数据通信在远程监控系统中的研究及应用

摘 要：远程监控系统在工业控制领域应用十分广泛，它对提升工业控制的智能化和信息化有着十分重要的意义。本文以城市供热企业的换热站为研究载体，为实现其远程监控功能，结合当前的数据通信方式进行分析和研究，为实现具有自动控制功能的换热站系统设计提供远程通信方案。

关键词：远程监控；GPRS；VOIP；换热站

中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2015） 02-0000-01

随着控制技术的发展，工业控制的领域不断扩大，同时也促进远程监控系统的技术更新。我市热力企业的换热站存在布局分散、无人值守、监控布线复杂、网络自动管理水平不高等问题，上述的因素直接造成监管困难、经营成本过高、人力物力浪费、工作效率低下。我市热力企业为提升网络管理水平和降低运营成本，对下属的无人值守换热站进行远程监控系统的技术改造。

按照传输介质的种类进行划分，数据通信可分为有线通信和无线通信两种方式。结合热力企业下属的换热站布局分散、实时控制和降低成本等因素的需求，在工程实施中，将无线通信作为主要通信方式。微波通信具有频带宽、容量大、灵活性强、费用合理等特点，也是目前无线通信中的主要通信方式。结合枣庄市热力公司的换热站应用，本文以GPRS和VOIP两种无线通信技术进行研究。

一、基于GPRS的远程监控系统

（一）GPRS技术。GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称。它是在GSM网络基础上发展的一种分组交换技术，采用端对端的分组传输和交换方式为移动用户提供丰富的数据业务。它具有“始终在线，始终连接”的特点，其数据传输速率高达171.2kbps，并能根据移动用户需求动态的分配资源，与传统的电路交换相比较，在费用方面更具有优势。

（二）模块划分及功能设计。我市热力企业在2008年对其直管换热站进行第一次改造，完成了从人工现场控制管理到智能控制管理换热站的硬件升级，并建立远程监控系统。远程监控系统按照“够用能用能扩展”的原则进行设计，主要包括以下模块：就地控制采集系统、中心控制监控系统、GPRS数据通信系统、远程控制执行模块和应急处理系统。

就地控制采集系统主要是由换热站中的各路传感器对现场的温度、热量、压力、液位、流量等信息进行采集、编码，并对进行A/D转换做出分析、判断和处理。中心控制监控系统，是整个供热系统的运行调度和管理的中心，能够完成数据的处理和监控控制。GPRS数据通信系统是依托现有的移动数据网络为传输媒介，实现换热站与控制中心的通信连接，能够完成数据采集、数据控制及数据信息的传递与交换。远程控制执行模块主要是完成中心控制室对就地换热站的远程控制，进行现场的流量、液位等控制设备的启停操作。应急处理系统主要是利用操作控制平台进行调节、调度等处理，比如在热量不足或过剩等报警情况下进行应急处理。

（三）软件系统设计。远程监控系统的软件系统由驱动程序和应用软件组成。其中应用软件具有收集、处理、存储、管理和实时监控等功能，能够完成换热站的现场处理、远程数据传输、参数收集分析与处理等操作。考虑到应适应未来各种业务的发展需要，在进行GPRS网络设计时，具有良好的适应性和可扩展性，为能够承载更多业务搭建平台，还应包含系统应用系统的远程更新等更多功能，为此，基于GPRS网络的软件系统主要包括驱动程序模块、数据采集模块、开关量输入数据采集模块、开关量输出管理模块、数据库管理模块、通信模块、系统远程更新模块等模块。

（四）应用总结。GPRS作为一种移动数据通信技术，能够实现数据分组的发送和接收，可为换热站的远程控制提供灵活可靠的网络连接。从实际应用的角度，GPRS DTU在建设费用、建设周期、运行成本、系统稳定性、实时性等方面都具有极大的优势，同时，由于GPRS网络本身包括GPRS骨干网、公众移动数据IP网等多种组成部分，各种网络的结构和安全要求各不相同，因此存在安全问题。所以在安全方面要综合考虑，比如，接入方式的安全因素、计算机系统的安全因素、操作规程上的安全因素等。

二、基于VOIP技术的远程监控系统

（一）VOIP技术。VOIP（Voice Over IP）是IP网络电话的简称，是将语音集成在IP协议中，通过对语音信号进行数字化编码、压缩处理，转换为IP数据包，使其在IP网络完成传输，从而实现利用IP网络进行语音通信。VOIP技术可以将传统企业PSTN语音业务与企业LAN数据业务进行合并，利用一个网络实现语音与数据的融合传递。该技术可以在原有企业网络基础上升级改造，对增强企业LAN网络的扩展功能、丰富语音呼叫业务、提升网络信息服务和降低企业运营成本都有极其重要的意义。

（二）模块划分及功能设计。枣庄市热力公司自2011年进行第二次系统升级改造，在原有监控网络的基础上，提供语音通话、供热专线、故障报修等增值服务。基于以上服务，将该系统按照功能划分为以下模块，即语音包处理模块、市话网关处理模块、协议转换模块和控制管理模块。

语音包处理模块主要是通过数字信号处理芯片进行语音的编码及解码、噪声检测、回音处理和语音打包与拆包处理，从而达到保障语音通信的目的。市话网关处理模块主要是指将原有传统电话设备上的业务及增值业务（如来电显示、企业彩铃、呼叫等待等）作为电话信令，实现其在通信设备与网络协议处理器之间的协议转换。协议转换模块主要是对电话信令的相关信息进行处理和将信令信息转换成特殊网络对应的信令协议，实现信令在交换网络中的传输，采用的协议标准主要有SIP协议、MGCP和H.323协议。控制管理模块主要是实现VOIP的配置及维护，为语音管理提供接口服务。

（三）网络结构。网络结构主要是有中心管理模块、客户端模块和存储模块三个部分。中心管理模块是整个网络的核心和控制中心，在结构设计中，包括用户注册管理、语音数据管理、协议转换、接入认证、网络融接、呼叫请求的处理。

（四）应用总结。VOIP技术在换热站远程监控系统中的应用，是将语音通信技术与数字通信技术进行融合的典型应用。它解决了利用IP通信网络进行语音通信，拓展了服务功能，在实际应用中有很多优势。比如，在原有网络基础上提供语音增值业务，提高网络带宽的利用率。

参考文献：

[1]杜晓婷，李美莲.基于GPRS的远程监控系统[J].现代电子技术，2011.

[2]胡萍，黄永峰.VOIP的创新应用及其发展趋势[J].科学管理研究，2009.

[作者简介]孙海峰（1980.11-），山东枣庄人，在枣庄经济学校从事教学和科研工作，现就读青岛科技大学自动化与电子工程学院工程硕士。