基于GPRS的學院供水監(jiān)測系統(tǒng)設計

張燕妮，林郭森

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

基于GPRS的學院供水監(jiān)測系統(tǒng)設計

張燕妮1，林郭森2

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

介紹了一種基于GPRS的學院供水監(jiān)測系統(tǒng)設計方法，對于學院在供水方面、節(jié)水用水方面有很高的實用價值。上位機利用組態(tài)王軟件對各個供水站點進行監(jiān)控系統(tǒng)設計，下位機采用可編程控制器（PLC）自動動態(tài)地采集現場數據和檢測管道運行狀態(tài)，并且通過GPRS無線數據傳輸技術將采集到的數據傳輸到監(jiān)控器的監(jiān)視設備上。

GPRS；學院供水；監(jiān)測系統(tǒng)；組態(tài)王

由于學院供水具有跨越面積大、教學樓層多、檢測點分散的特點，若采用傳統(tǒng)的方式，比如衛(wèi)星通信、數傳電臺、微波等無線數據傳輸解決方法，存在實時性差、覆蓋范圍不宜掌控、投資成本高、運行費用高等問題，同時給監(jiān)控設備的無人守職運行帶來較大的難度。本文針對這些問題，介紹了一種基于GPRS數據傳輸技術的上位機和下位機相結合的控制系統(tǒng)，上位機采用組態(tài)王軟件可以實時地顯示各個參數的信息，通過腳本設置可以實現數據分析、壓力排序、累積流量計算等功能；下位機采用可編程控制器（PLC）可以自動顯示設在供水輸配管線上的各種參數傳感器和變送器采集數據和檢測管道的運行狀態(tài)。中國移動推出的GPRS數據傳輸技術又具有覆蓋面廣、實時性好、傳輸速率高、運營費用低、支持IP協(xié)議等特點，可以大幅節(jié)省人力和物力，提高供水管網監(jiān)控系統(tǒng)的自動化水平。

1 系統(tǒng)總體方案

學院供水監(jiān)測系統(tǒng)主要由數據中心、GPRS網絡、現場采集點3大部分組成。系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構示意圖

2 系統(tǒng)配置及功能

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

PC機系統(tǒng)軟件基于Windows 2000 Server操作系統(tǒng)，可同時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。工程師站設置有組態(tài)軟件保護密碼，以防一般人員擅自修改控制策略、應用程序和系統(tǒng)數據庫。在中央監(jiān)控室中設置2臺操作站，均兼具工程師、操作員功能，可對整個學院供水系統(tǒng)進行監(jiān)視、操作。其基本功能包括學院總貌顯示、各個教學樓顯示、各樓層供水細目顯示、報警顯示、供水系統(tǒng)狀態(tài)顯示、用戶自定義的供水流程動態(tài)顯示、相關參數顯示等。同時，該系統(tǒng)可進行操作信息、系統(tǒng)狀態(tài)信息、供水流量顯示和數據報表等的打印。配置打印機（激光A4）1臺。系統(tǒng)過程控制站采用具有很高性價比的SIEMENS S200 CPU，設計采用226 DC/DC/DC處理器。過程采集模塊采用EM2314路模擬量采集模塊，主要用于現場壓力的采集和處理。

3 系統(tǒng)的監(jiān)控方案

采用GPRS數據傳輸技術構建遠程監(jiān)控系統(tǒng)時，分為遠端點（各調壓站）和中心端（監(jiān)控中心）2部分。遠端點設備采用GPRS數傳裝置與現場的儀表（或是智能化設備）相連，如果現場儀表是485線方式，可以用485將多臺設備一起接到GPRS數傳裝置上。中心端的設備主要采用以下方式：①采用計算機加GPRS數傳裝置的方式；②采用計算機加互連網固定IP地址（比如寬帶接入）的方式；③采用計算機加互連網固定域名（比如寬帶接入）的方式。監(jiān)控中心站按2種方式接收遠端信號，即GPRS MODEM和通過專線。

