馬躍強(qiáng)，金太東，劉微，王文賓，唐忠華

（遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院，遼寧撫順113001）

城市供水系統(tǒng)是保證城市居民能夠穩(wěn)定、安全、可靠飲水的重要保障[1]，其中城市報(bào)警系統(tǒng)是組成該系統(tǒng)重要的一部分。目前，大多數(shù)城市報(bào)警系統(tǒng)的自動(dòng)化水平還比較低，當(dāng)泵站出現(xiàn)故障時(shí)不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)，只有人員到了泵房才能發(fā)現(xiàn)，甚至直到嚴(yán)重影響到居民生活用水才知道，一般要延遲很長(zhǎng)時(shí)間。針對(duì)這種情況本文設(shè)計(jì)了一種城市供水報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)就會(huì)報(bào)警，利用GPRS短信模塊，通過(guò)發(fā)短信能及時(shí)準(zhǔn)確地告知維修人員。同時(shí)，工作人員利用趨勢(shì)曲線可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析以及利用報(bào)表進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和總結(jié)，這樣可以降低故障率，為居民提供穩(wěn)定的生活用水。該系統(tǒng)大大提高了城市供水報(bào)警系統(tǒng)的智能化和信息化。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

分散在城市不同地方的采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)泵站的數(shù)據(jù)采集，然后通過(guò)GPRS模塊把數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。裝有組態(tài)軟件的上位機(jī)系統(tǒng)將傳回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)不合理的數(shù)據(jù)發(fā)出報(bào)警，報(bào)警畫面將會(huì)有報(bào)警燈閃爍，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音，同時(shí)GPRS短信模塊發(fā)出短信告知維修人員是哪個(gè)泵站發(fā)生報(bào)警，是什么報(bào)警，是低報(bào)還是高報(bào)。組態(tài)軟件里的數(shù)據(jù)庫(kù)把GPRS模塊傳回來(lái)的數(shù)據(jù)按一定時(shí)間間隔存盤，利用報(bào)表可以把實(shí)時(shí)的和歷史的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以及利用趨勢(shì)曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。

2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)主要由位于分散在城市不同地方的采集系統(tǒng)和監(jiān)控室的上位機(jī)系統(tǒng)組成。

2.1 采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

壓力傳感器和溫度傳感器負(fù)責(zé)將泵房里穩(wěn)壓罐的入口壓力、出口壓力和泵房溫度的采集，并通過(guò)4-20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳送給數(shù)據(jù)采集模塊的AI通道。紅外傳感器和地面水位傳感器分別將泵房的火災(zāi)和漏水情況的數(shù)據(jù)采集，以及變頻器異常情況通過(guò)開關(guān)量24 V傳送給數(shù)據(jù)采集模塊的DI通道。數(shù)據(jù)采集模塊將AI通道里的數(shù)據(jù)和DI通道里的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過(guò)RS-485接口把處理過(guò)的數(shù)據(jù)傳給GPRS模塊。三相智能電力儀表對(duì)電壓、電流進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)RS-485接口把測(cè)量的數(shù)據(jù)傳至GPRS模塊，GPRS模塊通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)相連，把數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心[2]。

2.2 上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由工控機(jī)、GPRS短信模塊、用戶手機(jī)等組成。本設(shè)計(jì)采用的GPRS短信模塊是廈門四信的F1103 GPRS短信模塊。該模塊的主要技術(shù)指標(biāo)有[3]：MODEM技術(shù)指標(biāo)：

1）支持EGSM900/GSM1800無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；

2）Compliant to GSM phase 2/2+；

3）支持短信、CSD數(shù)據(jù)及撥號(hào)上網(wǎng)功能；

4）支持中、英文短消息；

5）支持雙音多頻（DTMF）；

6）支持完善的AT命令。

接口:

1）天線接口50 Ω/SMA（陰頭）；

2）SIM卡3 V/1.8 V自動(dòng)檢測(cè)；

3）標(biāo)準(zhǔn)DB9公頭插座，支持標(biāo)準(zhǔn)RS232；

4）串行數(shù)據(jù)速率110～230 400 bits/s。

供電:

