基于GPRS 的热力管网监测软件设计

陈萍，高腾，刘兆峰，高雪为，詹鹏飞

(1.山东建筑大学信息与电气工程学院，山东济南250101;2.山东银座购物中心有限公司，山东济南250012)

0 引言

我国北方地区目前冬季普遍采用集中供暖的方式进行供热。热电厂通过城市高温供热管道将热水送至各居民小区、企业中的热交换站。在热交换站中，高温管道中的热水与进室暖气片的热水通过换热器交换热量。经过换热后，二次网中热水流入各居室中［1］。在此过程中需要对热交换站中影响设备运行的各个变量进行监视以便及时发现异常并进行处理。

通用分组无线业务(general packet radio service简称GPRS)技术作为一种成熟的商用无线通信技术在无线监测管理系统中有着很好的应用前景。针对无线远程传输的应用情况，GPRS费用较其他无线传输(如3G技术)低，而且GPRS的传输速率高，可提升至 56 甚至 114kbps［2－8］，故本系统采用 GPRS作为传输中介是合理可行的。

本文介绍一种基于GPRS网络的监测系统的设计，思想来源于烟台招远市金城区、玲珑区的热力管网系统设计，着重介绍系统上位机软件的设计 ，包括数据无线传输和数据库设计两个方面。

1 热力管网的监测系统的总体结构

本文设计的热力管网系统主要包括上位机监测软件、数据采集模块和GPRS通信模块三部分。其中，上位机监测软件是利用VB语言来编写实现的，其主要功能是对数据采集模块采集上来的温度、压力、流量、电流等模拟量数值进行显示;数据采集模块的主要作用是完成对现场实时数据的采集，并且上传给上位机;GPRS模块作为整个系统最重要的部分，其主要作用是作为连接上位机跟数据采集模块的中介。本系统的总体结构框图如图1所示。

图1 监测系统的总体结构图

2 系统方案设计

本文主要研究上位机监测软件部分。

2.1 供热系统的软件要求及系统结构

本软件设计应用的编程环境是Visual Basic6.0，它有三个版本，分别为学习版，专业版和企业版。本设计用的是最强版本企业版，它包括专业版的全部功能以及back office工具，例如SQL Server、Microsoft Transaction Server、Internet information server、Visual SourceSafe、SNA Server等。企业版可以为软件开发团队开发一些大型的应用程序提供基础，是软件开发团队必备的开发工具之一［3］。

设计中用到的主要控件介绍及其使用如下。

Timer控件:引发Timer事件，Timer控件可以有规律地隔一段时间执行一次代码。在本设计中主要应用在发送查寻命令和数据库存储两个方面。

Data TimePicker控件:用以提供格式化的日期字段。在本设计的作用是查询某段时间内的历史数据。

Winsock控件:可以通过TCP协议和UDP协议连接到远程计算机上并与之交换数据。工作原理为服务器不停地监听和检测客户端的请求，同时客户端则向服务器端发出连接请求，当两者的协议沟通时，客户端与服务器端就建立起了连接。这时候，客户端继续请求服务器端发送或接收数据，服务器则处于等待客户端请求状态。对用户来说Winsock控件是不可见的，在编写客户机和服务器应用程序时，不必了解太多的有关TCP或者UDP协议的具体原理，只要通过设置Winsock控件属性并调用相应的功能函数就可轻易地进行网络连接并实现通信。本设计中Winsock控件的个数是由换热站点的个数决定的［4］。

Mschart控件:将数据表中的数据以图表的形式显示出来，从而更直观的反映出数据之间的关系。在本设计的作用是显示各个变量的变化趋势。

根据用户需求供热系统要实现的软件功能有以下几点:

2.1.1 数据采集和处理功能

各热力站点的实时数据被采集到服务器后，还需进行显示、运算和处理。为节省投资，前端站点未安装流量计，可以通过对压力信号处理，并根据不同型号水泵的Q—H性能曲线，模拟出各站点二级管线的流量。

2.1.2 数据实时监测功能

各站点的数据(流量、管线压力、温度和水泵运行状态等信息)能够实时显示在监测中心的服务器屏幕上，准确地反映管线的实际运行状态，数据实时监测，每5分钟记录一次数据。显示的方式为动态实时数据显示，也有实时数据曲线、历史曲线显示。并有保存各站点信息、报警纪录等的功能。

2.1.3 故障自动报警功能

本系统有故障自动报警功能，方便监测中心及时通知工作人员进行检修。自动检测的故障有:信号通讯故障、停电故障、传感器故障等。

2.1.4 数据报表功能

自动生成日报表、月报表、年报表，也可随时进行报表的统计与打印。

2.1.5 数据分析功能

实时绘制热力管网的水压图、各站点的瞬时流量曲线图和温差曲线图;同时进行能耗分析和统计。利用数据模型对热力管网的运行状态进行分析，对水力平衡、供水温度进行调整，并及时查找失水点，对于压力异常发出报警。

2.1.6 数据存储备份功能

系统数据库可以本地存储，其存储时间由用户需求和计算机配置决定。使用人员可根据需要随时将数据进行备份，若系统破坏，可以利用备份的数据，恢复系统的原始状态。

2.1.7 数据远端演示功能

除监测中心外，用户可通过互联网在任何地点建立分监中心，方便监视管理。为保证系统的安全，分监中心的权限只限于数据监视，不允许向下操作，监测中心与各分监中心的数据完全同步实时显示。

