熱網智能遠程維護系統

李 琦 高敏花 朱 林

(內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古 包頭 014010)

熱網智能遠程維護系統

李 琦 高敏花 朱 林

(內蒙古科技大學信息工程學院，內蒙古 包頭 014010)

目前熱網主要采用人為監控制度，存在難以及時發現故障和發出故障報警的弊端，維護不及時會造成不必要的損失甚至事故。針對該現狀，設計并實現了基于互聯網的熱網監控及遠程維護系統。搭建IIS服務器并設計Android手機客戶端，服務器、熱力站和手機通過Socket協議、DTU和推送模塊進行數據通信，借助百度地圖API 調用百度地圖，實現手機客戶端對熱網系統的數據采集、實時監控、故障報警、遠程控制等功能。

熱網 互聯網 實時監控 電子地圖 故障報警 遠程控制

0 引言

隨著熱網覆蓋面積的不斷擴大，熱網出現故障的頻率也大大增加，一旦熱網出現故障，會給人們的生活帶來極大的不便。由于維修人員難以及時了解出現故障的具體地點和具體原因，所以難以迅速地檢修，造成了極大的資源浪費。目前，很多熱網設備都安裝了各類儀表、監控系統等，其能在一定程度上做到故障報警。然而，這些監控系統都只能顯示小范圍的儀表數據，無法給出具體故障地點、原因等信息，且需要較多值班人員隨時值班，報警設備易出現故障等，由此造成了巨大的不便與資源浪費。

熱網要求系統滿足以下需求。①實時性，現場數據需要實時采集、存儲、傳輸、顯示，使決策人員能夠第一時間了解生產第一線的情況，以便綜合決策。②網絡化，與互聯網結合，不再采取傳統的人工監控，通過互聯網，可以隨時隨地打開計算機或手機，通過瀏覽器或客戶端查看熱網的設備運行狀況、壓力、溫度、水位等數據及曲線。③人員安全性，在一些危險的、特殊的環境，進行無人監控以及遠程控制，保護人們的生命安全。④信息安全性，對用戶要求身份驗證登錄及權限限制。⑤自動手機報警，通過算法自動進行故障診斷，向手機推送故障信息。⑥遠程控制，可以通過遠程控制相應電動閥以及一些控制參數來調控系統，達到對熱網的實時監控、歷史檢索、故障診斷、故障推送報警、站點地圖顯示、故障隔離、遠程維護的目的。

1 遠程維護系統的結構

按照物聯網的架構建立熱網遠程維護系統[1]，如圖1所示。

圖1 系統總體框圖Fig.1 Overall block diagram of the system

遠程維護系統由Android手機、服務器、 數據傳輸單元(data transfer unit，DTU)、熱力站，溫度、壓力、液位等傳感器，以及執行機構電動閥等組成。

2 遠程維護系統的功能模塊

系統總體功能圖如圖2所示。遠程維護系統分為控制臺和Android手機客戶端兩部分。控制臺包括通信模塊、登錄注冊模塊、實時監控模塊、故障診斷模塊、推送報警模塊、歷史檢索模塊、站點地圖模塊以及遠程維護模塊；手機APP主要包括推送接收模塊和熱網鏈接模塊。

圖2 系統總體功能圖Fig.2 The general functional diagram of the system

2.1 登錄注冊模塊

登錄注冊模塊包括登錄、注冊、退出3個環節。

① 注冊

新建一個form表單，設置用戶名及參數id、密碼及參數pw，再輸一次密碼及參數pw2；連接mysql數據庫，將傳來的相應數據id、pw、pw2插入mysql已建好的zhanghao表中。如果插入成功，則顯示“注冊成功”，并跳轉到登錄頁面，如果插入失敗，則顯示注冊失敗”并跳轉到注冊頁面。

② 登錄

新建form表單，設置用戶名id，密碼pw；連接mysql數據庫，對傳來的數據進行zhanghao表的檢索。若核對后，表中存在此賬號，則顯示“登錄成功”，并在2 s后跳轉到導航頁面，并開啟session會話，若不存在此賬號，則顯示“登錄失敗”，并在2 s后跳轉到登錄頁面。