1）標(biāo)準(zhǔn)電壓+12VDC/500 mA；

2）電壓范圍+5～+35 VDC；

3）通信電流＜200 mA（12 V）；

4）待機(jī)電流＜20 mA（12 V）。

天線及SIM卡安裝：MODEM天線接口為SMA陰頭插座。將配套天線的SMA陽(yáng)頭旋到MODEM天線接口上，并確保旋緊，以免影響信號(hào)質(zhì)量。安裝SIM卡時(shí)，先將SIM卡放入卡套，并確保SIM卡的金屬接觸面朝外，再將SIM卡套插入抽屜中，并確保插到位。該模塊和工控機(jī)的連接是通過(guò)出廠配置的RS232串口線把GPRS短信模塊和工控機(jī)的RS－232接口相連接，同時(shí)并通過(guò)電源適配器給GPRS短信模塊供市電。

3 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所選用的組態(tài)軟件是紫金橋軟件技術(shù)有限公司的紫金橋6.1，該軟件具有的特點(diǎn)：豐富而高效的數(shù)據(jù)采集手段，逼真的圖形系統(tǒng)，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，豐富的組件對(duì)象，周密的安全管理，方便的Web發(fā)布功能[4－5]。

3.1 紫金橋軟件的報(bào)警設(shè)計(jì)

首先給數(shù)據(jù)采集器和三相智能電力儀表建相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)庫(kù)—設(shè)備驅(qū)動(dòng)—MODBUS—MODBUS儀表－MODBUS（ASCII&RTU串口通訊），給驅(qū)動(dòng)建立名稱，同時(shí)給驅(qū)動(dòng)設(shè)置數(shù)據(jù)更新周期，連接方式，驅(qū)動(dòng)分配地址，不同的驅(qū)動(dòng)要分配不同的地址。然后選擇串口號(hào)，設(shè)置通訊參數(shù)（波特率，數(shù)據(jù)位數(shù)，奇偶校驗(yàn)，停止位）。附加設(shè)施選擇廈門四信GPRS，GPRS偵聽端口號(hào)：5001，設(shè)備ID號(hào)：把插入給模塊的SIM卡的號(hào)的后8位填入即可，建立驅(qū)動(dòng)如圖1所示。

圖1 驅(qū)動(dòng)Fig.1Driver

其次進(jìn)行點(diǎn)組態(tài)，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)庫(kù)—點(diǎn)組態(tài)，將壓力、溫度、電壓、電流選擇模擬I/O點(diǎn)，將地面水位報(bào)警、紅外報(bào)警、變頻器異常報(bào)警選擇數(shù)字I/O點(diǎn)，然后起點(diǎn)名，同時(shí)將這些點(diǎn)與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)連接。模擬I/O點(diǎn)進(jìn)行量程變換和報(bào)警設(shè)置，量程變換是指對(duì)輸入輸出信號(hào)進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換的變換過(guò)程，如果指定了要進(jìn)行量程變換，則同時(shí)需要指定量程高限（EUHI）、量程低限（EULO）、裸數(shù)據(jù)上限（PVRAWHI）、裸數(shù)據(jù)下限（PVRAWLO），并且要保證參數(shù)的正確性。高限大于低限，上限大于下限。其轉(zhuǎn)換過(guò)程公式：PV=EULO+（PVRAWPVRAWLO）×（EUHI－EULO）/（PVRAWHI－PVRAWLO）[5]。

將這些點(diǎn)按實(shí)際報(bào)警要求進(jìn)行報(bào)警參數(shù)設(shè)置，包括報(bào)警開關(guān)、低限、高限、低級(jí)、高級(jí)等參數(shù)的設(shè)置以及開關(guān)量的報(bào)警參數(shù)設(shè)置。

3.2 報(bào)警畫面的設(shè)計(jì)

