沈立剛

(上海金自天正信息技術(shù)有限公司，上海 201900)

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GPRS無線網(wǎng)絡(luò)在智能熱水供應(yīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

沈立剛

(上海金自天正信息技術(shù)有限公司，上海 201900)

1　GPRS概述

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線服務(wù)技術(shù)的簡稱[1]，是在現(xiàn)有GSM(Global System for Mobile Communication)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

GPRS技術(shù)通過利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，以封包(Packet)方式傳輸數(shù)據(jù)，通過增加相應(yīng)的功能實體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實現(xiàn)分組交換[2]。

GPRS網(wǎng)絡(luò)具有持續(xù)在線、接入速度快、按數(shù)據(jù)流量計費的特點，支持TCP/IP協(xié)議，能夠與Internet實現(xiàn)無縫對接。

2　智能熱水供應(yīng)系統(tǒng)簡介

如圖1所示，某高校智能熱水供應(yīng)系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、熱泵機(jī)組、燃?xì)忮仩t和水箱等組成。該系統(tǒng)的設(shè)計理念是 “以太陽能為主、電能及燃?xì)鉃檩o”來實現(xiàn)熱水的節(jié)能、高效、智能供應(yīng)。由于該校所處地區(qū)太陽輻射強(qiáng)度高、日照時間長，因此在夏季且天氣狀況良好的情況下，每套系統(tǒng)配置的太陽能板產(chǎn)生的熱量基本可以滿足日常供應(yīng)熱水時所需的能量；在陰雨天或冬季，太陽能發(fā)揮作用欠佳，主要依靠熱泵機(jī)組或/和天然氣鍋爐對水進(jìn)行加熱，提高鍋爐的熱效率，降低運行成本。

正常運行時，太陽能集熱器對容量為6t的小水箱內(nèi)的循環(huán)水進(jìn)行加熱，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后的熱水通過補水泵進(jìn)入容量為15t的大水箱(保溫水箱)，以供應(yīng)日常用水。當(dāng)經(jīng)太陽能集熱器加熱的循環(huán)水達(dá)不到預(yù)設(shè)溫度時，再由熱泵機(jī)組或/和燃?xì)忮仩t對兩個保溫水箱內(nèi)的水進(jìn)行加熱直至達(dá)到設(shè)計水溫。

為充分利用太陽能，減少電能和燃?xì)獾氖褂昧?，可在監(jiān)控畫面上設(shè)定熱泵機(jī)組和鍋爐的使用時間(如14:00～23:00)以及系統(tǒng)運行時間(如7:00～24:00)，根據(jù)不同季節(jié)劃分運行模式(如鍋爐只允許在冬季模式下使用)，如此可減少系統(tǒng)能源消耗。

圖1　某高校智能熱水供應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

3　監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

由于該高校占地面積較廣，需要進(jìn)行監(jiān)控的智能熱水供應(yīng)系統(tǒng)所在樓宇分布較為分散，為節(jié)省工程投資、縮短施工周期，經(jīng)考察、討論，決定采用GPRS無線通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。

GPRS無線網(wǎng)絡(luò)在實際的應(yīng)用中主要有GPRS在線監(jiān)控、外網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析、外網(wǎng)靜態(tài)IP、SMS通訊、APN專線接入等組網(wǎng)方案[3]。

3.1GPRS在線監(jiān)控方案

該高校生活區(qū)分為A區(qū)和B區(qū)，每個區(qū)的智能熱水供應(yīng)系統(tǒng)各自獨立，現(xiàn)以A區(qū)系統(tǒng)為例進(jìn)行設(shè)計。需要對A區(qū)共28棟樓的智能熱水供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)熱水供應(yīng)的設(shè)備數(shù)量及安裝位置，確定A區(qū)GPRS在線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(圖2)。