③ 退出

點擊退出，session會話將清空，顯示“正在退出…”,并在2 s后跳轉到熱網首頁。

登錄注冊模塊的功能是保證信息的安全，限制人員遠程控制的控制權限。

2.2 實時監控

新建table表格，并輸入相應的熱網站點的名稱以及顯示的一次網和二次網的供水和回水的溫度、壓力、液位等。連接數據庫，檢索各個站點的相應字段的最新數據，并在表格相應的位置輸出。每隔6 s進行刷新，使實時監控界面始終顯示數據庫中最新的信息。

實時監控模塊的功能是實時顯示各個熱網站點的最新數據。

2.3 故障診斷模塊

連接數據庫，對各個站點的最新溫度、壓力、液位等數據進行閾值判斷。若超出設定的閾值，則在故障診斷界面顯示此故障的站點、故障原因、故障時間等詳細信息，并傳遞故障信息，進入手機推送報警模塊，在推送報警后返回故障診斷頁面；若未超出設定的閾值，即未出現任何異常，則在6 s后重新進行故障診斷，不斷循環下去。

故障診斷模塊的功能是對熱網的各個站點的各項數據進行故障診斷，進行顯示及推送報警。

2.4 推送報警與推送接收模塊

推送報警模塊包括手動推送報警和故障診斷報警。

① 手動推送報警

創建推送表單，設置推送信息如故障站點、故障原因、故障詳情及參數zd、yy、xq；對提交的信息進行整理后通過推送，發送到Android手機上。

② 故障診斷報警

對故障診斷環節傳遞的故障信息進行Android手機推送。

推送報警模塊的功能是實現故障的自動和手動報警，向維護人員推送詳細的故障診斷結果，以及故障診斷頁面的網頁鏈接。

推送接收模塊的功能是接收控制臺發送的故障診斷信息。

2.5 歷史檢索模塊

歷史檢索包括近期熱網歷史數據和按時間歷史檢索。

① 近期歷史數據

按照一個站點的倒數30條數據進行檢索，并在表格中詳細輸出顯示，每隔6 s刷新。點擊不同的站點鏈接，可查看打開的站點的近期歷史數據。

② 日期歷史檢索

創建form表單，設置站點及參數id、開始日期及參數date1、截止日期及參數date2。將站點設置成下拉表單，通過點擊選項中的站點及開始和截止日期，來檢索輸出顯示此站點這段日期的歷史數據。

歷史檢索模塊的功能是檢索各個站點在各個時間段內的歷史數據。

2.6 站點地圖模塊

連接數據庫，創建zhandianditu表，插入各個站點的詳細坐標信息；通過百度地圖API調用百度地圖；點擊站點，通過數據庫的zhandianditu 表檢索此站點的坐標信息，在百度地圖上進行標注；在標注旁，設置標簽，標簽中顯示此站點的詳細信息。

站點地圖模塊的功能是在百度地圖上顯示各個站點的具體地址、電話、簡介、圖片及檢索。

2.7 熱網鏈接模塊

創建webview類，設置監控、故障、地圖、維護按鈕及按鈕觸發的相應網址鏈接。

熱網鏈接模塊的功能是能夠通過Android手機熱網客戶端內置瀏覽器點擊查看控制臺的熱網信息。

2.8 通信與控制模塊

通信模塊包括服務器的數據接收與發送[2]、熱力站的發送與接收以及手機推送消息的接收。

① 服務器通信模塊

獲取服務器的IP、port,創建Socket，綁定以及監聽熱力站。通過TCP/IP協議實現服務器與熱網的數據接收與指令的發送。將接收的熱網數據存入數據庫各個站點的表中。將遠程維護發出的開關指令發送到熱力站，遠程控制熱力站執行機構電動閥的開度。

② 熱力站通信模塊

熱力站主要是通過DTU實現與服務器的數據通信。DTU與服務器先通過串口連接，配置好公網IP、端口及移動手機卡；配置好之后解除DTU與服務器的連接，將DTU與熱力站控制器連接，實現熱力站數據的收發。

