测控专业文献综述

内蒙古科技大学信息工程学院测控专业毕业实习报告文献综述题目：基于GPRS勺热网远程监控装置设计学生姓名：岑骥龙学号：0967112105专业：测控技术与仪器班级：测控2009-1指导教师：赵建敏第一章引言01.1关于热网监控的发展现状01.2热力站监控装置发展趋势0第二章热网监控技术的发展12.1热网监控技术12.2数据传输方式的比较5第三章总结6参考文献8第一章引言1.1关于热网监控的发展现状近些年我国集中供热系统发展迅猛，热力网规模也正迅速的扩大，因此在供热系统运行的过程中会带来很多问题，最主要的问题是为了实时监控热力站要投入很多人力，而且换热站运行相对独立，不能将各自的实时数据送达中央调度室，从而导致监控能力低下。1.2热力站监控装置发展趋势目前国内热网控制系统中的通讯网络有以下几种通讯方式：1.电流环；2.点对点专线；3.X.25公用分组交换通讯网；4.电话拨号；5.以太网；无线通讯。国外的许多设备制造商多数采用的是总线结构的通讯方式或以太网1。当前多数对热网监控的研究通常采用基于GPRSJ术的远程无线监控的方式，这样就不会受到中央调度室与各地热力站距离的限制，无论热网的规模多大，热力站都能通过通信网络将实时的运行状况送达调度室，提高了自动化管理水平，保证了热源质量，降低管网的损失。从当前热力站监控技术发展的状况来看，从实际情况出发，对热力站的监控越来越趋向于网络化，即诸多的热力站点之间建立起网络，再通过远程的网络发送数据到监控室。热网的远程监控在目前的运行过程中正在逐渐的体现出其巨大的优越性。在互联网相当发达的今天，我们都深深地体会到网络带给我们生活的方便，所以将网络应用到热网监控系统中也会很方便。第二章热网监控技术的发展2.1热网监控技术冬季供暖一般采用集中供热方式，一个城市分若干区域，每个区域供热网包含有几十个至上百个换热站。由于换热站与调度中心距离较远，传统的热力站管理主要依赖人工巡检记录数据2。换热站众多，投入大量人力首先会增加运营成本，其次是不方便监控站的调度，造成整个供热系统运行效率低下。在换热站，高温管道中的热水（以下简称一次网）与进居室暖气片的热水（以下简称二次网）通过换热器交换热量。经过换热后，二次网中热水流入各居室中。在以上过程中，供热调度部门需要对分散在不同地理位置换热站中温度、压力、流量、液位等参数集中实时监视，控制换热站中各设备的运行。同时，根据从现场监测到的各换热站运行参数，调节热电厂运行工况，保证冬季整个供暖的稳定运行。锅炉房的高温高压热水通过供水管道流人各个热力站，完成初级热交换后经过回水管道再流回锅炉房各个热力站并联在供水和回水管道上，将供给的高压热水调节到合适的压力和温度后供给用户。热力站采用技术成熟、运行可靠的换热机组做为工艺部分的主要设备。其结构为在综合底盘上安装板式换热器一台、热网循环水泵二台（一用一备）、补水泵二台（一用一备）、电气控制柜一台、调节阀一台及配套的其他阀门和相应的连接工艺管道管件，电气控制柜内安装热网循环水泵、补水泵变频器各一台，均采用一拖二或相互切换运行方式。其系统构成示意框图如图2.1所示。Mi唤热瞬补水二次网次网厂自来水循环泵甲q|回水_J_JkrTRZll补水杀x申piI图2.1换热站工艺流程图热力调度功能提供热网手动、自动调度功能。热力调度模块结合天气预报信息、历史能耗数据预测每个热力站以及热源的供热负荷，每天自动生成次日的热网自动调度曲线，包括热源（首站）的供水温度、流量，各热力站一次网/二次网的供水温度、流量等参数曲线，调度员可以查看、修改调度曲线5。同时，热力调度模块将自动下发调度曲线至热源（首站）、热力站自动控制系统，各自控系统根据收到的调度曲线设定供热参数，从而实现基于热负荷预测的多热力站综合优化调度。就近些年有关热网监控的研究来看，远程监控是普遍被应用的，远程监控是通过无线通信、互联网络技术采用GPRSJ术较为广泛，远程监控的关键部分在于通信网络，现在较多使用GPRS分组交换通信技术，GPR克通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService）的简称。