供熱系統GPRS/CDMA無線數據傳輸應用方案

GPRS/CDMA網絡的工業化應用解決了供熱系統對供熱管網控制系統的通信需求，相比于傳統的專用網絡，其覆蓋性和成本更加適合于工業應用

隨著社會與經濟的發展，各種管網（熱、水、電、油、煤氣等）越來越多，管網測點數據的采集和及時傳輸是管網穩定、可靠運行的保證，要求計算機管網監測系統必須能夠在較低費用的前提下提供及時、準確的信息。然而，在使用的過程中，傳統有線、部分無線的管網監測系統的不足之處逐漸凸現出來。采用電話線傳輸數據，不能保證實時性；采用無線電臺，解決誤碼率和波特率的矛盾尤其抗干擾是一個令人頭疼的問題；采用專線電路，不可能對所有大面積分散的數據采集子站進行專線鋪設，更不能承擔高昂的運行費用。

針對這些問題，通過采用成熟的GPRS/CDMA無線數傳設備（GPRS/CDMA DTU），依托穩定、可靠的GPRS/CDMA網絡，在保證數據傳輸的及時、準確的前提下，將管網現場監控系統運行費用也降低到了最低；同時通信鏈路是由專業的運營商來維護，這就避免了用戶在使用監控系統的同時，還需要耗費很大精力去維護通信線路等問題；節約了用戶的初期建設投資和運行維護費用。

GPRS、CDMA無線監控系統具備如下特點：

1、良好的實時響應與處理能力。與短消息服務比較，由于GPRS/CDMA具有實時在線特性，系統無時延，系統能夠同時實時收取、處理多個/所有監測點的各種數據，無需輪巡就可以同步監測點的時鐘可很好的滿足系統對數據采集和傳輸實時性的要求。

2、遠程儀器設備控制：由于采用GPRS/CDMA雙向傳輸系統，監控中心可以反向實現對儀器設備的時間校正、狀態報告、開關以及其他監測、控制等功能；

3、建設成本低：可充分利用現有GPRS/CDMA網絡，設備安裝即接通，而采用超短波通信時需要充分考慮現場環境，還需要配備天線鐵架等附屬設備。

4、安裝調試簡單，建設周期短：利用現有成熟GPRS/CDMA網絡，系統投入運行時基本不需要調試，安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調試工作量大，要先進行現場信號測試，天線鐵架架設，天線方向角度調試等工作。

4、覆蓋范圍廣。構建供水調度監控系統要求數據通信覆蓋范圍廣，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。 由于管網監控點數量眾多，分布在全市范圍內，部分管網監控點位于偏僻地區，而且地理位置分散。采用超短波通訊方式，覆蓋范圍只有30多公里；而采用GPRS、CDMA方式，理論上在無線GPRS/CDMA網絡的覆蓋范圍之內，都可以實現監控。

5、數據傳輸速率高。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s，實際應用時數據傳輸速率在40Kbps左右，而目前一般的超短波數傳電臺傳送速率多為2.4kbit/s或更低。

6、系統的傳輸容量大。監控中心站要和每一個管網監控點實現實時連接。由于管網監控點數量眾多，系統要求能滿足突發性數據傳輸的需要，而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。

7、通信費用低，可按時間和流量進行收費

系統由中心站、通訊部分和監測站組成，主站負責監控和管理，監測站采用RTU模塊實現數據采集、存儲、控制，通訊部分采用GPRS/CDMA DTU進行數據通訊。

監測站利用RTU模塊對換熱站的溫度、壓力、流量、水泵的電流、溫度、啟停狀態等信號進行采集及處理，RTU通過RS232/RS485串口和DTU連接。采集到的數據RTU通過串口傳給GPRS/CDMA DTU然后再通過GPRS/CDMA無線網絡傳送到中心站，同時接受中心站傳來的命令對換熱站水泵、調節閥等進行控制。該系統可以對換熱站進行實時自動監控，操作人員在主站可以看到各換熱站的各項數據，并對換熱站進行控制，實現換熱站無人值守。

每個監測點需要安裝一個監測箱，監測箱要求合乎IPC55防護等級要求。在監測箱內安裝1臺或者多臺STC-1、STC-2微型RTU和一臺GPRS/CDMA DTU，采用24V供電。箱內配一個220V/24VD或者12V的開關電源，給RTU和GPRS/CDMA DTU、變送器供電。