點(diǎn)擊畫面—雙擊窗口—建立畫面，同時(shí)在圖庫(kù)里選擇普通報(bào)警組件建立報(bào)警畫面如圖2所示。

圖2 報(bào)警畫面Fig.2Alarm screen

在窗口腳本里寫入全確認(rèn)和報(bào)警聲音的程序：

If

（PI_100.ALMACK＞0||PI_101.ALMACK＞0||TI_100.ALMACK||II_100A.ALMACK||VI_100A.ALMACK||SW_102.ALMACK＞0||SW_103.ALMACK＞0||SW_104.ALMACK＞0||SW_105.ALMACK＞0）&&（PI_100.ALMSTAT＞0||PI_101.ALMSTAT＞0||TI_100.ALMSTAT＞0||II_100A.ALMSTAT＞0||VI_100A.ALMSTAT＞0||SW_102.PV==1||SW_103.PV==1||SW_104.PV==1||SW_105.PV==1）then Beep（0）Endif

報(bào)警時(shí)報(bào)警燈閃爍程序：

If

（PI_100.ALMSTAT＞0||PI_101.ALMSTAT＞0||TI_100.ALMSTAT＞0||II_100A.ALMSTAT＞0||VI_100A.ALMSTAT＞0||SW_102.PV==1||SW_103.PV==1||SW_104.PV==1||SW_105.PV==1）then

“閃爍”

Endif

3.3 報(bào)警組件的設(shè)計(jì)

雙擊報(bào)警組件進(jìn)入報(bào)警屬性窗口，在該窗口中進(jìn)行設(shè)置。報(bào)警類型：可以在此選擇報(bào)警組件的初始狀態(tài)是工作在實(shí)時(shí)報(bào)警狀態(tài)還是歷史報(bào)警狀態(tài)。顏色設(shè)置：在這里可以設(shè)置每一種報(bào)警的顏色，這樣通過(guò)顏色就可以簡(jiǎn)單的區(qū)分報(bào)警的類型。報(bào)警范圍：所有區(qū)域。確認(rèn)級(jí)別：操作工。組件設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)必不可少的功能，當(dāng)變量的數(shù)值或數(shù)值的變化異常時(shí)，將會(huì)報(bào)警，以便工作人員采取必要的措施。通過(guò)這些報(bào)警，用戶可以及時(shí)方便地監(jiān)視和查看系統(tǒng)的異常情況。通過(guò)選擇歷史報(bào)警，歷史查詢等進(jìn)行相關(guān)的查詢，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)總結(jié)。

3.4 F1103 GPRS短信模塊與紫金橋軟件通訊的設(shè)計(jì)

進(jìn)入紫金橋組態(tài)軟件，建立驅(qū)動(dòng)選擇通用驅(qū)動(dòng)。再新建點(diǎn)名mess，點(diǎn)組態(tài)是選擇短信報(bào)警點(diǎn)?；驹O(shè)置：點(diǎn)名mess，頻率限制：相同報(bào)警每?jī)纱沃g不短于（1 440）分鐘，這個(gè)時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際要求來(lái)設(shè)。報(bào)警格式：選擇說(shuō)明、數(shù)值、單位、級(jí)別、限制。短信設(shè)置：添加人員（雙擊空白處）-人員報(bào)警設(shè)置-基本參數(shù)（姓名、手機(jī)號(hào)、說(shuō)明）。報(bào)警設(shè)置：選擇所要報(bào)警的點(diǎn)，添加報(bào)警，如圖3所示。

圖3 人員報(bào)警設(shè)置Fig.3Alarm staff settings

這樣當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，短信模塊就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)工作人員就會(huì)收到短信模塊發(fā)出的報(bào)警信息，是哪個(gè)泵發(fā)生了報(bào)警，是什么報(bào)警，是高級(jí)還是低級(jí)。

3.5 報(bào)表的設(shè)計(jì)

報(bào)表是工業(yè)過(guò)程控制中非常重要的工具，使用報(bào)表可以非常方便的搜集數(shù)據(jù)，便于工作人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和總結(jié)。數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的數(shù)據(jù)可按一定時(shí)間間隔存到硬盤里，也可以根據(jù)用戶的要求在各種條件下存盤，用戶可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)取有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、打印[6]。報(bào)表的建立：在圖庫(kù)里選擇自由報(bào)表，雙擊建立報(bào)表，然后對(duì)報(bào)表進(jìn)行查詢、時(shí)間屬性、打印等功能的編輯以及寫入腳本程序。

3.6 趨勢(shì)曲線的設(shè)計(jì)