③ Android推送模塊

搭建Android開發環境，采用個推推送協議接收消息[3]。

通信模塊的功能是使服務器與熱力站進行數據通信以及服務器與手機的推送報警，實現站點的數據接收以及故障的隔離與維護。

遠程維護系統的功能主要是對熱網的壓力、溫度、液位、電壓、電流等數據進行采集、傳輸和存儲，實現實時監控、歷史檢索、故障診斷、推送報警、遠程控制的功能。

3 遠程維護系統的關鍵技術

3.1 服務器及數據庫

服務器采用支持PHP開發動態網頁的架構即Windows+IIS+MySql+PHP的組合[4]。計算機系統采用Window7系統，IIS是Internet 信息服務。由于沒有固定的IP，所以還需要花生殼軟件。首先申請護照，然后注冊域名，最后激活花生殼服務。由于采用局域網共享上網，因此使用域名不能訪問個人服務器。這是因為花生殼軟件不支持內網接入用戶，所以需要使用端口映射的方法訪問，把“連接到資源時的內容來源”單選項選為“另一臺計算機上的共享”，并在下面指定局域網中那臺計算機和網站存放目錄。使用申請的域名即可以訪問提交的熱網網頁。系統使用B/S架構，即瀏覽器和服務器的通信連接模式。

MySql數據庫使用簡單，程序開源，成本較低。PHP通過庫函數訪問數據庫[5]。使用服務器IP、端口以及數據庫的用戶名及密碼連接數據庫與服務器。數據庫主要包括創建表、插入數據、查詢數據、更新數據、刪除數據等功能。在數據庫中創建zhanghao、zhandianzuobiao、relizhan 、guzhang等數據庫表，以存儲注冊的賬號信息、各個站點的具體坐標信息、熱力站各個站點的詳細數據、發生過的故障的歷史信息等。各字段內容如下。

① 賬號字段包括用戶名和用戶密碼；

② 站點坐標字段包括站點的經度、緯度、圖片、電話、簡介及地址；

③ 熱力站字段則包括id、存儲時間、液位、電壓、電流、一次供水溫度、一次回水溫度、一次供水壓力、一次回水壓力、二次供水溫度、二次回水溫度、二次供水壓力及二次回水壓力;

④ 故障字段包括故障地點、故障時間、故障原因、故障現象及故障診斷結果[6]。

3.2 手機客戶端設計

使用Java JDK1.6+Eclipse3.0+ADT0.9.7+SDK TOOLS R6搭建環境[7]，以及Java語言來實現手機客戶端軟件的開發。熱網手機客戶端的主要功能是實現服務器將故障診斷結果推送到手機上，使維護人員隨時能夠接收熱網故障信息;點擊按鈕可隨時查看實時監控、歷史檢索、推送報警、站點地圖、故障診斷結果、遠程維護等[8]。

遠程維護系統中推送采用服務器推送模型。與其他通信方式比較而言，推送具有以下優點：省電省流量，推送消息發送速度快，到達率高，支持報表功能；成本低，有專門的技術支持，能夠及時響應[9]。

在服務器端，可設置推送的對象為單推、組推或群推。

① 單推

每個熱網Android手機客戶端啟動后，各推送服務器會給定一個CID，服務器可以根據CID單獨推送到某一個手機上。

② 組推

根據CID或者省份等設置標簽tag，實現服務器的消息組推。

③ 群推

群推向所有安裝熱網APP的用戶推送消息。

在3G、2G、WiFi任意一種網絡環境下，都可以接收推送的故障信息。手機接收推送信息后，會有信息鈴聲提醒。用戶打開軟件可看到故障診斷結果，包括故障地點、故障現象、故障結果、故障時間以及詳細情況的網址。

對于監控、歷史、控制等頁面，按鈕與相應的網址URL相關聯，用戶點擊按鈕，即可打開APP內置的瀏覽器，從而實現手機與服務器信息的交互。可通過手機客戶端實時了解服務器發布的信息。

3.3 站點地圖

通過百度地圖注冊得到的密鑰ak，得到百度地圖的API，調用百度地圖。連接數據庫提取站點的坐標、地址、電話、詳情以及圖片，以站點為中心，設置百度地圖，使地圖能放大縮小。在百度地圖上進行標注，添加標簽lable，將數據庫提取的信息在標簽內顯示。添加附近搜索、起點搜索和終點搜索的檢索功能。

