特种设备监控终端的设计

王　微

[摘要]首先介绍对特种设备进行监控的背景和重要性，然后介绍特种设备远程监控终端的系统功能，描述终端系统的总体结构设计并详细分析终端系统的各个功能模块和GPRS数据传输方案的特点。最后总结监管终端在数据采集和传输方面设计的特点和灵活性。

[关键词]特种设备 监管终端 数据传输 GPRS

中图分类号：TP2文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0120013－01

一、引言

特种设备是重大危险源设备，例如高压容器、锅炉、起重机械、气瓶冲气点，因其本身和外在因素的影响容易发生事故，并且一旦发生事故会造成人身伤亡及重大经济损失。据统计，全国特种设备的事故发生率约为万分之一，是先进国家的2倍。因此，加快特种设备管理信息化建设步伐，通过信息化的手段来加强对特种设备的监管，提高安全保障能力已成为必然趋势。

二、系统概述

（一）系统功能。特种设备远程监管终端是指采集特种设备的信息，并进行处理储存，同时能和监管中心进行数据交换的设备。它属于特种设备远程数字监管系统的硬件部分，是实时采集、存储特种设备的安全运行特征参数、日常维护管理数据，并根据要求传输到监管中心，以实现对辖区内特种设备运行和维护管理的实时监管。

（二）数据采集单元。数据采集单元是指采集特种设备的信息，并将它处理后通过信道传送到数据传输控制单的专用模块。数据采集单元采集特种设备的各项监测参数，例如锅炉的温度、压力、水位，容器的温度、压力，电梯的运行参数等。对于数据控制单元与采集单元之间无法通过有线方式通信的场所可采用无线射频模块通信，要求其内置多种高纠错信道编码通信技术，自动过滤掉空中产生的假数据；具有更高的抗干扰性强，通信稳定；能提供透明的数据接口，可靠传输距离可达300m以上；载频无须申请频率使用许可证，如可采用ISM频段430～434MHz能实现低功耗或休眠功能（如功率控制在不大于10mw，接收电流小于30mA，发射电流小于40mA，休眠电流小于20uA）；模块能长期使用稳定可靠工作。

（三）数据控制传输单元。数据传输控制单元是指收集各数据采集单元的数据，并进行处理储存，同时能与监管中心进行数据交换的模块。数据控制传输单元控制数据采集单元的数据采集、存储、传输。其内部的固态存储器，可以用来贮存一个或多个数据采集单元监测的各种特种设备的数据，并可以将这些数据实时保存至少两年。数据控制传输单元可以把数据通过GPRS、CDMA、PSTN、ADSL、以太网、光纤等方式传送给远程监管中心。它具有内部时钟，能够自动地按设定的时间间隔将特种设备各项监测数据上报给特种设备远程监测中心，也可以接收远程监控中心的指令随时查询特种设备的监测数据，获取设备的实时数据，并贮存在固态存储器中。嵌入式网络模块，可以控制采集模块采集数据，处理特种设备远程监控中心发过来的指令和采集模块上传的数据，通过GPRS/CDMA无线网络模块或者以太网将数据上传给特种设备远程监控中心。CPU采用先进的RISC工艺，使运行速度得到大幅度提高的同时，功耗控制在较低水平。同时，在人机接口方面，嵌入式网络模块可支持各种LCD显示、矩阵键盘。嵌入式网络模块除了基本的用户空间外，还可以根据需求再扩展不小于16M FLASH芯片或电子盘等来存储相应的数据。

（四）电源管理单元。电源管理单元控制整个硬件系统的电源供应，由电源控制模块、备用电源等组成。电源控制模块是整个系统的动力供给，分为220V交流市电供电和备用直流电源供电（蓄电池）两种供电模式，输入通过该电源控制模块转换为适合系统使用的5V和12V直流电压，其设计目的是在普通使用时由220V交流供电，确保供电稳定和持续，此种供电方式是正常使用模式，如果碰到停电或交流电压不稳，可由电源控制模块自动切换到备用电源供电，由此保证供电的正常。

（五）GPRS传输方案。GPRS与CDMA数字传输业务的推出，给特种设备远程数字监管系统提供了全新的数据传输方式，彻底摆脱了有线网络的束缚。从特种设备远程数字监管系统应用角度上看GPRS与CDMA基本一致，安装、运行成本也大致相当。因为中国移动是国内最大的移动通信网络运营商，其网络覆盖范围广、容量大、质量好，更能满足特种设备远程数字监管系统的功能需求。GPRS（通用分组无线业务）是在GSM网络基础上通过增加分组域升级实现的，能提供通用无线分组数据服务和传统的GSM服务。其充分利用共享无线信道，采用IP Over PPP实现数据终端的高速、远程接入。

GPRS具有如下特点：

1．GPRS的计费合理，使用方便。在GPRS网中，用户只需与网络建立1次连接，就可长时间地保持这种连接，并只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道也不计费。GPRS根据通信的数据流量和提供的服务质量进行计费；

2．传输速率高。GPRS理论上的最大传输速率可达171.2Kbps；

3．网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。由于GPRS网本身就是一个分组数据网，支持TCP/IP、X.25协议，因此无需经过PSTN等网络的转接，直接与分组数据网互通，接入速度仅几秒钟，快于电路型数据业务；

4．GPRS在远程突发性数据实时传输中具有不可比拟的优势，特别适合于频发少量数据的实时传输，因而GPRS业务在某些行业上有特殊的应用，特别适合于数据采集、远程抄表、远程监管等应用系统中。

三、结束语

远程数字监管终端应能同时监管多个或多种特种设备，满足对同一单位中多个或多种特种设备监管的需求，并能随时增加和减少被监管设备。它具有丰富的数据采集接口，能对各种特种设备的运行技术参数进行自动采集，监管系统数据传输利用移动公司GPRS和GSM/SMS无线网络，投资少，运行维护费用低，并且对同一单位不同监管点的位置分布情况能够提供合理的数据采集方案，如监管点与监管终端的距离小于150米时采用RS485有线方式，大于150米时采用无线射频方式，使得对特种设备的监管更加灵活；采用组件式模块结构，各功能组件能单独更新、替换、增加和拆除，使系统维护更方便、更安全、更可靠。

参考文献：

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作者简介：

王微，女，湖北钟祥人，武汉邮电科学研究院2006届研究生，现在武汉邮科院同博科技有限公司研发部实习，主要研究方向是通信与信息系统和通信软件。