我国北方地区冬季供暖普遍采用集中供热方式。通常一个城市有几个区域供热网，一个区域供热网包含有几十个到上百个换热站。为了使热网尽可能地在最佳工况下稳定运行，热网监控系统需要将各换热站的运行数据传送给调度中心，以便调度人员随时了解各换热站的工作状况和有关信息，实现全网的热能统一调配。
    热网的特点是点多面广，距离较远，现场情况千差万别。因此，我国多数城市的热网监控系统都没有专门铺设通信线路，而是采用数传电台或电话线拨号上网【1-3】。采用数传电台作通信设备，需要向无线电管委会申请专用频点，易受风雨雷电的影响，需要人工巡查维护，并且由于体积大和发射功率大，易对仪表运行造成干扰。利用电话线拨号上网方式，虽然安装费用低，但运行期间电话费很高，速度不稳定，也无法很好的满足系统需要。
    针对上述两种通信方式存在的不足，本文采用GPRS无线通信方式予以解决。GPRS是在现有GSM系统上发展的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务【4】。现有的基站子系统(BSS)可以提供全面的GPRS覆盖。GPRS网络具有如下特点【5】：永远在线、按流量计费、高速传输、组网简单灵活、维护便捷、使用安全。因此，使用GPRS构建热网监控系统，可以充分弥补现有通信方式的不足。
2  系统结构与总体方案设计
    热网监控系统由换热站现场测控设备、GPRS通讯终端和调度中心组成。系统的拓扑结构如图1所示。


图1  热网监控系统总体结构图


    监控系统的工作过程一般分为以下几个步骤：
    (1) 现场测控设备实时采集热网运行数据，对数据进行处理、分析，根据分析结果对换热站设备的运行状态进行调节；
    (2) 响应GPRS通讯终端的数据发送请求，将采集处理后的数据上传给通讯终端。通讯终端将数据打成IP包，通过GPRS网络，经Internet发送至调度中心；
    (3) 调度中心软件将IP包解包，还原数据，并根据热网总体运行情况实现远程监控。
本文主要设计通讯终端和调度中心两部分。设计的主要内容包括终端硬件电路设计、TCP/IP协议处理、终端与调度中心的互联、调度中心的网络接入与功能实现等。
3  GPRS通讯终端
3.1   硬件

王先生  13681285841
GPRS无线数传（GPRS  DTU）是以GPRS网络为通信平台，提供标准的RS-232/485/TTL接口，按照工业标准设计，可直接与RTU、PLC、智能仪表、单片机控制器等各种工业现场的下位机设备连接。可以让工业用的RS232/RS485串口设备的串口通信立即转换为GPRS无线网络通信的双向转换数据传输设备。
CG-12为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。CG-12符合工业级标准，优化电磁兼容性设计，具有超强的可靠性。
GPRS DTU产品又可称为无线数传终端、无线数传模块、GPRS数传终端、GPRS IP MODEM、GPRS数传模块、GPRS模块等，CG-12 GPRS DTU内嵌PPP、TCP/IP、UDP等多种协议，可实现用户设备到数据中心远程透明数据通信；提供专业工业级产品接口，与用户设备即插即用，安装简单、使用方便。
用户不用知道复杂的GPRS通讯原理和TCP/UDP协议，不用更改程序即可实现原有串口设备的无线网络连接，设备通过串口轻松实现GPRS网络和Internet接入，节省您宝贵的时间和已有投资，可用于长距离通信或控制。
3.2   终端软件设计
    终端软件设计采用在嵌入式实时操作系统 下编程的方法，软件结构主要包括以下几个功能模块：终端初始化模块、GPRS通信初始化模块、TCP/IP协议处理模块和应用程序模块等。
    为了节省费用，通信终端采用了动态IP地址分配方式，即终端每次上电后GPRS网络为其分配动态IP地址和端口号，终端将此动态IP地址和端口号发给调度中心，以便于调度中心访问。终端需要定时向调度中心注册，以维持先前动态分配的IP地址和端口号。
通讯终端的工作流程如图3所示。