◆GPRS/CDMA DTU采用CG12或CC12型號。

◆溫度變送器選用PT100的溫度變送器，輸入為3線制，輸出為2線制。

◆壓力變送器選用2線制的設備，由24V供電。

◆流量計可以選用電磁流量計或者渦輪流量計，輸出可以是4～20mA或者是頻率信號。頻率信號可以接STC-1的開關量輸入，可以計算單位時間流量，還可以計算總流量。STC-1的繼電器輸出可以控制閥門，應用非常方便。

◆對于熱力泵，供水泵，STC-2可以監控其工作電壓電流，出口溫度，出口壓力，流量計頻率信號可以接STC-2的開關量輸入，可以計算單位時間流量，還可以計算總流量。STC-2需要安裝三個電流互感器。

無線通訊部分主要是借助GPRS/CDMA DTU通過GPRS/CDMA無線網絡進行數據采集端和監控中心之間的數據通訊工作。

GPRS/CDMA 無線數傳（GPRS/CDMA DTU）是一個可以讓工業用的RS232/RS485 串口設備的串口通信立即轉換為GPRS/CDMA 無線網絡通信的雙向轉換傳輸設備。轉換器采用透明傳輸的方式，用戶不用知道復雜的GPRS/CDMA 通訊原理和TCP/UDP 協議，不用更改程序即可實現原有串口設備的無線網絡連接，節省您寶貴的時間和已有投資，可用于長距離通信或控制。廣泛用于樓宇自動化控制、停車場設備、交通控制、LED 屏幕控制、工廠、車間、礦井、銀行、電氣等遙控領域。能快速實現串口設備的遙控功能。在兩臺串口設備之間成對使用串口設備GPRS/CDMA 無線數傳的透明傳輸模式，相當于延長了串口的通信距離，從而實現串口設備之間的遙控。

GPRS/CDMA DTU特點：

◆ RS232 串口速率高達230400 bps

◆ 支持RS232 三線標準或九線標準

◆ 內置TCP/IP 協議棧，支持TCP/UDP 網絡協議

◆ 數據終端永遠在線

◆ 掉線自動重撥功能

◆ 通過超級終端類似于AT 指令方式或專用設置程序來設置通信參數

◆ 設備之間透明傳輸/非通明傳輸

◆ 支持靜態IP 或域名方式連接遠程主機

◆ 供電：+5V，可根據客戶需要定制寬電壓輸入

◆ 耗電：待機狀態230~330mA；上網狀態450~460mA；傳輸狀態460~470mA

◆ 工作溫度：-30℃ ~ +70℃

◆ 儲存溫度：-40℃ ~ +85℃

◆ 支持RS232/RS485/RS422串口進行通訊

主站采用PC計算機，連接互聯網或無線專網，主站向從站發送數據，并接收從站發來的數據。主站接收從站傳來的各自信號，處理后顯示輸出，如果有異常情況發生，可進行聲音報警，提醒操作人員采取措施，防止事故發生。系統有在線組態功能，根據整個熱力系統的狀況，自動對各從機在線組態，控制整個系統自動運行。主機可自動生成各種報表，并設有值班檢查功能及定時打印、隨機打印功能，實現對整個熱力系統自動化管理。

監控中心監測軟件采用通用編程工具開發，具有靈活性好、針對性強的特點，可以對采集來的現場數據和實時數據進行分析、處理、保存、入庫，制作輸出報表、繪出各種曲線，從而實現整個系統的遠程抄表、實時監測及自動化管理功能。界面友好、操作簡單方便，真正實現了高效率和辦公自動化。可同時兼容多個二次儀表廠家的通信協議，也可根據用戶的要求增加用戶自己的通信協議。系統的網絡數據庫使網絡化管理變得簡單易行。對于傳輸過程中通訊協議可以調用集智達的動態庫。