圖2　GPRS在線監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

該系統(tǒng)由一臺西門子工控機(jī)作為中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，安裝在集中管理辦公室，主要完成數(shù)據(jù)的處理和存儲、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、實時運行控制等操作。另外，在現(xiàn)場控制柜上安裝了MCGS TPC7062KX 7″彩色觸摸屏，用于實現(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場控制，主要完成系統(tǒng)狀態(tài)顯示、實時運行控制、當(dāng)前數(shù)據(jù)顯示及歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。每套智能熱水供應(yīng)控制系統(tǒng)均設(shè)置2塊西門子S7-224XP控制器，每塊控制器分別控制1條獨立的熱水加熱及供應(yīng)管路。

該系統(tǒng)主要包括PLC(CPU224XP CN)56臺、觸摸屏(MCGS TPC7062KX 7″彩色觸摸屏)28臺、無線發(fā)射/接收設(shè)備(F2114 GPRS IP MODEM)28臺、無線路由器(F3X25 ROUTER)1臺、智能電表(RS-485/P、I、U)28臺、液位/溫度傳感器若干。

F2114設(shè)備與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器端的F3X25路由器進(jìn)行GPRS通訊，將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳到中心數(shù)據(jù)服務(wù)器并將遠(yuǎn)程控制命令傳送給PLC控制器，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

通常F2114獲得的IP地址為動態(tài)內(nèi)網(wǎng)IP地址，訪問Internet時GPRS網(wǎng)關(guān)為F2114提供臨時的NAT端口映射服務(wù)，因此，Internet上的中心服務(wù)器不能主動發(fā)起對F2114的訪問，而必須由F2114上線時首先發(fā)起對Internet主機(jī)的訪問后，雙向通訊才能正常進(jìn)行。移動GPRS網(wǎng)關(guān)提供的NAT端口映射服務(wù)具有時效效應(yīng)，若需要雙向的通訊必須設(shè)置F2114定時發(fā)送心跳數(shù)據(jù)包，保持NAT 端口映射。

調(diào)試運行一段時間后，發(fā)現(xiàn)通訊質(zhì)量會受到通訊距離遠(yuǎn)、無線信號干擾、建筑物屏蔽等因素的影響從而無法達(dá)到實時監(jiān)控的要求，因此從盡量降低工程投資成本的角度考慮，最終選擇了外網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析方案進(jìn)行組網(wǎng)。

3.2動態(tài)IP+DNS解析方案

動態(tài)IP+DNS解析方案系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖3，可以看到，該方案取消了GPRS無線路由器(F3X25 ROUTER)，改為由中心數(shù)據(jù)服務(wù)器采用動態(tài)IP的方式接入Internet。在這種方案中，雖然中心數(shù)據(jù)服務(wù)器端每次上線的IP可能不同，但通過DNS動態(tài)域名解析可以在GPRS模塊與中心數(shù)據(jù)服務(wù)器之間建立連接。

圖3　外網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

采用動態(tài)IP+DNS解析方案，需要為中心數(shù)據(jù)服務(wù)器申請一個域名，并把這個域名寫入GPRS模塊(F2114)中。中心數(shù)據(jù)服務(wù)器端首先接入Internet，再與DNS服務(wù)器進(jìn)行連接，將當(dāng)前獲得的動態(tài)IP報告給DNS服務(wù)器。在GPRS模塊上電后，先采用域名尋址的方式連接DNS服務(wù)器，再由DNS服務(wù)器找到中心數(shù)據(jù)服務(wù)器外網(wǎng)動態(tài)IP，以實現(xiàn)兩者之間的通訊。

該方案可以減少申請和使用外網(wǎng)靜態(tài)IP的費用，避免中心數(shù)據(jù)服務(wù)器端GPRS設(shè)備受到信號干擾、屏蔽，滿足工程通訊要求。

3.3數(shù)據(jù)采集端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

如圖4所示，在本工程中，控制器之間數(shù)據(jù)交換采用PPI通訊協(xié)議，PLC與熱泵機(jī)組、智能電表之間均通過Modbus-RTU協(xié)議進(jìn)行通訊；PLC與觸摸屏和F2114采用PPI協(xié)議進(jìn)行通信；其余設(shè)備采用硬接線的方式與PLC連接。

圖4　數(shù)據(jù)采集端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

4　系統(tǒng)組態(tài)

