■乐山市自来水有限责任公司　胡宏伟　李 嵘

传统PLC数据采集存在建设成本较高、性能过剩、维护困难等问题，本文提出一种基于DTU的智能数据采集、监控系统，建设成本相对PLC采集有大幅降低，运行维护对专业人员的需求也有所降低。

一、概论

随着新基建政策的持续发力，智慧城市的建设也不断推进，作为智慧城市的一部分，自来水生产、供应的信息化、智能化需求也在日益增加。而《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》的发布，则对物联网的建设提出了更高的要求。如何在新形势下做好信息化建设，成为自来水公司的一大任务，而数据采集作为供水信息化重要组成部分，是进行科学性数据分析的基础。采集数据的全面性、准确性、实时性直接关系到数据分析结果的价值，因此如何建立一个广泛、高效且具备性价比的数据采集系统成为了一个值得思考的问题。

二、自来水数据采集现状

受自来水供应自身特性所限，自来水数据采集具有以下特点。

（一）自来水供应关键节点一般位于地下，增加数据采集设备需牵涉开挖，恢复和设备上墙等事宜，实施难度较大。

（二）大多数自来水供应设施位置较为偏僻，数据采集取电困难。

（三）数据采集需求大，数据控制需求较小。

（四）部分水表、流量计厂商提供的数据采集终端费用较高，通常在3000元/台左右。

三、PLC数据采集的特点

（一）PLC数据采集方式

1. PLC直采外部数据，该方式需要通过硬件配置来建立连接通道，然后再由用户自己编程进行数据采集，最后通过以太网或电信网络进行数据上传。

2. PLC通过OPC-UA、MODBUS TCP等外部访问协议采集数据。该方式需要在用户PLC里进行编程、配置，且存在向下兼容性问题。

3. 通过OPC通讯中间件或中传软件采集数据，但效率、安全性、系统兼容性上均存在一些问题，且存在中间件收取许可费问题。

（二）PLC数据采集的优缺点

1. PLC功能强大，能实现较为复杂的逻辑控制。

2. 具备较成熟的现场应用经验，系统运行稳定性得到了验证。

3. PLC运行维护人员需要的专业技术能力较高。

4. 采集点位安装成本较高，在使用最低端PLC的情况下，实现一个数据采集点约需金额2500元（不考虑外接市电费用）。

5. 功耗基本在10W以上,通常情况下需使用外接交流电源。

四、基于DTU的数据采集

DTU (Data Transfer unit)，是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。

基于DTU的智能数据采集系统，包括：DTU单元、数据采集单元，系统数据接收模块、解析模块和数据监控模块等。

（一）DTU单元

DTU单元负责通过脚本定时向具备RS232或RS485接口设备发出数据查询请求，接收回传数据后通过4G网络使用HTTP的POST方法将数据回传至服务器，DTU不负责数据解析，从而降低功耗、提升系统稳定性。

（二）数据采集单元

数据采集单元包括电压采集模块、电流采集模块、液位采集模块，湿度采集模块、温度采集模块等，上述模块将电压、电流等模拟量转换为数字量并通过RS232或RS485接口回传DTU。

（三）数据接收模块

数据解析模块部署于机房服务器，在接到DTU的POST请求之后，负责将DTU回传数据存储到数据库。

（四）数据解析模块

数据解析模块部署于机房服务器，负责根据厂家提供的数据通讯协议将回传数据解析为可识别的生产数据。

（五）数据监控模块

数据解析模块部署于机房服务器，主要负责两方面的信息监控。

1. 将模块接收到的信息与设定信息进行对比，如超过设定阈值后进行报警。

2. 定时检测数据回传情况，如数据回传中断时间超过设定阈值，则进行报警。

五、基于DTU的数据采集系统的优缺点

（一）优点

1. 数据采集成本较低

基于DTU的数据采集系统硬件购置成本成本较低，大规模采购时成本可控制在1000元以下，相比传统PLC采集每个采集点成本可降低90%以上。

2. 系统功耗较低

DTU待机功耗低于1W，数据传输功耗约2.5W，使电池供电实现实时采集成为可能。根据现场测试，在1分钟采集上传一次的工况下，100AH蓄电池可满足一个月使用需求。

3. 系统开发难度较小

使用DTU实施数据采集，开发人员只需具备传统PC端开发能力即可，不需具备PLC相关开发技能，系统开发实施难度较小。

4. 采集点部署难度低

DTU功耗较低，可不使用市电电源实现数据采集，系统部署相对难度相对较低，对于临时数据采集任务也能胜任。

（二）缺点

1. 缺乏控制功能

DTU因考虑到功耗、稳定性等相关因素，不能实现远程控制。

2. 系统运行稳定性未得到长期考验

虽然目前部分DTU采集设备已上线运行，但尚未经过7、8月及1、2月极端气温考验，系统运行稳定性尚未得到完全验证。

六、总结

综上所述，DTU数据采集具备购置成本低、安装较为便捷、系统开发难度较小等优点，可望在新形势下的信息化建设中发挥更大作用。