GPRS是在现有GSM系统上发展起来的一种新的承载业务，现有的基站子系统可以提供全面的GPRS1盖。GPR测络具有高速传输、组网简单灵活、维护便捷、永远在线按量计费、数据吞吐量大的特点，所以使用GPR胸建热网监控系统能够极大的方便数据传送8。数据终端设备DTU提供串行通信接口，与GPR删络建立关系。基于GPRS络的远程监控系统利用其双向传输的性能，可方便地实现对热网的远程控制和信息采集，也即实现遥信、遥测和遥控。集控中心监测终端垦站皐站O站点I*nrc翁-OO站点VDTU图22换网远程监控系统GPRS网络结构示意图采用非对称数字用户环路ADS建立数据通道，可以利用现有的电话线，加装ADSLMODEM成高速信息通道，是一种实时性较好、可靠性较高的通信方式，适用于组建热网监控系统的数据通信网络。各热力站采用ADS线路组建VPN（VirtualPrivateNetwork，虚拟专用网络）内网与监控中心VPF专网点对点相连并相互通信9oZigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。Zigbee联盟制订Zigbee可支持星形、树形和网状3种网络架构，相对于其他无线网络技术，Zigbee更适合于组建大范围的温度监控系统，因为其近距离、低复杂度、低成本的特点，从而很适用于自动控制和远程控制领域，还能够嵌入各种设备10。由此能够看出Zigbee技术应用到集中供热监控系统中有很广阔的前景。所以结合GPR无线通信技术和Zigbee射频技术可以给热网监控系统的数据采集增加一种新的解决方案。力益可主擁Zim.liceZigbecZ/iglirco非时图2.3无线热网监控系统网络拓补结构在对温度、压力和流量数据进行传输与交互时，传感器通过I/O接口与单片机通信，将温度信号采样、调理直接转换为标准的数字信号再通过Zigbee和GPRS网络传输给上位机，最后上位机对数据进行处理。11当热网地域分布广，站点数量多而且分散，所处地形复杂时总线结构的通讯方式不适用。另外由于天气或城市高层建筑的影响会降低无线通讯的稳定性。此时采用X.25分组交换网与X.28专线相结合的通讯方式12。X.25通讯的特点是：虚电路动态逻辑复用，在服务器端节省了资源；差错控制好，在传输过程中不会有错误信息传送，准确率高；可靠性好，一旦中继线质量不好，X.25网络具有自寻找路由的能力；传输延时小。X.25同步通讯卡和调制解调器用V.24接口连接，调制解调器与电信部门的X.25网络通过一条物理专线连接。上位机控制整个通讯过程，访问网络资源。异步调制解调器通过X.28专线与电信局设备相连，DTE端使用RS232接口与现场机控制器串行口连接。下位机软件可通过读写控制器的串行口控制通讯过程。通过X.25技术在实际工程中的应用，证实了该技术运行可靠，灵活方便，可扩展性大等优点，因而X.25技术在热网监控系统中有着较强的实用性和很大的推广价值。无线射频通信技术和GPRS技术的结合，是一种基于单片机和芯片上的无线射频通信功能的设计方案。这种无线智能监控系统具有安装工程量小、投资成本低、组网灵活方便、系统升级空间大、后续维护费用低、数据传输可靠稳定等优点。为现代化节能型的集中供热系统提供了成本低廉、便捷、安全可靠的监控方案，具有广泛推广的实际应用价值。许多研究者将GPR网络技术与另外一种技术融合在一起来提升其远距离数据传输的性能，如果把许多种通信方式结合起来，那么无论在城市还是在山地的环境下，仍能够保持良好的通信效果。无线传感器网络是由一个监控中心和若干个汇聚节点、传感器节点组成。传感器节点安装在需要采集数据的小区建筑物屋顶，汇聚节点安装在热力站，它们共同组成传感局域网，每个传感局域网内部都由一个汇聚节点和多个传感器节点组成，传感器节点开机后自动组成以汇聚节点为根节点的树状分级网络。传感器节点采集的小区客户端工况数据通过无线方式汇聚到数据中转器汇聚节点，热力站传感器采集热力站内现场工况数据由现场总线汇聚到数据中转器汇聚节点，汇聚节点借助GPRS网络将两种网络数据最终发送至Internet网络，监控中心服务器通过访问Internet获得数据冋。