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· 自来水供水管网GPRS远程监测管理系统

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解决方案

副标题

  一 .概述 
  随着近年来城市城乡一体化建设速度的加快,自来水供水管网越来越庞大、分散。自来水供水管网作为城市极为重要的基础设施,与城乡民生、经济和社会发展密切相关。加强对自来水供水管网信息化建设具有相当重要意义。利用计算机信息技术、通信技术对自来水供水管网运行的主要参数、设备运状况进行动态监测、实现自动化信息管理,并将监测点信息直观显示,实时了解管网运行状况,对自来水供水管网调度与决策起作重要作用,成为保障自来水供水管网经济、可靠运行关键所在。 
  城市供水调度监控系统的主要目的是解决自来水公司对供水各环节监测点的数据采集和监控。该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(RTU或PLC)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。 
  城市供水调度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,信息传输到自来水公司的监控中心,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。 
  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,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;相比之下,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。在通信网络选取上,选择中国移动的GPRS系统作为城市供水调度监控系统的数据通信平台。目前,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。GSM/GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建自来水供水调度监控系统,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, 具有先进性、实用性、扩充性、安全性、可靠性。 
  自来水供水管网GPRS远程监测管理系统主要对源水信息采集、自来水厂数据采集、泵房远程监控、管网水监测报警进行统筹设计,实现自来水供水系统的“三遥”即遥测、遥控、遥信。加强水质、水压监控,确保水质优良、水压满足民众的生产和生活需求;并将气象信息、城市供水水质监测网检测信息、卫生防疫站检测信息汇总,对水资源保护和水环境整治起到积极作用,准确快速响应源水污染及管网暴管应急处理。 
  GPRS远程监测管理系统对各个自来水厂进行科学管理,城市自来水供水信息监控系统一般包括:多个水厂终端、多个水源井监控站、多个管网加压站、多个管网测压站,并接入城市气象站、城市供水水质监测网、卫生防疫站信息。GPRS远程监测管理系统可以对远程分站的设备运行进行监测,以实现自来水供水管网自动采集水位、压力、流量、浊度、余氯、泵频等实时数据与状态参数、供监控中心及有关部门分析和决策,提高工作效率,保证供水质量,满足日益增产的用水量需求。便于及时迅速的了解及控制远端管道水压及管网设备运行状态,监控中心通过对传输回的数据进行自动分析,当一个远端出现故障时,能在最短的时间内快速响应,恢复供水。提高自来水供水系统的服务水平,从而实现了城市供水的信息化、现代化。GPRS远程监测管理系统的建立,必将产生很大的社会效益和经济效益。 

  二 。系统方案 
  管网遥测系统拓扑图如下图所示

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  管网遥测系统由分布在城区的共计12个管网监测点、中心控制室、GPRS 移动数据传输网络三大部分组成 

  1、管网监测点(12个): 
  管网监测点:各监测点通过数据采集仪采集管网压力、余氯、电源电压、电流等数据,通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端模块相连,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GPRS网络。 

  2、中心控制室: 
  中心控制室的主模块(GPRS数传模块)不需要固定的IP地址,也不需要ADSL、拨号等设备;主模块与分站模块按照主从式进行传输。GPRS数传模块通过RS232接口与SCADA工业计算机相边,将采集到的各分站传输过来的封装后的压力、余氯、电流电压等数据进行处理,还原后传输SCADA工业计算机。 
  系统监控软件由中心控制室的GPRS数据电台通过中国移动的GPRS无线网络与各个遥测分站的GPRS数据电台建立起通信链接,从而采集到各个遥测分站的管网压力、余氯等数据信息。控制中心监控软件采集所有监测点的数据信息,并作画面显示:管网各监测点的动态运行图、实时趋势图、压力趋势图、棒图、运行报表(压力数据报表、日报表、月报表等)、及其他自定义画面;同时显示系统日期、时间, 报警数据,设备状态, 趋势等,并能快捷的观察到各个点的数据在线情况。接收上报的数据及告警信息,同时对采集的数据进行存储和管理,生成实时数据库和历史数据库,具有查询、统计、报表等功能,并对报警信息进行即时处理。 

  3、GPRS移动数据传输网络: 
  现场监测点采集的数据经GPRS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,最终传送到中心控制室。 
  GPRS数传模块是基于互联网的通信模块。下图表示了GPRS数传模块在通信的过程中与GPRS网、互联网及数据中心的关系。GPRS网的作用是使模块的数据通过GSM无线网络到达互联网,互联网再把数据发网数据中心, 数据中心根据数据的目的地址再通过互联网及GPRS网传给目的地址表示的模块。

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  本系统GPRS模块组网采用如下图所示的点对多点的形式。

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  各监测点使用GPRS透明数据传输终端,通过移动的GPRS网络与监控中心相连;各数据监测点使用移动通信公司统一的SIM卡,同时中心控制室对各点进行登记,保存相关资料以便识别和维护处理。各信息监测点运行监控系统软件,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。 

  三 。中心控制室设计: 
  中心控制室系统结构如下图所示:

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  中心控制室硬件由SCADA工业计算机、数据库服务器、GPRS数据传模块、UPS后备电源、工业以太网交换机、激光打印机等设备组成。中心控制室有UPS后备电源系统为工业计算机和数据库服务器以及GPRS数传模块提供可靠的供电保障,以保证系统安全运行。 
  控制室的监控软件运行于SCADA工业计算机,本软件是基于工业监控组态软件平台,结合本项目实际情况和具体要求进行定制开发而成,并将所有数据通过SQL数据库软件保存在数据库服务器上。 

  四.安全措施 
  由于供水调度监控系统的特殊性,本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环,网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行,即使出现硬件和软件故障,系统也不能中断运行。 
  数据中心可通过公网使用VPN接入到移动GPRS网,采用VPN方式成本比较低,企业不用租用专线,还可以利旧使用原有的VPN设备,移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。通过VPN方式,客户端在连接应用服务器前,要经过Radius服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护,安全性比较高,可充分保障速度和网络服务质量。 
  另外,数据中心也可以采用APN接入方式,租用专线接入到移动公司的GGSN设备上,这种成本高,安全性高、稳定可靠。 
  对于安全性要求非常高的系统,可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式,进一步提高系统的安全性。 
  1、VPN虚拟专网模式:企业内部网络中配置VPN服务器,移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术,用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离,可对整个数据传送过程进行加密保护,有效避免非法入侵。 
  2、利用SIM卡的唯一性,对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权,在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定,划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN,移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入,普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。 
  3、对于特定用户,可通过数据中心分配特定的用户ID和密码,其他没有数据中心分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统,系统的安全性进一步增强。 
  4、数据加密:通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。 
  5、网络接入安全鉴定机制:采用防火墙软件,设置网络鉴权和安全防范功能,保障系统安全。


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