無線遙測系統

無線遙測系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據採集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。

無線遙測系統的套用領域很廣，它可以套用於電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據採集與監視控制以及過程控制等諸多領域。

基本介紹

• 中文名：無線遙測系統
• 外文名：Wireless telemetry system
• 套用領域：電力系統等
• 類別：控制科學與工程
• 新技術：廣泛集成等
• 缺點：實時性和精確性差等

基本概念

無線遙測系統的套用領域很廣，它可以套用於電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據採集與監視控制以及過程控制等諸多領域。

無線遙測系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據採集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。

由於各個套用領域對無線遙測的要求不同，所以不同套用領域的無線遙測系統發展也不完全相同。在目前，在電力系統以及電氣化鐵道上又稱遠動系統。

在電力系統中，無線遙測系統的套用最為廣泛，技術發展也最為成熟。它作為能量管理系統(EMS系統)的一個最主要的子系統，有著信息完整、提高效率、正確掌握系統運行狀態、加快決策、能幫助快速診斷出系統故障狀態等優勢，現已經成為電力調度不可缺少的工具。它對提高電網運行的可靠性、安全性與經濟效益，減輕調度員的負擔，實現電力調度自動化與現代化，提高調度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。

無線遙測在鐵道電氣化遠動系統上的套用也較早，在保證電氣化鐵路的安全可靠供電，提高鐵路運輸的調度管理水平起到了很大的作用。在鐵道電氣化無線遙測系統的發展過程中，隨著計算機的發展，不同時期有不同的產品，同時我國也從國外引進了大量的無線遙測產品與設備，這些都帶動了鐵道電氣化遠動系統向更高的目標發展。

背景和意義

自單片機問世以來，單片機技術得到了迅猛的發展，使得單片機的性能不斷提高，功能越來越強，因其具有功能強大、低功耗、體積小等優點，目前己被廣泛套用於工業控制、儀器儀表、計算機、家電等許多領域中。本課題就是根據單片機的以上優點將其套用在儀表的智慧型測量中。

隨著計算機技術的套用和網路技術的飛速發展，計算機遠程監測監控手段在各行業中也得到了廣泛的套用，遠程監測系統具有信息反饋迅速，便於統一管理、集中調度指揮，有效的提高了管理水平，解決了測量中人工監測的弊病。

針對目前有些地區現場布線困難、儀表布局分散，不利於集中管理的現狀，作者設計了一套全無線遙測系統，系統基於單片機對現場輸入信號的智慧型測量，利用無線通訊進行數據傳輸，實現遠程監測，解決以上問題。現場的測量信息能夠以無線的方式被傳送出去，並且可以在數據中心實時集中管理，統一調度，查詢及報表列印等。全無線遙測系統是一種通用的系統，不僅能測量頻率信號，而且能夠測量微小信號和4-20mA的電流信號。

系統結構

無線遙測系統分三層結構，如圖所示：數據中心、雙模無線智慧型儀表、通用無線智慧型感測模組。數據中心的計算機連線一個GSM Modem模組，儀表室的雙模無線智慧型儀表連線一個GSM Modem模組和一個無線數傳模組，現場的通用無線智慧型感測模組連線一個無線數傳模組。數據中心和多台雙模無線智慧型儀表之間利用公網通過GSM Modem模組以短訊息方式進行無線通訊，實現遠程監測。通用無線智慧型感測模組通過無線數傳模組向雙模無線智慧型儀表定時單向地傳送數據。

系統功能

現場的通用無線智慧型感測模組完成測量功能和數據無線傳輸功能。它採集現場輸入信號，經信號處理模組處理之後，輸入單片機進行A/D轉換，變成數位訊號，然後經過單片機的一系列智慧型計算和功能轉換，輸出工程量。通用無線智慧型感測模組不僅可以採集4-20mA電信號和小信號，而且可以採集頻率信號，因此可以進行多種測量，如溫度、壓力、流量等，具有通用性。

現場的測量結果既可以在通用無線智慧型感測模組上顯示，也能在儀表室的雙模無線智慧型儀表上顯示。通用無線智慧型感測模組和雙模無線智慧型儀表之間，採用無線數傳模組傳輸數據。利用無線數傳模組傳輸數據的方式解決了對於傳輸距離較遠，現場布線困難的問題。數據通過串口採用異步傳輸，制定傳輸協定。數據按照傳輸協定被定時單向地傳送給雙模無線智慧型儀表。雙模無線智慧型儀表和數據中心之間，通過GSM Modem模組傳輸數據，數據以短訊息的方式按照Modbus協定傳輸；數據可以隨機或定時招測雙模無線智慧型儀表的數據，為避免頻繁招測給雙模無線智慧型儀表的其它工作帶來干擾，雙模無線智慧型儀表設計成基於數據緩衝池的雙CPU結構。