要达到以上7点需求还要依靠对VB环境的开发，对采集来的数据进行处理分析等步骤。

2.2 软件设计

此系统要求通过网络(Internet)远程接收分散在不同小区的各换热站的各个变量的数据，在这里考虑到成本的高低及其使用的便利性等方面的问题，本方案决定采用GPRS介质来实现［6］。

首先要绑定固定的IP和端口号，程序如下所示:

通讯模块会通过winsock控件实现点对点的通信，监听并将接收到的登录帧解析，得到对应的手机号码(client)，并将其添加在相应的列表中，然后列表中的手机号码(client)与数据库中预存的手机号比较，如果相同则发送相应的查寻命令。此处的查询命令是指由上位机与采集模块通讯的协议解析后得到的一组数据。

本设计的软件流程图如图2所示。

2.3 数据库及Web设计

2.3.1 数据库设计

用Visual Basic作为数据库开发平台有简单、灵活、可扩充三个优点。Visual Basic提供了基于Microsoft JET数据库引擎的数据访问能力，JET引擎负责处理存储检索、更新数据的结构，可以使用VB中的DAO或者是ADO对象访问JET引擎。本设计采用通用的Access数据库［5］，将实时数据按要求存入数据库中，用户可从数据库中查询历史数据报表并打印，其中部分数据会根据用户的需求采用某些算法进行处理后使用。使用Access数据库是比较简单且易操作的。

本设计的数据库目录如图3所示。

其中分配站master包括各换热站的序号、编号、名称、压力个数、温度个数、水泵序号、模块地址、手机号码、修正系数、相对标高等。故障记录表里存储的是各站点的故障内容;实时数据存储的是各站点的所有变量的数据值。

与数据库连接的程序如下所示:

注:数据库中加了密码123456

2.3.2 Web 设计

本设计中实时数据被发布到网上(Web)，用户可在分监中心采用网页浏览器来对现场状态进行监视。Web［8］发布是通过在 visual studio.net开发环境中开发 ASP.net［7］构架来完成的。

注:ASP(Active Server Pages动态服务器页面)

图2 软件流程图

图3 数据库分表目录

是一项微软公司的技术，是一种使嵌入网页中的脚本可由因特网服务器执行的服务器端脚本技术。

Web显示的数据是与数据库同步的，所以在这里引进一段与数据库连接的一段小程序:

网页中的一个画面如图4所示。

3 上位机软件设计成果

经过一段时间的现场运行，本设计已经得出了

图4 网页显示图

符合客户需求的信息，包括数据值显示及曲线趋势显示。在实际应用中二级供水和回水温差在13℃左右，从主监控室截取的二级泵温度曲线画面(图5)可以看出各换热站点(除个别现场数据没有上传外)运行正常且稳定。

图5 温度显示曲线

二级供水和回水压力曲线的截图如图6所示，实际运行中用户得到的理想曲线是爪行的，虽然图中曲线不够理想但其基本符合供暖运行条件。

图6 压力显示曲线

运行得到的曲线趋势图较多，在此不一一列举。所有的曲线趋势及数值显示与现 场采集结果一致，所以此设计内容合理。

4 结语

本文在VB6.0环境中编写了实现热力管网系统的监测功能的程序，其中主要的传输介质是基于GPRS下的TCP/IP。该设计最终实现了各信号的正常显示以及图表功能的正常使用，另外还实现了报警、系数修正等功能，保证了整个冬季供暖的稳定运行。经过现场设备运行一段时间后得出结论:设计的使用效果满足了用户提出的要求，显示的内容也形象的反映了整个管网及各个换热站的运行情况。随着GPRS网络的不断完善和市场需求的扩大，该类系统将会有更广阔的前景［9］。

［1］王建新.远程监控技术的发展现状和趋势［J］.国外电子测量技术，2005，122(4):9 －12.

［2］BATS R J.通用分组无线业务(GPRS)技术与应用［M］.北京:人民邮电出版社，2004:3－7.

［3］高春艳，刘彬彬，王斌.Visual Basic开发技术大全［M］.北京:人民邮电出版社，2007:2－9.

［4］米红娟.Access数据库基础及应用教程［M］.北京:机械工业出版社，2009:56 －77.

［5］李长林，张丽华，王红.Visual Basic数据库应用系统开发从基础到实践［M］.北京:电子工业出版社，2005:151－159.

［6］杨增汪，王宜怀，戴新宇.基于ZigBee和GPRS的高压开关柜无线监测系统设计［J］.电力系统保护与控制，2010，38(23):203－206.

［7］聂玉庆，张永坚，屈庆春，等.基于Ad Hoc网络的智能公交信息传输系统研究［J］.山东建筑大学学报，2009，24(5):443 －448.

［8］杨莉，徐俊李，贾广雷.基于Web的科技信息管理系统分析与设计［J］.山东建筑大学学报，2007，22(5):464 －466.

［9］王磊，许小琳.GPRS无线数据传输中服务器端软件的设计和实现［J］.测控技术，2007，26(11):55 －56.