摘要：針對城市居民生活用水不穩(wěn)定的實(shí)際情況，設(shè)計了一種主要由裝有組態(tài)軟件的工控機(jī)、GPRS模塊、GPRS短信模塊、智能儀表、傳感器、用戶手機(jī)等設(shè)備組成的城市供水報警監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)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(shí)際3個月的系統(tǒng)運(yùn)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(guān)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(dāng)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(yán)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(shè)計了一種城市供水報警監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)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(zhǔn)確地告知維修人員。同時，工作人員利用趨勢曲線可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析以及利用報表進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和總結(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警系統(tǒng)的智能化和信息化。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案
    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)將傳回來的數(shù)據(jù)進(jìn)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(yáng)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(shí)時的和歷史的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計以及利用趨勢曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。

2 硬件系統(tǒng)的設(shè)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(jī)系統(tǒng)組成。
2．1 采集系統(tǒng)的設(shè)計
    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4-20mA標(biāo)準(zhǔn)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(zāi)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(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(jìn)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(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 上位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計
    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：MODEM技術(shù)指標(biāo)：
    1)支持EGSM900／GSM1800無線網(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50Ω／SMA(陰頭)；
    2)SIM卡3V／1．8V自動檢測；
    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／500mA；
    2)電壓范圍+5～+35 VDC；
    3)通信電流<200mA(12V)；
    4)待機(jī)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(zhì)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(jī)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(jī)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(shè)計
    本設(shè)計所選用的組態(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(shè)計
    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。點(diǎn)擊數(shù)據(jù)庫-設(shè)備驅(qū)動-MODBUS-MODBUS儀表-MODBUS(ASCII＆RTU串口通訊)，給驅(qū)動建立名稱，同時給驅(qū)動設(shè)置數(shù)據(jù)更新周期，連接方式，驅(qū)動分配地址，不同的驅(qū)動要分配不同的地址。然后選擇串口號，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：5001，設(shè)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(qū)動如圖1所示。

    其次進(jìn)行點(diǎn)組態(tài)，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)庫-點(diǎn)組態(tài)，將壓力、溫度、電壓、電流選擇模擬I／O點(diǎn)，將地面水位報警、紅外報警、變頻器異常報警選擇數(shù)字I／O點(diǎn)，然后起點(diǎn)名，同時將這些點(diǎn)與相應(yīng)的驅(qū)動連接。模擬I／O點(diǎn)進(jìn)行量程變換和報警設(shè)置，量程變換是指對輸入輸出信號進(jìn)行線性轉(zhuǎn)換的變換過程，如果指定了要進(jìn)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(zhuǎn)換過程公式：PV=EULO+(PVRAW-PVRAWLO)x(EUHI-EULO)／(PVBAWHI-PVRAWLO)。
    將這些點(diǎn)按實(shí)際報警要求進(jìn)行報警參數(shù)設(shè)置，包括報警開關(guān)、低限、高限、低級、高級等參數(shù)的設(shè)置以及開關(guān)量的報警參數(shù)設(shè)置。
3. 2 報警畫面的設(shè)計
    點(diǎn)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(rèn)和報警聲音的程序：

3．3 報警組件的設(shè)計
    雙擊報警組件進(jìn)入報警屬性窗口，在該窗口中進(jìn)行設(shè)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(shí)時報警狀態(tài)還是歷史報警狀態(tài)。顏色設(shè)置：在這里可以設(shè)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(rèn)級別：操作工。組件設(shè)計是本系統(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，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(jìn)行相關(guān)的查詢，進(jìn)行統(tǒng)計總結(jié)。
3．4 F1103GPRS短信模塊與紫金橋軟件通訊的設(shè)計
    進(jìn)入紫金橋組態(tài)軟件，建立驅(qū)動選擇通用驅(qū)動。再新建點(diǎn)名mess，點(diǎn)組態(tài)是選擇短信報警點(diǎn)?；驹O(shè)置：點(diǎn)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(shí)際要求來設(shè)。報警格式：選擇說明、數(shù)值、單位、級別、限制。短信設(shè)置：添加人員(雙擊空白處)-人員報警設(shè)置-基本參數(shù)(姓名、手機(jī)號、說明)。報警設(shè)置：選擇所要報警的點(diǎn)，添加報警，如圖3所示。

    這樣當(dāng)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(shè)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(jìn)行統(tǒng)計和總結(jié)。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(diào)取有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(shè)計
    趨勢曲線有實(shí)時曲線，歷史曲線以及趨勢分析等，實(shí)時曲線可以查看某一個數(shù)據(jù)庫點(diǎn)或中間點(diǎn)在當(dāng)前時刻的狀態(tài)，而且實(shí)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(dāng)前水泵的運(yùn)行狀況和整個泵站的當(dāng)前情況。歷史曲線可以方便的觀察數(shù)據(jù)庫中的歷史點(diǎn)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(diǎn)參數(shù)必須已經(jīng)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(jìn)行比較。在趨勢圖中，可以用鼠標(biāo)選擇任何區(qū)域，對其進(jìn)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(jìn)行計算，幫助工藝技術(shù)員和工程師進(jìn)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(diào)用。趨勢分析組件的創(chuàng)建，在選擇菜單命令“工具／子圖”調(diào)出子圖選擇對話框，選擇趨勢分析即可建立，如圖4所示。然后進(jìn)行曲線操作，缺省曲線，趨勢外觀，統(tǒng)計設(shè)置屬性的設(shè)置。

4 總結(jié)
    整個系統(tǒng)界面友好，操作方便，可實(shí)現(xiàn)各等級權(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)就會報警，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web訪問工控機(jī)，這樣工作人員可以實(shí)時地查看監(jiān)控數(shù)據(jù)。本城市供水報警系統(tǒng)已經(jīng)在吉林省九臺市城市供水報警監(jiān)控系統(tǒng)中成功實(shí)施，經(jīng)過3個月的運(yùn)行，實(shí)踐表明本系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，確實(shí)能夠給九臺市的居民生活用水提供保障以及給九臺市排水有限責(zé)任公司帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。