張燕妮，林郭森

（1.青島理工大學(xué)琴島學(xué)院，山東 青島 266000；2.山東青鳥軟通信息技術(shù)股份有限公司，山東 青島 266000）

基于GPRS的學(xué)院供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張燕妮1，林郭森2

（1.青島理工大學(xué)琴島學(xué)院，山東 青島 266000；2.山東青鳥軟通信息技術(shù)股份有限公司，山東 青島 266000）

介紹了一種基于GPRS的學(xué)院供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，對(duì)于學(xué)院在供水方面、節(jié)水用水方面有很高的實(shí)用價(jià)值。上位機(jī)利用組態(tài)王軟件對(duì)各個(gè)供水站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，下位機(jī)采用可編程控制器（PLC）自動(dòng)動(dòng)態(tài)地采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和檢測(cè)管道運(yùn)行狀態(tài)，并且通過GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控器的監(jiān)視設(shè)備上。

GPRS；學(xué)院供水；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；組態(tài)王

由于學(xué)院供水具有跨越面積大、教學(xué)樓層多、檢測(cè)點(diǎn)分散的特點(diǎn)，若采用傳統(tǒng)的方式，比如衛(wèi)星通信、數(shù)傳電臺(tái)、微波等無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸解決方法，存在實(shí)時(shí)性差、覆蓋范圍不宜掌控、投資成本高、運(yùn)行費(fèi)用高等問題，同時(shí)給監(jiān)控設(shè)備的無(wú)人守職運(yùn)行帶來較大的難度。本文針對(duì)這些問題，介紹了一種基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的上位機(jī)和下位機(jī)相結(jié)合的控制系統(tǒng)，上位機(jī)采用組態(tài)王軟件可以實(shí)時(shí)地顯示各個(gè)參數(shù)的信息，通過腳本設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、壓力排序、累積流量計(jì)算等功能；下位機(jī)采用可編程控制器（PLC）可以自動(dòng)顯示設(shè)在供水輸配管線上的各種參數(shù)傳感器和變送器采集數(shù)據(jù)和檢測(cè)管道的運(yùn)行狀態(tài)。中國(guó)移動(dòng)推出的GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)又具有覆蓋面廣、實(shí)時(shí)性好、傳輸速率高、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低、支持IP協(xié)議等特點(diǎn)，可以大幅節(jié)省人力和物力，提高供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

1 系統(tǒng)總體方案

學(xué)院供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)中心、GPRS網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)采集點(diǎn)3大部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)配置及功能

系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)，連接所有人機(jī)接口（HMI）、過程控制站以及安全管理控制器等節(jié)點(diǎn)，完成高速通訊功能；下層為I/O網(wǎng)，連接著控制器與I/O模件。

PC機(jī)系統(tǒng)軟件基于Windows 2000 Server操作系統(tǒng)，可同時(shí)完成工程師站功能和操作員站功能。工程師站用于完成系統(tǒng)的功能組態(tài)，修改控制策略等。工程師站設(shè)置有組態(tài)軟件保護(hù)密碼，以防一般人員擅自修改控制策略、應(yīng)用程序和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。在中央監(jiān)控室中設(shè)置2臺(tái)操作站，均兼具工程師、操作員功能，可對(duì)整個(gè)學(xué)院供水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、操作。其基本功能包括學(xué)院總貌顯示、各個(gè)教學(xué)樓顯示、各樓層供水細(xì)目顯示、報(bào)警顯示、供水系統(tǒng)狀態(tài)顯示、用戶自定義的供水流程動(dòng)態(tài)顯示、相關(guān)參數(shù)顯示等。同時(shí)，該系統(tǒng)可進(jìn)行操作信息、系統(tǒng)狀態(tài)信息、供水流量顯示和數(shù)據(jù)報(bào)表等的打印。配置打印機(jī)（激光A4）1臺(tái)。系統(tǒng)過程控制站采用具有很高性價(jià)比的SIEMENS S200 CPU，設(shè)計(jì)采用226 DC/DC/DC處理器。過程采集模塊采用EM2314路模擬量采集模塊，主要用于現(xiàn)場(chǎng)壓力的采集和處理。

3 系統(tǒng)的監(jiān)控方案

采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，分為遠(yuǎn)端點(diǎn)（各調(diào)壓站）和中心端（監(jiān)控中心）2部分。遠(yuǎn)端點(diǎn)設(shè)備采用GPRS數(shù)傳裝置與現(xiàn)場(chǎng)的儀表（或是智能化設(shè)備）相連，如果現(xiàn)場(chǎng)儀表是485線方式，可以用485將多臺(tái)設(shè)備一起接到GPRS數(shù)傳裝置上。中心端的設(shè)備主要采用以下方式：①采用計(jì)算機(jī)加GPRS數(shù)傳裝置的方式；②采用計(jì)算機(jī)加互連網(wǎng)固定IP地址（比如寬帶接入）的方式；③采用計(jì)算機(jī)加互連網(wǎng)固定域名（比如寬帶接入）的方式。監(jiān)控中心站按2種方式接收遠(yuǎn)端信號(hào)，即GPRS MODEM和通過專線。