图3  通讯终端软件流程


    终端上电或复位后，首先等待参数配置命令，如果收到配置命令，则进入配置状态；否则，读取片内用户Flash中保存的配置信息。接着通过串口向GPRS无线模块发送相应的AT指令，GPRS终端开始进行拨号和PPP协商过程。当PPP协商成功，无线模块登录网络成功后，系统通过加载PPP/TCP/UDP/IP等协议，同中心建立起Socket连接，数据的双向传输通道建立，系统进入发送接收用户数据、监测上报故障和定时向中心注册的循环状态。
4  调度中心设计
    调度中心的主要功能是：接收各换热站通讯终端发来的数据，并对数据进行分析处理；保存各终端的动态IP地址，监视各终端的状态；维护热网数据库，提供用户数据查询、打印报表；实现调度与远程控制等。
    这些主要功能由软件实现，使用了VB6.0进行开发。软件设计主要包括6个相对独立的功能模块：实时监测模块、数据分析模块、数据库管理模块、远程控制模块、参数设置模块、换热站自动上传报警信号处理模块，如图4所示。
    调度中心有以下几种组网方式：光纤专线方式；ADSL方式，中心需要申请一个固定的IP地址，或使用动态IP地址+域名；GPRS MODEM方式，使用SIM卡绑定固定IP地址的方式。本系统采用ADSL+固定IP地址的接入方式。在对GPRS 通讯终端进行配置时，写入这个固定的IP地址，这样终端一开机就能自动与调度中心进行通信。调度中心数据收发的流程如图5所示。

图4  调度中心软件功能

图5  调度中心数据收发流程图
5  结束语
    城市集中供热行业中，利用计算机技术监控热网的运行可实现能源的充分利用，减小环境污染。同数传电台相比，利用GPRS网络传输数据可靠性高，在建设成本和维护成本上都有很大的优势，对于供热企业提高工作效率和生产管理水平、保证供热质量和热网的安全稳定运行具有重大的现实意义和广泛的应用价值。随着GPRS网络的完善和费用的进一步降低，基于GPRS网络的热网远程监控系统将得到更广泛的应用。

产品型号： CG12
产品名称： GPRS无线数传(DTU)
规　　格： 113×68×25(mm)
产品备注： 将串口通信立即转换为GPRS通信
GPRS无线数传（GPRS DTU）是以GPRS网络为通信平台，提供标准的RS-232/485/TTL接口，按照工业标准设计，可直接与RTU、PLC、智能仪表、单片机控制器等各种工业现场的下位机设备连接。可以让工业用的RS232/RS485串口设备的串口通信立即转换为GPRS无线网络通信的双向转换数据传输设备。
      CG-12为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。CG-12符合工业级标准，优化电磁兼容性设计，具有超强的可靠性。
      GPRS DTU产品又可称为无线数传终端、无线数传模块、GPRS数传终端、GPRS IP MODEM、GPRS数传模块、GPRS模块等，CG-12 GPRS DTU内嵌PPP、TCP/IP、UDP等多种协议，可实现用户设备到数据中心远程透明数据通信；提供专业工业级产品接口，与用户设备即插即用，安装简单、使用方便。
      用户不用知道复杂的GPRS通讯原理和TCP/UDP协议，不用更改程序即可实现原有串口设备的无线网络连接，设备通过串口轻松实现GPRS网络和Internet接入，节省您宝贵的时间和已有投资，可用于长距离通信或控制。


多种工作模式选择(透明和非透明)；
永远在线；
支持本地数据激活；
软硬件多重看门狗机制；
内嵌完备的PPP，TCP/IP协议栈；
协议扩展功能；
内置ppp心跳机制，防止DTU被基站休眠；
应用层心跳机制，保持应用层稳定连接，适时检测连接状况；
可升级固件程序；
支持中国移动WMMP平台，可进行远程管理；
嵌入式处理器，支持高速处理协议和大量数据；
设备上电联网成功率100%；
稳定性：7x24小时；
设备断网后自动联网成功率100%；
在UDP传输模式下，较高发送频率（每5s发送一个256B数据包）的情况下，丢包率3%以下；
外部供电频繁断电上电，联网成功率100%，联网时间在40s~70s之内；

应用特性：
支持二次开发；    
整体方案的成本优势；    
利用现有公网,建设费用低；    
网络无需维护；    
无本地与长途的区别（GPRS类产品）；  
按流量计费；    
适用于广域及中小数据流量；
适用于复杂的网络结构；