工业远程无线数据采集系统技术白皮书

一、系统概述

在现代工业厂矿中，大量的物质量、能源量仪表数据采集是靠人员采集。随着市场经济机制的调整，人们越来越意识到现代企业人力资源成本占运营成本的比重逐渐增大，人员密集型的数据采集、有人值守工作将被现代化的电子信息监测系统所代替。

短消息(Short Message)业务作为灵活而方便的通信方式，越来越为人们重视。该业务通过无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和前转功能。基于这种技术，以GSM网络作为无线传输网络,安徽皖通邮电股份有限公司开发出了工业远程无线数据采集系统。

系统实现了数据采集的信息传递，综合了计算机、数据通讯、自动化控制等技术，达到了国内先进水平。系统具有覆盖面广、可靠性高、数据传输准确、用户投资小、运营费用少等优点，适合于移动、分散、覆盖面广、无人值守、不定时动态的监测领域。 二、

系统构成

3.1 上位机部分

即监控中心，由监控中心的计算机（通常为服务器）和WT-SM系列短信息模块组成，二者通过RS232串行口相连接。监控中心发送组态信息及控制命令并接收数据采集器上报的数据和报警信息。

3.2 下位机部分

即数据采集器，由短消息模块及单片机组成。其中WT-SM系列短消息模块是核心器件，利用它的短消息收发功能作为采样信息的传递载体。

3.3 软件组成

软件系统的设计和开发基于以下技术原则：

 数据库技术

 WINDOWS操作系统族的程序开发、MFC程序界面设计和DAO数

据库访问界面

 基于PC总线硬件界面设计的中断驱动和数据交换的硬件开发和软

件接口技术

 基于高性能单片机的程序设计技术。

三、系统原理

WT-SM02A模块通过一个标准的RS232九针接口和监控中心计算机相连； 其发送指令的原理是：中心计算机将需要发送的信息按照一定的协议传递到WT-SMO2A模块，由模块通过SIM卡以标准的GSM信号发送出去，经过GSM基站传递到短消息中心，然后再通过基站发送到数据采集器，从而完成信息的发送。

其接收数据的原理是：数据采集器与现场二次仪表相连，将采集到的现场数据通过WT-SM02B模块发送到短消息中心，短消息中心再将该消息通过GSM基站发送到WT-SMO2A模块中的SIM卡上，WT-SM02A模块再将信息通过串口传送到中心计算机中。其发送和接收示意图如下：

四、采集器性能指标

 工作方式：不间断工作  环境温度：-25℃~ +60℃  相对温度：≤85%  工作电压：DC 6V~12V

WT-SM02A模监测中心 传输线路 基站 传输线路 基站 数据采集器 RS232 短消息中心 系统数据传输示意

 工作电流：≤300mA

 外形尺寸：170×145×65（mm）  信息接收廷时：≤30秒  数据接口方式

1、串口方式：RS232/RS485 2、脉冲计数方式

3、4-20mA电流环（采集误差≤4%，累计误差≤0.25%） 五、

系统功能

计量仪表 系统拓朴图

数据采集器 计量仪表 短消息中心 监控中心 数据采集器 系统由数据采集器和监控中心两部分组成。数据采集器根据输入信号可以选择不同型号，其功能如下：

4.1 数据采集器的功能

 可接受2路4-20mA模拟输入  具有一路RS485接口

 可接受2路脉冲输入（幅度为3-10V可调）  具有一路开关量输出

 数据可定时批量发送或监控中心要求随机发送  对输入信号坏质量发生报警信息

 数据采集器组态信息和采集的数据可断电保护  具有时钟功能（通过监控中心设定，误差10秒之内） 注：采集器功能的前四项根据型号可以选择

4.2 监控中心的功能

 能够给数据采集器下发组态信息

 能够给数据采集器下达控制命令（如测试、休眠、控制输出）  能够校准数据采集器的时钟

 数据采集器发送来的数据自动进入数据库  数据库具备一定的安全措施  处理数据采集器的报警信息  每月自动新建数据库

 具有休眠和唤醒功能，根据相应的命令使数据采集器转入休眠或进

入工作状态（适应于长时间检修）

 如果监控中心短时间停机（短消息少于25条），信息可以保留在短

消息中心。

五、系统特点：

将传统的工控系统与新兴的移动通信的GSM短信息业务相结合,以先进的电子技术、互联网网络技术、芯片技术、计算机技术、通讯技术为核心，加以完备的用户系统需求分析，利用移动通信的网络平台，为用户提供全面、有效、经济的解决方案。

1、只要有GSM信号(手机可用)的地方就可以完成短消息的发送和接收； 2、发送短消息的速度快（在信号一般的条件下可以达到每6秒种发送一条短消息的速度）、无须象MODEM通信那样进行冗长的握手连接；

3、运行费用低（以目前移动公司的收费标准，每台表的运行费用可控制在10元左右）；

4、组网简单费用低廉：同有线网相比，节省线路、电话资源；同常规无线网相比，无需架设天线，而且免去无线电频率资源审批手续；

5、可以实现批量发送，以较短的时间完成大量的信息的发送；

六、监控技术传输模式的几种方式比较

通常监控系统中的现场与监控中心之间的通讯连接有几种解决方案，其具体分类及相关比较如下表所示：

传输模式 有线 E1/T1 DDN/X.25 较高 较高 高 高 低 较高 具体分类 PSTN 投资 较低 运营成本 较高 覆盖范围 有限(有长途限制) 小 较小 小 较大 快，好 较快，好 快，好 快，较好 传输速率及质量 较快，好 光缆、UTP、铜缆 高(自建） 无线 微波等无线收发设备 GSM 较低 高 低 很大（无 长途限制） 较慢，较好，实时性不高，安全性高 六、

应用案例

工业远程无线数据采集系统在马钢计量的应用情况

系统在马鞍山钢铁服份有限公司的水计量上得到很好的应用。马钢公司现有

水泵站18座、净化站6座、循环水处理站15座，各类计量点300余点，其中原水泵站、厂际计量等一类计量点约50点，分布在方圆20平方公里内。长期以来，水量数据主要由近十名报量员、统计员对这些计量点的数据进行传递、统计、处理。由于报量时间不统一，加之人为因素的影响，计量异议时有发生，影响了马钢二级厂矿的成本考核。因此指标的计算缺乏同比性，水量的供给、消耗没有指导性检测数据，公司节水工作难以持久深入开展，水量消耗的成本控制无法落到实处。

多年以来，马钢公司一直在寻找既经济又可靠的方式将所有一类计量点组成水计量网络。

皖通邮电股份有限公司针对这一现状研制开发了基于GSM短信息的无线监控系统，该系统首次应用于马钢水计量改造。在本次改造中选用了13台带RS485接口的数据采集器，分别对27个计量点进行计量，其中最多一台数据采集器通过RS485口接8台转换器，从7月下旬安装运行至今运行状况良好。该公司正着手准备在电计量上使用本系统采集。采用本系统之后，计量部门得到如下便利：

1． 2． 3． 4． 5． 6．

所有一类计量点数据当天上报（部分点4小时、8个小时即上报）； 排除人为因素，确保计量数据的准确性； 由于上报时间统一，便于平衡分析及生产调度； 组网费用低；

无需人工抄表，节省了人力资源； 利用GSM资源，节省了运行费用；