3.1 監(jiān)控中心

DDN專線、ISDN、ADSL等都是中心端網絡接入的可選方式。但是為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低后期運行費用，該系統(tǒng)選擇使用ADSL＋動態(tài)域名解析方式。計算機通過ADSL專線（或RS-232串口和GPRS MODEM）相連，主控制站接收各個分站點傳來的信號，處理后顯示輸出。如果有異常情況發(fā)生，可進行燈光報警，同時將報警信息保存到報警報表中，提醒操作人員采取措施，防止事故發(fā)生。系統(tǒng)可以根據整個學院供水系統(tǒng)的狀況，自動對各站點進行相應的控制，實現整個學院供水系統(tǒng)自動運行。在上位機上，可自動生成實時數據報表和歷史數據報表，并設有頁面設置、打印預覽、快速打印等功能，實現對整個學院供水系統(tǒng)的自動化管理。數據中心的PC計算機上裝有監(jiān)控組態(tài)軟件，完成整個學院供水系統(tǒng)的組態(tài)。監(jiān)控組態(tài)軟件靈活性好、針對性強[1]，可以完成“用戶管理”“系統(tǒng)監(jiān)控”“壓力排序”“歷史數據查詢”“數據分析”“報警記錄”“操作記錄”等功能，實現整個系統(tǒng)的遠程監(jiān)控及自動化管理功能。同時，通過對系統(tǒng)內壓力等數據的監(jiān)視，調節(jié)送給各站點的水流量，實現監(jiān)視的目的。系統(tǒng)界面生動直觀、操作方便簡單，真正實現了學院的節(jié)水用水和供水自動化。

為了保證系統(tǒng)的可靠性，采用雙機熱備方式，即監(jiān)控主機和副機，當主機出現故障時，副機立即代替主機進行監(jiān)控。為了避免由于掉電或系統(tǒng)重啟而導致的數據流失，建立ACCESS數據庫，通過編寫腳本，實現定時將供水流量累計值保存到數據庫中，并且將數據庫中保存的流量累計值讀取到組態(tài)王中，更加保證了整個監(jiān)控系統(tǒng)的準確性和完整性。

3.2 現場控制和數據采集

現場供水監(jiān)控點由PLC實現自動控制，并采集相關信息，通過RS232或RS485接口與GPRS DTU終端相連。GPRS DTU內部含有中國移動數據SIM卡。I/O設備用于采集設備信息，由GPRS DTU終端對數據信息進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS無線網絡中。中心站通過GPRS DTU采用GPRS網絡與各點聯(lián)結通信，各種數據由中心站處理，并能按要求直接發(fā)出聲、光報警和斷電控制信號。圖2所示為調壓站的系統(tǒng)配置。

圖2 調壓站系統(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：其中一口連接位于現場的各個傳感器，另一口連接GPRS通信模塊。除了對設備進行控制和實時數據采集之外，還將數據定時發(fā)送給GPRS模塊，最終將數據發(fā)送到學院供水系統(tǒng)監(jiān)控中心，同時通過該GPRS DTU通信模塊接收學院供水系統(tǒng)控制室發(fā)來的指令，并根據控制指令做出相應的動作。此設計中，PLC站點地址要和組態(tài)王設備地址一致。組態(tài)王各變量對應的寄存器地址和PLC地址存在一定的換算關系。換算關系為：dd＝（PLC地址－3000）/2＋1（組態(tài)王中變量對應的寄存器地址為300dd）。例如，某一站點的中壓信號對應的PLC地址為3000，則根據換算公式可知dd＝（3000－3000）/2＝01，所以該中壓信號在組態(tài)王中對應的設備寄存器地址應該為30001。

PLC控制流程如圖3所示。

圖3 PLC控制流程圖

4 結束語

該方案實現了對分散的各個教學樓供水流量表參數的集中顯示和控制?，F場采集系統(tǒng)利用GPRS無線通信網絡和可編程控制器（PLC）相結合的結構系統(tǒng)，具有網絡覆蓋范圍廣、通信速度快、系統(tǒng)抗干擾能力強等特點。上位機通過利用組態(tài)軟件，實現了現場參數及設備狀態(tài)的集中顯示、報警、歷史數據查詢、壓力排序、數據分析、操作記錄、用戶管理、累積量保存顯示等功能，系統(tǒng)的實時性和準確性得到了提升，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據的弊端，較好地提高了供水的現代化管理水平和管理效率，整個系統(tǒng)不僅可以應用于學院供水方面，還可以廣泛應用于很多其他企業(yè)中。

［1］張花蕊.基于GPRS的高壓開關監(jiān)控系統(tǒng)的設計［D］.杭州：浙江大學，2006.

［2］安麗娟.高壓輸電線路安全監(jiān)測系統(tǒng)［D］.太原：太原理工大學，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，研究方向為控制工程。林郭森（1984—），男，山東青島人，本科，項目經理。

〔編輯：劉曉芳〕