數據中心能夠隨機或定時招測雙模無線智慧型儀表中與測量有關的數據，並具有資料庫自動備份、用戶數據查詢、用戶數據修改、清空資料庫、參數曲線顯示、用戶數據列印等功能。雙模無線智慧型儀表和數據中心之間一般在1到幾十公里以上，距離很遠，目前網路發達方便，因此可以採用電台或者GSM網路或公用電話網構成遙測網路，目前手機基站的網路覆蓋面很廣，在全國範圍內都有網路，傳輸數據快，運行費用相對低，將其作為工業通訊設備，有很強的適應性，所以本系統設計採用基於短訊息的GSM網路傳輸數據，實現數據中心對所有雙模無線智慧型儀表的控制和管理。

新技術

無線遙測系統在不斷完善，不斷發展，其技術進步一刻也沒有停止過。當今，隨著人們對無線遙測系統需求的提高以及計算機技術的發展，為無線遙測系統提出新的要求，概括地說，有以下幾點：

無線遙測系統與其它系統的廣泛集成

無線遙測系統一般是各工業系統自動化的實時數據源，為系統提供大量的實時數據。所以在這今十年來，無線遙測系統系統如何與其它非實時系統的連線成為無線遙測研究的重要課題。無線遙測系統與電能量計量系統，地理信息系統、水調度自動化系統、調度生產自動化系統以及辦公自動化系統的集成成為無線遙測系統的一個發展方向。

專家系統等新技術研究與套用

利用這些新技術模擬系統的各種運行狀態，並開發出調度輔助軟體和管理決策軟體，由專家系統根據不同的實際情況推理出最最佳化的運行方式或處理故障的方法，以達到合理、經濟地進行系統網路的調度，提高運輸效率的目的。

面向對象技術、Internet技術的套用

面向對象技術(OOT)是網路資料庫設計和市場模型設計的合適工具，將面向對象技術(OOT)運用於無線遙測系統是發展趨勢。

隨著Internet技術的發展，瀏覽器界面已經成為計算機桌面的基本平台，將瀏覽器技術運用於SCADA系統，將瀏覽器界面作為系統調度自動化系統的人機界面，對擴大實時系統的套用範圍，減少維護工作量非常有利；在新一代的無線遙測系統中，傳統的MMI界面將保留，主要供操作人員使用，新增設的Web伺服器供非實時用戶瀏覽，以後將逐漸統一為一種人機界面。

JAVA語言綜合了面向對象技術和Internet技術，將編譯和解釋有機結合，嚴格實現了面向對象的四大特性:封裝性、多態性、繼承性、動態聯編，並在多執行緒支持和安全性上優於C++，以及其它諸多特性，JAVA技術將導致無線遙測系統的一場革命。

缺點

雖然現有的無線遙測系統已經有了很大的發展，並逐步被套用到工農業的各個領域中去。但是這些系統一些功能的實現上仍具有明顯的缺陷：

實時性和精確性差

用現有的無線遙控測試設備組成的系統進行多目標測量和控制時，由於無線傳輸中的干擾及有限的無線資源，系統只能傳輸極少數的遙測信息和控制信息。這會影響系統工作的實時性和精確性。

無線遙控測試系統的價格問題尤為突出

對於多目標的遙控測試系統，很大一部分的要求來自於民用方面，如導航、石油/液化氣管道測量、地震監測、醫院監護、工廠遠距數據採集等民用方面都提出了很大的要求。對於民用，若不考慮價格，就意味著丟掉市場。因此，從整體設計開始，就得從方案、採用的技術、器件、工藝等方面考慮價格問題。

系統安全性需要提高

無線遙控側試系統由於其通信信道不像有線通信那樣是封閉的，因此它比較容易被侵入或攻擊。如何保證其網路的安全性無疑也是當今網路通信發展的一門重要課題。

本地化差

同國外系統相比，大部分國產通用系統主要是模仿國外系統開發的，雖然部分系統已經漢化，但是中國市場中某些行業規範，他們很難滿足。而且人力資源以及資金限制使得它們可能在很長時間內只能維持對現有系統功能的維護和補充。