數據中心可通過到中國聯通CDMA網中數據網(VPDN)接入，采用VPDN方式成本比較低，安全性比較高，可充分保障速度和網絡服務質量。

網中數據網（VPDN）業務提供方案如下圖所示。

按照上述網中數據網的示意圖，聯通網中數據網可以提供5級業務安全保障，從而

充分保證網絡中數據的安全。

第一級安全保證：CDMA網絡本身的安全性

目前世界上使用的移動通信網絡主要有兩種：GPRS和CDMA。CDMA本來就是起源軍事保密技術，在戰爭期間廣泛應用于軍事領域，具有抗干擾、安全通信、保密性好的特性。進行移動手機信號的竊聽一般使用以下三種方法。首先，需要捕捉到通信信號。在空間中充滿了各種各樣的無線電波，用戶手機信號就混雜在其中。要想竊聽某一個用戶的通話，首先必須捕捉到這個用戶手機發出的特定的電磁波。由于CDMA系統采用擴頻技術，經過擴頻以后的有用信號的頻譜被大大地展寬了，用戶信號隱蔽在互不相關的信號中，要想捕捉到這一有用信號非常困難。因此，竊聽器捕捉不到，也無法識別出哪些是CDMA手機用戶的通信信號，哪些是噪音。其次，竊聽器必須鎖定手機用戶通信的信號，繼而才能分析和破解信息。而CDMA采用快速切換功率控制技術，即便是竊聽設備捕捉到了用戶手機信號，也不能鎖定快速功率切換下的有用信號，因此，快速功率切換讓CDMA信號很難鎖定。第三，需要破解用戶信息編碼。而CDMA采用偽隨機碼技術，用長達42位的偽隨機碼來標識區分用戶，每次通話都有4.4萬億種可能的排列，竊聽器很難破譯出CDMA的編碼。所以CDMA技術本身就很安全。

第二級安全保證：CDMA網絡側的AAA認證

AAA是指認證（Authentication）、授權（Authorization）、計費（Accounting）三個過程，其中：

認證是，用戶在使用網絡系統中的資源時對用戶身份的確認。這一過程，通過與用戶的交互獲得身份信息（像用戶名－口令、生物特征信息等），然后提交給認證服務器；認證服務器對身份信息與存儲在數據庫里的用戶信息進行核對處理，然后根據處理結果確認用戶身份是否正確。授權是，網絡系統授權用戶以特定的權限使用其資源，這一過程指定了被認證的用戶在接入網絡后能夠使用的業務和擁有的權限，如授予IP地址，準許訪問時間等。計費是，網絡系統收集、記錄用戶對網絡資源的使用信息，以便向用戶收取資源使用費。以互聯網業務提供商ISP為例，用戶的網絡接入使用情況可以按流量或者時間準確地記錄下來。 認證、授權和計費一起實現了網絡系統對特定用戶的網絡資源使用情況的準確記錄。這樣既在一定程度上有效地保障了合法用戶的權益，又能有效地保障網絡系統安全可靠地運行。

CDMA網絡側的AAA認證過程是對用戶的域名進行鑒權認證，網中數據網的用戶（VPDN成員）是以username@xxx.133vpdn.qd形式登錄的（用戶在聯通登記入網時，聯通分配其一個域名xxx.133vpdn.qd）。CDMA網絡側的AAA服務器對登錄用戶的域名和該用戶的IMSI進行綁定審核驗證。驗證通過后，方可接入聯通CDMA網絡。

第三級安全保證：CDMA網絡和用戶網絡之間的VPN鏈接

CDMA網絡和用戶網絡之間可以采用專線鏈接，也可以使用Internet鏈接。使用Internet鏈接必須考慮安全性，因此，可以使用VPN將二者利用Internet鏈接起來。VPN技術非常復雜，涉及到通信技術、密碼技術和現代認證技術。主要包含兩種技術：隧道技術與安全技術。

VPN是在不安全的Internet上傳輸的，傳輸內容可能涉及到企業的機密數據，因此安全性非常重要。VPN中的安全技術通常由加密、認證及密鑰交換與管理組成。主要有認證技術，加密技術，秘鑰管理與交換技術。

第四級安全保證：用戶網絡側的安全防火墻（FW）

防火墻技術是目前用來實現網絡安全措施的一種主要手段，主要是用來拒絕非法用戶的訪問，阻止非法用戶存取敏感數據，同時允許合法用戶順利訪問網絡資源。防火墻實際上是一種訪問控制技術，在某個機構的內部網絡和不安全網絡之間設置障礙，阻止對信息資源的非法訪問，也可以使用防火墻阻止保密信息從受保護網絡上的非法輸出。用戶網絡可以選用適合于本單位的防火墻產品來保證自己網絡數據的安全。

第五級安全保證：用戶網絡側的AAA鑒權認證

用戶網絡側的AAA鑒權認證可以實現對VPDN成員的身份認證。與第二級的安全保證不同，本級的AAA服務器將鑒別VPDN成員的用戶名和密碼的正確性。

熱網監控系統對于熱力公司提高供熱效率、降低運行成本，同時可以減少各熱力站的長期值守人員，極大的降低管理費用具有非常顯著的經濟效益。