趨勢(shì)曲線有實(shí)時(shí)曲線，歷史曲線以及趨勢(shì)分析等，實(shí)時(shí)曲線可以查看某一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)或中間點(diǎn)在當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)，而且實(shí)時(shí)趨勢(shì)也可以保存一小段時(shí)間的數(shù)據(jù)趨勢(shì)，這樣使用它就可以了解當(dāng)前水泵的運(yùn)行狀況和整個(gè)泵站的當(dāng)前情況。歷史曲線可以方便的觀察數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史點(diǎn)在任意時(shí)刻的狀態(tài)。歷史曲線引用的變量必須是數(shù)據(jù)庫(kù)變量，并且這些變量所連接的數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)參數(shù)必須已經(jīng)保存歷史數(shù)據(jù)。趨勢(shì)分析是圖形化的歷史數(shù)據(jù)分析界面。每個(gè)窗口同時(shí)可以顯示8支趨勢(shì)筆，每支筆的起始時(shí)間、時(shí)間范圍可以隨意指定，因此用戶可以對(duì)同一位號(hào)在不同時(shí)刻進(jìn)行比較。在趨勢(shì)圖中，可以用鼠標(biāo)選擇任何區(qū)域，對(duì)其進(jìn)行放大。過(guò)程趨勢(shì)同時(shí)提供統(tǒng)計(jì)分析功能，可以對(duì)任何一段趨勢(shì)曲線的統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算，幫助工藝技術(shù)員和工程師進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。窗口中的趨勢(shì)筆可以隨意指定，并且可以保存到文件中，以便下次調(diào)用。趨勢(shì)分析組件的創(chuàng)建，在選擇菜單命令“工具/子圖”調(diào)出子圖選擇對(duì)話框，選擇趨勢(shì)分析即可建立，如圖4所示。然后進(jìn)行曲線操作，缺省曲線，趨勢(shì)外觀，統(tǒng)計(jì)設(shè)置屬性的設(shè)置。

圖4 趨勢(shì)分析Fig.4Trend analysis

4 總結(jié)

整個(gè)系統(tǒng)界面友好，操作方便，可實(shí)現(xiàn)各等級(jí)權(quán)限密碼設(shè)置。一旦有數(shù)據(jù)超出設(shè)定的范圍，工控機(jī)就會(huì)報(bào)警，并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)以供分析處理。而且本系統(tǒng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)web發(fā)布功能，終端用戶可以通過(guò)web訪問(wèn)工控機(jī)，這樣工作人員可以實(shí)時(shí)地查看監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。本城市供水報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)在吉林省九臺(tái)市城市供水報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)中成功實(shí)施，經(jīng)過(guò)3個(gè)月的運(yùn)行，實(shí)踐表明本系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，確實(shí)能夠給九臺(tái)市的居民生活用水提供保障以及給九臺(tái)市排水有限責(zé)任公司帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]陸仁強(qiáng).城市供水系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J].給水排水，2010（5）：4-7.LU Ren-qiang.Urban water supply system risk assessment research[J].Water and Wastewater，2010（5）:4-7.

[2]廈門四信通信科技有限公司.F2103 GPRS DTU用戶參考手冊(cè)[EB/OL].[2008].http://www.docin.com/p-43522854.html.

[3]廈門四信通信科技有限公司.F1103 GPRS短信模塊用戶參考手冊(cè)[EB/OL].[2008].http://wenku.baidu.com/view/6ba12c0-cba1aa8114431d971.html.

[4]大慶紫金橋軟件技術(shù)有限公司.紫金橋組態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)使用手冊(cè)[EB/OL].[2008].http://download.gongkong.com/file/2005/11/24/zijinqiao.pdf.

[5]大慶紫金橋軟件技術(shù)有限公司.紫金橋組態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)參考手冊(cè)及函數(shù)說(shuō)明手冊(cè)[EB/OL].[2009].http://download.gongkong.com/file/2005/11/24/hanshu.pdf.

[6]趙誠(chéng).基于GPRS的污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（2）：48-49.ZHAO Cheng.Design of wastewater treatment monitoring system based on GPRS[J].Electronic Design Engineering，2010，18（2）:48-49.