采用基于GMSK（Gaussian Minimum-Shift Keying）的调制技术，相比之下， EDGE基于一种新的调制方法、8PSK（eight-phase-shift keying），它允许无线接口支持更高的速率。8PSK也用于UMTS。网络营运商如果想过渡到第三代，必须在某一阶段改用新的调制方式。
4、存在转接时延 :GPRS分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的目的地，那么数据在通过无线链路传输的过程中就可能发生一个或几个分组丢失或出错的情况。
5 、运行费用比采用超短波通信费用高: 采用GPRS构建供水调度监控系统系统，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/kb，而包月制200元/月，估计日后其费用会逐步降低。
实际的应用情况
我公司于2003年安装了由GPRS无线MODEL组成的测压终端作为试点，采取每分钟自报和报警自报方式，硬件采用摩托罗拉的工业级GPRS模块，测压点数据采集控制端选用西门子S7-200PLC。每日的数据量为400KB左右。经过几个月的试用总的来说效果较好有时也会出现数据丢失的情况。
由于本人的水平有限,难免有错误和不当之处请大家批评指正。