3.4 遠程控制

對于水箱液位、室內外的溫度、壓力、電流及電壓都將設置一定的閾值，超過限值，都將自動報警。在服務器中，將采集的各項實時數據根據不同的設施通過不同的算法初步判斷出現的故障。遠程控制電動閥進一步判斷故障類別、地點和原因，并且進行手機推送，向用戶報警。

維護人員可以在服務器發送指令，指令通過DTU傳送到熱力站控制器。控制器接收到指令后，控制熱力站電動閥，調節閥門開度，對故障進行隔離或者啟用備用設備，以最大程度減少資源、時間的浪費；為維護人員提供詳細故障信息以及維護時間，使其盡快保證熱網運行暢通[10]。

4 結束語

基于互聯網的遠程維護，所有熱力站采集的信息都會傳入互聯網，用戶可以隨時隨地打開軟件，查看任意熱網信息，不再局限于工廠的監控室。熱網智能遠程維護系統具有實時性，現場信息與監控顯示的信息同步，故障診斷信息會實時推送到維護人員手機上。該系統使熱網公司節約了資源，出現故障時，可以遠程操作來關閉電動閥，或者啟動備用設備；可以隔離一些泄漏等的相關故障，避免了資源浪費；故障診斷與遠程維護效率高，集中控制，遠程互聯網監控，短信報警，節約了大量的人力、物力、時間，提高了工作效率。系統可以自動監控，自動報警，24 h在線。實時數據、故障信息都記錄在數據庫，可以隨時查詢。本設計達到了熱網的安全性、網絡化、實時性、自動報警、遠程維護的目的。

[1] 邵鵬飛,王喆,張寶儒.面向移動互聯網的智能家居系統研究[J].計算機測量與控制，2012，20(2)：474-479.

[2] 季峰.基于Socket的物聯網網關網絡通信編程與實現[J].信息通信，2014(10)：81-82.

[3] 張玲，張翠俏.WebSocket服務器推送技術的研究[J].河北省科學院學報,2014,31(2):49-53.

[4] 汪婷婷.IIS6.0下構建PHP應用環境[J].計算機光盤軟件與應用，2012(5)：152-153.

[5] 黃喜民，譚新蓮，王勇，等.PHP及MYSQL在IIS服務器上的應用[J].鄭州工業高等專科學校學報，2002,18(2)：16-18.

[6] 徐立艷.淺議PHP與MySQL之間的操作[J].電腦知識與技術，2014,10(15)：3478-3480.

[7] 張云.Windows下Android應用程序開發環境搭建詳解[J].計算機時代，2013(1)：32-34.

[8] 陶陽.基于Android平臺的APP設計與實現[J].電腦編程技巧與維護，2014(9)：23-27.

[9] 李永鋼，彭云峰.Web系統消息推送技術的研究[J].電子世界，2014(14)：7-7.

[10]黃昌映，岑明，楊凡弟，等.開放式車輛遠程控制架構與應用[J].計算機測量與控制，2014,22(5)：1430-1432.

Intelligent Remote Maintenance System of Heat Supply Network

At present, the heat supply network is mainly operated under human monitoring system, so it is difficult to find out fault and issue fault alarm on time; while untimely maintenance may bring unnecessary losses even cause accidents. Aiming at this status, the heat supply network monitoring and remote maintenance system based on Internet has been designed and implemented. The Internet information server (IIS) is setup and Android client is designed; the server and thermal station communicate with mobile phone via Socket protocol, data transmission unit (DTU) and push module. The functions of data acquisition, real time monitoring fault alarm, and remote control of the heat supply network are implemented by mobile phone client with help of Baidu map by API call.

Heat-supply network Internet Real-time monitoring Electronic map Fault alarm Remote control

國家自然科學基金資助項目(編號：61463040)；

內蒙古自然科學基金資助項目(編號：2012MS0910)。

李琦(1973-)，男，2002年畢業于同濟大學系統工程專業，獲碩士學位，副教授；主要從事復雜工業過程優化控制、嵌入式系統及物聯網應用的研究。

TP391+.8

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201506013

修改稿收到日期：2014-12-29。