基于GPRS的城市供水報警監(jiān)控系統(tǒng)的設計

摘要：針對城市居民生活用水不穩(wěn)定的實際情況，設計了一種主要由裝有組態(tài)軟件的工控機、GPRS模塊、GPRS短信模塊、智能儀表、傳感器、用戶手機等設備組成的城市供水報警監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)溫度、壓力、電壓、電流、紅外、地面水位、變頻器異常的報警。通過實際3個月的系統(tǒng)運行表明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，同時泵站的故障率降低且城市停水次數(shù)明顯減少。
關鍵詞：組態(tài)軟件；GPRS短信模塊；監(jiān)控系統(tǒng)；報警組件；數(shù)據(jù)采集器

    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，其中城市報警系統(tǒng)是組成該系統(tǒng)重要的一部分。目前，大多數(shù)城市報警系統(tǒng)的自動化水平還比較低，當泵站出現(xiàn)故障時不能及時地發(fā)現(xiàn)，只有人員到了泵房才能發(fā)現(xiàn)，甚至直到嚴重影響到居民生活用水才知道，一般要延遲很長時間。針對這種情況本文設計了一種城市供水報警監(jiān)控系統(tǒng)，當有故障發(fā)生時就會報警，利用GPRS短信模塊，通過發(fā)短信能及時準確地告知維修人員。同時，工作人員利用趨勢曲線可以進行數(shù)據(jù)的分析以及利用報表進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和總結，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警系統(tǒng)的智能化和信息化。

1 系統(tǒng)的總體設計方案
    分散在城市不同地方的采集系統(tǒng)負責泵站的數(shù)據(jù)采集，然后通過GPRS模塊把數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。裝有組態(tài)軟件的上位機系統(tǒng)將傳回來的數(shù)據(jù)進行處理，對不合理的數(shù)據(jù)發(fā)出報警，報警畫面將會有報警燈閃爍，揚聲器發(fā)出報警聲音，同時GPRS短信模塊發(fā)出短信告知維修人員是哪個泵站發(fā)生報警，是什么報警，是低報還是高報。組態(tài)軟件里的數(shù)據(jù)庫把GPRS模塊傳回來的數(shù)據(jù)按一定時間間隔存盤，利用報表可以把實時的和歷史的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計以及利用趨勢曲線進行數(shù)據(jù)的分析。

2 硬件系統(tǒng)的設計
    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)控室的上位機系統(tǒng)組成。
2．1 采集系統(tǒng)的設計
    壓力傳感器和溫度傳感器負責將泵房里穩(wěn)壓罐的入口壓力、出口壓力和泵房溫度的采集，并通過4-20mA標準信號傳送給數(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和漏水情況的數(shù)據(jù)采集，以及變頻器異常情況通過開關量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)進行處理，然后通過RS-485接口把處理過的數(shù)據(jù)傳給GPRS模塊。三相智能電力儀表對電壓、電流進行測量，并通過RS-485接口把測量的數(shù)據(jù)傳至GPRS模塊，GPRS模塊通過GPRS網絡和因特網相連，把數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心。
2. 2 上位機系統(tǒng)的設計
    該系統(tǒng)主要由工控機、GPRS短信模塊、用戶手機等組成。本設計采用的GPRS短信模塊是廈門四信的F1103 GPRS短信模塊。該模塊的主要技術指標有：MODEM技術指標：
    1)支持EGSM900／GSM1800無線網絡；
    2)Compliant to GSM phase 2／2+；
    3)支持短信、CSD數(shù)據(jù)及撥號上網功能；
    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50Ω／SMA(陰頭)；
    2)SIM卡3V／1．8V自動檢測；
    3)標準DB9公頭插座，支持標準RS232；
    4)串行數(shù)據(jù)速率110～230 400 bits／s。
    供電：
    1)標準電壓+12VDC／500mA；
    2)電壓范圍+5～+35 VDC；
    3)通信電流<200mA(12V)；
    4)待機電流<20mA(12V)。
    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陽頭旋到MODEM天線接口上，并確保旋緊，以免影響信號質量。安裝SIM卡時，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。該模塊和工控機的連接是通過出廠配置的RS232串口線把GPRS短信模塊和工控機的RS-232接口相連接，同時并通過電源適配器給GPRS短信模塊供市電。

3 軟件系統(tǒng)的設計
    本設計所選用的組態(tài)軟件是紫金橋軟件技術有限公司的紫金橋6．1，該軟件具有的特點：豐富而高效的數(shù)據(jù)采集手段，逼真的圖形系統(tǒng)，強大的數(shù)據(jù)處理功能，豐富的組件對象，周密的安全管理，方便的Web發(fā)布功能。
3．1 紫金撟軟件的報警設計
    首先給數(shù)據(jù)采集器和三相智能電力儀表建相應的驅動。點擊數(shù)據(jù)庫-設備驅動-MODBUS-MODBUS儀表-MODBUS(ASCII＆RTU串口通訊)，給驅動建立名稱，同時給驅動設置數(shù)據(jù)更新周期，連接方式，驅動分配地址，不同的驅動要分配不同的地址。然后選擇串口號，設置通訊參數(shù)(波特率，數(shù)據(jù)位數(shù)，奇偶校驗，停止位)。附加設施選擇廈門四信GPRS，GPRS偵聽端口號：5001，設備ID號：把插入給模塊的SIM卡的號的后8位填入即可，建立驅動如圖1所示。