3.1 監(jiān)控中心

DDN專線、ISDN、ADSL等都是中心端網(wǎng)絡(luò)接入的可選方式。但是為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低后期運(yùn)行費(fèi)用，該系統(tǒng)選擇使用ADSL＋動(dòng)態(tài)域名解析方式。計(jì)算機(jī)通過ADSL專線（或RS-232串口和GPRS MODEM）相連，主控制站接收各個(gè)分站點(diǎn)傳來的信號(hào)，處理后顯示輸出。如果有異常情況發(fā)生，可進(jìn)行燈光報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息保存到報(bào)警報(bào)表中，提醒操作人員采取措施，防止事故發(fā)生。系統(tǒng)可以根據(jù)整個(gè)學(xué)院供水系統(tǒng)的狀況，自動(dòng)對(duì)各站點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)學(xué)院供水系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。在上位機(jī)上，可自動(dòng)生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表，并設(shè)有頁(yè)面設(shè)置、打印預(yù)覽、快速打印等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)學(xué)院供水系統(tǒng)的自動(dòng)化管理。數(shù)據(jù)中心的PC計(jì)算機(jī)上裝有監(jiān)控組態(tài)軟件，完成整個(gè)學(xué)院供水系統(tǒng)的組態(tài)。監(jiān)控組態(tài)軟件靈活性好、針對(duì)性強(qiáng)[1]，可以完成“用戶管理”“系統(tǒng)監(jiān)控”“壓力排序”“歷史數(shù)據(jù)查詢”“數(shù)據(jù)分析”“報(bào)警記錄”“操作記錄”等功能，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動(dòng)化管理功能。同時(shí)，通過對(duì)系統(tǒng)內(nèi)壓力等數(shù)據(jù)的監(jiān)視，調(diào)節(jié)送給各站點(diǎn)的水流量，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視的目的。系統(tǒng)界面生動(dòng)直觀、操作方便簡(jiǎn)單，真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)院的節(jié)水用水和供水自動(dòng)化。

為了保證系統(tǒng)的可靠性，采用雙機(jī)熱備方式，即監(jiān)控主機(jī)和副機(jī)，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，副機(jī)立即代替主機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。為了避免由于掉電或系統(tǒng)重啟而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)流失，建立ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)，通過編寫腳本，實(shí)現(xiàn)定時(shí)將供水流量累計(jì)值保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且將數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的流量累計(jì)值讀取到組態(tài)王中，更加保證了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和完整性。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)控制和數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場(chǎng)供水監(jiān)控點(diǎn)由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，并采集相關(guān)信息，通過RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連。GPRS DTU內(nèi)部含有中國(guó)移動(dòng)數(shù)據(jù)SIM卡。I/O設(shè)備用于采集設(shè)備信息，由GPRS DTU終端對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中。中心站通過GPRS DTU采用GPRS網(wǎng)絡(luò)與各點(diǎn)聯(lián)結(jié)通信，各種數(shù)據(jù)由中心站處理，并能按要求直接發(fā)出聲、光報(bào)警和斷電控制信號(hào)。圖2所示為調(diào)壓站的系統(tǒng)配置。

圖2 調(diào)壓站系統(tǒng)配置圖

3.3 PLC控制

PLC選用SIEMENS S7-200，CPU選用CPU226，RS-485通信編程口有2個(gè)：其中一口連接位于現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)傳感器，另一口連接GPRS通信模塊。除了對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集之外，還將數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送給GPRS模塊，最終將數(shù)據(jù)發(fā)送到學(xué)院供水系統(tǒng)監(jiān)控中心，同時(shí)通過該GPRS DTU通信模塊接收學(xué)院供水系統(tǒng)控制室發(fā)來的指令，并根據(jù)控制指令做出相應(yīng)的動(dòng)作。此設(shè)計(jì)中，PLC站點(diǎn)地址要和組態(tài)王設(shè)備地址一致。組態(tài)王各變量對(duì)應(yīng)的寄存器地址和PLC地址存在一定的換算關(guān)系。換算關(guān)系為：dd＝（PLC地址－3000）/2＋1（組態(tài)王中變量對(duì)應(yīng)的寄存器地址為300dd）。例如，某一站點(diǎn)的中壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的PLC地址為3000，則根據(jù)換算公式可知dd＝（3000－3000）/2＝01，所以該中壓信號(hào)在組態(tài)王中對(duì)應(yīng)的設(shè)備寄存器地址應(yīng)該為30001。

PLC控制流程如圖3所示。

圖3 PLC控制流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

該方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)分散的各個(gè)教學(xué)樓供水流量表參數(shù)的集中顯示和控制?，F(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)利用GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和可編程控制器（PLC）相結(jié)合的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、通信速度快、系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。上位機(jī)通過利用組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)的集中顯示、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢、壓力排序、數(shù)據(jù)分析、操作記錄、用戶管理、累積量保存顯示等功能，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性得到了提升，大大降低了人為因素帶來的誤差，也避免了由于斷電或重啟帶來的流失數(shù)據(jù)的弊端，較好地提高了供水的現(xiàn)代化管理水平和管理效率，整個(gè)系統(tǒng)不僅可以應(yīng)用于學(xué)院供水方面，還可以廣泛應(yīng)用于很多其他企業(yè)中。

［1］張花蕊.基于GPRS的高壓開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［D］.杭州：浙江大學(xué)，2006.

［2］安麗娟.高壓輸電線路安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［D］.太原：太原理工大學(xué)，2008.

TP277

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.120

2095－6835（2017）21－0120－02

張燕妮（1987—），女，漢族，山東青島人，講師，碩士研究生，研究方向?yàn)榭刂乒こ?。林郭森?984—），男，山東青島人，本科，項(xiàng)目經(jīng)理。

〔編輯：劉曉芳〕