2.2数据传输方式的比较热网监控中心和各个热力站之间的数据传输通常采用的是电话拨号方式和无线网络方式，二者通讯方式都是基于运营商的公网数据传输，避免供暖企业自建通讯系统时，麻烦的申请手续和高昂的维护成本。通常电话拨号的方式局限性大，要求热力站内必须装有电话线。电话拨号方式按时间计费，如遇到数据量大、网络堵塞是需要的通讯时间便会延长。电话拨号方式无法实时在线，当一次数据传输完毕后，就取消和热网监控中心的连接。另外电话拨号方式还需调制解调器与服务器相连，服务器通过调制解调器与各个热力站进行数据通讯14。电话拨号相比GPRS网络的高速传输、组网简单灵活、维护便捷、永远在线按量计费、数据吞吐量大等特点，是初期投资和运行费用最大的方式。第三章总结远程监控系统采用了多项先进技术（包括可编程控制技术、组态控制技术、单片机技术、网络通信技术、实时数据处理技术等），执行中央监控、统一调度、现场控制的设计方案，成功实现了热力站远程监控系统自动化，从而减少了人力投入，加强了管理力度，减少了能源消耗，同时提高了供热稳定性。热网监控系统的应用使分散的热力站成为了一个整体，实现了区域内各热力站的统一调度管理，确保了集中供热系统协调有序地安全运行。热网运行参数的实时采集，实现了监控中心显示参数与热力站运行参数保持同步。热网运行参数的全面监控，实现了调度人员全面、直观地掌握从热源到热力站的运行情况15。热网运行参数的综合分析，使调度人员能够及时判断运行工况，在最短的时间内发现和处理故障。实现了热网平衡运行，消除了大面积过热、过冷现象，改善了供热效果。系统网络可根据需要，灵活采用GPRSADSL局域网等多种连接方式。一般而言，热力站自控系统通常通过ADSL网络或者内部局域网连接调度中心；锅炉房自控系统通过内部局域网连接调度中心；分散安装的热量表、室内温度传感器、管网诊断设备等则由数据采集器集中数据后通过GPRS网络连接调度中心16o采用Zigbee这种短距离无线通信技术,在热网监控系统的解决方案中不需要重新布线就可以有效地进行温度采集和控制；GPR通信方式有瞬间上网、永远在线、快速传送、按量计费、数据吞吐量大的优点。所以基于Zigbee和GPR技术的系统可以给热网监控系统的数据采集增加一种新的解决方案，但也需要对热阀进行数字化升级。随着无线通信的发展,Zigbee短距离无线通信技术和GPRS移动通信技术将在工控系统中有广阔的发展前景。供热运营管理系统安装在调度中心的服务器及监控计算机中。服务器内置实时数据库，接收来自网络的实时数据。监控计算机将服务器中的数据通过GIS地图、报警、趋势图等形式展示，以便监控调度。调度人员可在监控计算机中下发调度指令到各监控点，实现多热源多热力站的协调调度。运营管理系统的能耗分析功能提供整个热力系统的运行效率分析报告，使得整个系统的能耗信息透明化。能耗分析模块将统计整个热网系统以及各个供热小区的供热合格率、平均能耗、耗水量、耗电量，以及热源热转化效率、一次管网输送效率、热力站传热效率、二次管网输送效率等能耗数据17。同时，系统自动将当前热网的能耗数据对比经济能耗指标数据，生成能耗对比报表、对比曲线，使得调度人员可以直观的看到当前供热运营质量，为调度优化提供参考依据。使用GPR构建热网监控系统能够极大的方便数据传送。但是基于GPR网络的远程监控系统存在安装工程量大、投资多、后续维护费用高，系统升级空间小，不可靠等缺点。虽然无线GPRS通讯方式的初投资比电话拨号通讯方式要多,但这多出的初投资在经过一个采暖季的使用后就可以从GPRS的通讯费中节省出来。而且无线GPRS通讯方式的实时在线功能,可以将热力站运行数据即时、快速、准确地上传到热网监控中心，使运行人员掌握最新的运行工况18。当热力站内有报警状况发生时，报警信息可以立即上传到热网监控中心，运行人员可以马上采取应对措施，避免事故的扩大。经过比较后，可以看出无线GPRS通讯方式在技术上、费用上都有很大的优势。