    其次進行點組態(tài)，點擊數(shù)據(jù)庫-點組態(tài)，將壓力、溫度、電壓、電流選擇模擬I／O點，將地面水位報警、紅外報警、變頻器異常報警選擇數(shù)字I／O點，然后起點名，同時將這些點與相應的驅動連接。模擬I／O點進行量程變換和報警設置，量程變換是指對輸入輸出信號進行線性轉換的變換過程，如果指定了要進行量程變換，則同時需要指定量程高限(EUHI)、量程低限(EULO)、裸數(shù)據(jù)上限(PVRAWHI)、裸數(shù)據(jù)下限(PVR AWLO)，并且要保證參數(shù)的正確性。高限大于低限，上限大于下限。其轉換過程公式：PV=EULO+(PVRAW-PVRAWLO)x(EUHI-EULO)／(PVBAWHI-PVRAWLO)。
    將這些點按實際報警要求進行報警參數(shù)設置，包括報警開關、低限、高限、低級、高級等參數(shù)的設置以及開關量的報警參數(shù)設置。
3. 2 報警畫面的設計
    點擊畫面-雙擊窗口-建立畫面，同時在圖庫里選擇普通報警組件建立報警畫面如圖2所示。

    在窗口腳本里寫入全確認和報警聲音的程序：

3．3 報警組件的設計
    雙擊報警組件進入報警屬性窗口，在該窗口中進行設置。報警類型：可以在此選擇報警組件的初始狀態(tài)是工作在實時報警狀態(tài)還是歷史報警狀態(tài)。顏色設置：在這里可以設置每一種報警的顏色，這樣通過顏色就可以簡單的區(qū)分報警的類型。報警范圍：所有區(qū)域。確認級別：操作工。組件設計是本系統(tǒng)必不可少的功能，當變量的數(shù)值或數(shù)值的變化異常時，將會報警，以便工作人員采取必要的措施。通過這些報警，用戶可以及時方便地監(jiān)視和查看系統(tǒng)的異常情況。通過選擇歷史報警，歷史查詢等進行相關的查詢，進行統(tǒng)計總結。
3．4 F1103GPRS短信模塊與紫金橋軟件通訊的設計
    進入紫金橋組態(tài)軟件，建立驅動選擇通用驅動。再新建點名mess，點組態(tài)是選擇短信報警點。基本設置：點名mess，頻率限制：相同報警每兩次之間不短于(1 440)分鐘，這個時間可以根據(jù)實際要求來設。報警格式：選擇說明、數(shù)值、單位、級別、限制。短信設置：添加人員(雙擊空白處)-人員報警設置-基本參數(shù)(姓名、手機號、說明)。報警設置：選擇所要報警的點，添加報警，如圖3所示。

    這樣當有報警發(fā)生時，短信模塊就會發(fā)出報警信息，同時工作人員就會收到短信模塊發(fā)出的報警信息，是哪個泵發(fā)生了報警，是什么報警，是高級還是低級。
3．5 報表的設計
    報表是工業(yè)過程控制中非常重要的工具，使用報表可以非常方便的搜集數(shù)據(jù)，便于工作人員進行統(tǒng)計和總結。數(shù)據(jù)庫記錄的致?lián)砂匆欢〞r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)需要隨時調取有關數(shù)據(jù)進行查看、打印。報表的建立：在圖庫里選捧自由報表，雙擊建立報表，然后對報表進行查詢、時間屬性、打印等功能的編輯以及寫入腳本程序。
3．6 趨勢曲線的設計
    趨勢曲線有實時曲線，歷史曲線以及趨勢分析等，實時曲線可以查看某一個數(shù)據(jù)庫點或中間點在當前時刻的狀態(tài)，而且實時趨勢也可以保存一小段時間的數(shù)據(jù)趨勢，這樣使用它就可以了解當前水泵的運行狀況和整個泵站的當前情況。歷史曲線可以方便的觀察數(shù)據(jù)庫中的歷史點在任意時刻的狀態(tài)。歷史曲線引用的變量必須是數(shù)據(jù)庫變量，并且這些變量所連接的數(shù)據(jù)庫點參數(shù)必須已經保存歷史數(shù)據(jù)。趨勢分析是圖形化的歷史數(shù)據(jù)分析界面。每個窗口同時可以顯示8支趨勢筆，每支筆的起始時間、時間范圈可以隨意指定，因此用戶可以對同一位號在不同時刻進行比較。在趨勢圖中，可以用鼠標選擇任何區(qū)域，對其進行放大。過程趨勢同時提供統(tǒng)計分析功能，可以對任何一段趨勢曲線的統(tǒng)計值進行計算，幫助工藝技術員和工程師進行統(tǒng)計分析。窗口中的趨勢筆可以隨意指定，并且可以保存到文件中，以便下次調用。趨勢分析組件的創(chuàng)建，在選擇菜單命令“工具／子圖”調出子圖選擇對話框，選擇趨勢分析即可建立，如圖4所示。然后進行曲線操作，缺省曲線，趨勢外觀，統(tǒng)計設置屬性的設置。

4 總結
    整個系統(tǒng)界面友好，操作方便，可實現(xiàn)各等級權限密碼設置。一旦有數(shù)據(jù)超出設定的范圍，工控機就會報警，并記錄有關數(shù)據(jù)以供分析處理。而且本系統(tǒng)進行了網絡web發(fā)布功能，終端用戶可以通過web訪問工控機，這樣工作人員可以實時地查看監(jiān)控數(shù)據(jù)。本城市供水報警系統(tǒng)已經在吉林省九臺市城市供水報警監(jiān)控系統(tǒng)中成功實施，經過3個月的運行，實踐表明本系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，確實能夠給九臺市的居民生活用水提供保障以及給九臺市排水有限責任公司帶來可觀的經濟效益和社會效益。