本工程在中心數(shù)據(jù)服務(wù)器上安裝一體化監(jiān)控指揮平臺iCentroView(簡稱iCV)，該平臺可提供給用戶豐富的軟件開發(fā)工具(包括統(tǒng)一客戶端顯示框架、組態(tài)、報表、統(tǒng)計圖、趨勢圖等)，支持模塊化開發(fā)方法，具有強(qiáng)大的腳本編輯功能，可以快速搭建出用戶所需的監(jiān)控平臺。

4.1配置中心數(shù)據(jù)服務(wù)器

中心數(shù)據(jù)服務(wù)器端通過iCV平臺對服務(wù)器進(jìn)行配置，開放4415服務(wù)端口，開啟服務(wù)功能。

在采用GPRS在線監(jiān)控方案時，需要在網(wǎng)關(guān)路由器(F3X25 ROUTER)上做NAT映射。在IE瀏覽器中輸入網(wǎng)關(guān)路由器IP地址，進(jìn)入路由器設(shè)置頁面，在NAT選項下添加運營商分配的外網(wǎng)IP(例如27.154.68.226)和內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器的IP地址(例如192.168.1.10)，將來源端口和目的端口統(tǒng)一設(shè)定為4415端口。設(shè)置完成后，當(dāng)來自外網(wǎng)的數(shù)據(jù)包訪問27.154.68.226網(wǎng)關(guān)的4415端口時，網(wǎng)關(guān)就把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)給內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心192.168.1.10的4415端口。

在采用動態(tài)IP+DNS解析方案時，需要通過動態(tài)域名客戶端軟件申請二級域名，經(jīng)申請的中心數(shù)據(jù)服務(wù)器域名為：ndlwill.f3322.org。

4.2配置F2114 IP MODEM

在F2114設(shè)備中插入SIM卡，確定調(diào)試工具電腦串口號以及比特率(例如選用COM1通訊端口，比特率為115 200bps)。通過IP Modem Configure對F2114設(shè)備進(jìn)行配置，首先確定中心數(shù)據(jù)服務(wù)器地址和端口，在采用GPRS在線監(jiān)控方案時，輸入IP地址27.154.68.226和4415端口號；在采用動態(tài)IP+DNS解析方案時，輸入中心數(shù)據(jù)服務(wù)器域名ndlwill.f3322.org和4415端口號。其次，配置IP Modem工作參數(shù)，工作模式選擇PROT,輸入所插入的SIM號碼，無線網(wǎng)絡(luò)為3gnet,APN需根據(jù)所選擇的服務(wù)商進(jìn)行確定(移動為cmnet,聯(lián)通為uninet)。最后，通過SSCOM串口工具進(jìn)行通訊測試。

5　結(jié)束語

基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的某高校智能熱水供應(yīng)系統(tǒng)現(xiàn)已正式投入運行，實踐證明該系統(tǒng)有效地降低了工程投資，且運行穩(wěn)定，滿足智能監(jiān)控要求?？梢姡珿PRS無線網(wǎng)絡(luò)在綠色、智能建筑領(lǐng)域具有較高的實用價值與推廣意義。

[1]鐘章隊，蔣文怡，李紅君.GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)[M].北京：人民郵電出版社，2001.12.

[2]顧肇基，王穎.GSM網(wǎng)絡(luò)與GPRS[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[3]趙亮，黎峰.GPRS無線網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2005.26(9)：2552-2554.

Application of GPRS Wireless Network in the Intelligent Hot Water Supplying System

Shen Ligang

分析了某高校智能熱水供應(yīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，重點對基于GPRS網(wǎng)絡(luò)通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)終端設(shè)備實現(xiàn)的無線長距離數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了研究與實驗，并對系統(tǒng)組態(tài)過程進(jìn)行了概述。

物聯(lián)網(wǎng)GPRS數(shù)據(jù)傳輸DNS

The structural features of the intelligent hot water supplying system in a university is analyzed,and it focus on the implementation of the long-distance data transmission system which based on the GPRS network and composed of the IoT(internet of things)data terminal equipment.Furthermore,the procedure of the system’s configuration is introduced.

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