热网监控系统的应用是热网集中供电系统发展的必然趋势，工业以太网和基于组态软件的上位机界面是热网监控系统的重要组成部分，实现对热网供电系统的数据采集和控制功能。参考文献李素琴，莫林峰，李鹏.X.25通讯技术在石家庄华电热网监控系统中的应用J.区域供热，2004,(4):12-15.1 杨青青.基于GPRS技术的热管网监控系统的设计J.电脑知识与技术，2008,3(7):1470-1472.2 林艳，杨建华，刘文琦集中供热监控系统的设计J.控制工程，2003,10(6) :539-541.3 隋强.热网监控系统数据传输方式的比较J.节能，2007,2(295):53-54.潘晓峰.热力站自动化控制系统的设计与实现控制系统，2011.赵建敏，李琦.基于GPRS勺供热管网远程监控系统J.化工自动化及仪表，2012,39(6):757-760.6 顾肇基.GSM网络与GPRSM北京：电子工业出版社，2002.7 李军.GPRS技术在供热网监控系统中的应用J.价值工程，2010,(1):164.8 周燕青，裴明哲.热网监控系统在供热管理的应用J.煤气与热力，2012,32(5) :15-17.9 程永生，王天添，王益祥.基于Zigbee的无线热管网监控系统研究J.测控技术，2008,27(4):88-90.V.N.Melkumov,S.N.Kuznetsov,K.A.Sklyarov,A.A.Gorskikh.HEATANDGASSUPPLY,VENTILATION,AIRCONDITIONING,GASSUPPLYANDILLUMINATIONJ.ScientificHeraldoftheVoronezhStateUniversityofArchitectureandCivilEngineering.ConstructionandArchitecture,2011,1(9):42-49.10 于洋，肖胜伦，王翠竹.基于无线射频通信及GPRS技术的热网监控系统J.仪表技术与传感器，2009,3(3):61-63.11 张坤，李旭东，李琦.热网远程监控中的无线传感器网络硬件设计与实现J.化工自动化及仪表，2012,39(7):888-891.顾良翠，吴超宇.基于Web的热网监控系统的应用研究J.长春工程学报，2005,6（3）:60-62.12 姜炜.热网监控系统在集中供热系统的应用J.煤气与热力，2010,30（7）:15-17.李德英，赵锡晶.LabVIEW在热力站监控中的应用J.北京建筑工程学院学报，2002,18（1）:5-7.徐惠琴.浅析无人值守热力站的设计与实现J.科技情报开发与经济，2012,22（11）:125-127.吴云峰，周龙军.基于GPRS技术PLC远程通信应用于城市热网监控J.区域供热，2012,（6）:17-20.13 YangLi1,KeZhang.ResearchonApplicationofZigBeeTechnologyinFlammableandExplosiveEnvironment.WirelessSensorNetwork,2010,467-471.14 JoseLuisGarca-DoradoEduardoMaga?aPedroReviriegoMikelIzalDanielMoratoJuanAntonioMaestroJavierAracilJorgeE.LopezdeVergara.Networkmonitoringforenergyefficiencyinlarge-scalenetworks:thecaseoftheSpanishAcademicNetwork.2012,1284-1303.15 SeksanUdomsra,ChrisBalesb,AndrewR.Martina,ViktoriaMartin.Decentralisedcoolingindistrictheatingnetwork:Monitoringresultsandcalibrationofsimulationmodel.2011,3311-3321.