热网智能远程维护系统

李 琦 高敏花 朱 林

(内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古 包头 014010)

热网智能远程维护系统

李 琦 高敏花 朱 林

(内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古 包头 014010)

目前热网主要采用人为监控制度，存在难以及时发现故障和发出故障报警的弊端，维护不及时会造成不必要的损失甚至事故。针对该现状，设计并实现了基于互联网的热网监控及远程维护系统。搭建IIS服务器并设计Android手机客户端，服务器、热力站和手机通过Socket协议、DTU和推送模块进行数据通信，借助百度地图API 调用百度地图，实现手机客户端对热网系统的数据采集、实时监控、故障报警、远程控制等功能。

热网 互联网 实时监控 电子地图 故障报警 远程控制

0 引言

随着热网覆盖面积的不断扩大，热网出现故障的频率也大大增加，一旦热网出现故障，会给人们的生活带来极大的不便。由于维修人员难以及时了解出现故障的具体地点和具体原因，所以难以迅速地检修，造成了极大的资源浪费。目前，很多热网设备都安装了各类仪表、监控系统等，其能在一定程度上做到故障报警。然而，这些监控系统都只能显示小范围的仪表数据，无法给出具体故障地点、原因等信息，且需要较多值班人员随时值班，报警设备易出现故障等，由此造成了巨大的不便与资源浪费。

热网要求系统满足以下需求。①实时性，现场数据需要实时采集、存储、传输、显示，使决策人员能够第一时间了解生产第一线的情况，以便综合决策。②网络化，与互联网结合，不再采取传统的人工监控，通过互联网，可以随时随地打开计算机或手机，通过浏览器或客户端查看热网的设备运行状况、压力、温度、水位等数据及曲线。③人员安全性，在一些危险的、特殊的环境，进行无人监控以及远程控制，保护人们的生命安全。④信息安全性，对用户要求身份验证登录及权限限制。⑤自动手机报警，通过算法自动进行故障诊断，向手机推送故障信息。⑥远程控制，可以通过远程控制相应电动阀以及一些控制参数来调控系统，达到对热网的实时监控、历史检索、故障诊断、故障推送报警、站点地图显示、故障隔离、远程维护的目的。

1 远程维护系统的结构

按照物联网的架构建立热网远程维护系统[1]，如图1所示。

图1 系统总体框图Fig.1 Overall block diagram of the system

远程维护系统由Android手机、服务器、 数据传输单元(data transfer unit，DTU)、热力站，温度、压力、液位等传感器，以及执行机构电动阀等组成。

2 远程维护系统的功能模块

系统总体功能图如图2所示。远程维护系统分为控制台和Android手机客户端两部分。控制台包括通信模块、登录注册模块、实时监控模块、故障诊断模块、推送报警模块、历史检索模块、站点地图模块以及远程维护模块；手机APP主要包括推送接收模块和热网链接模块。

图2 系统总体功能图Fig.2 The general functional diagram of the system

2.1 登录注册模块

登录注册模块包括登录、注册、退出3个环节。

① 注册

新建一个form表单，设置用户名及参数id、密码及参数pw，再输一次密码及参数pw2；连接mysql数据库，将传来的相应数据id、pw、pw2插入mysql已建好的zhanghao表中。如果插入成功，则显示“注册成功”，并跳转到登录页面，如果插入失败，则显示注册失败”并跳转到注册页面。

② 登录

新建form表单，设置用户名id，密码pw；连接mysql数据库，对传来的数据进行zhanghao表的检索。若核对后，表中存在此账号，则显示“登录成功”，并在2 s后跳转到导航页面，并开启session会话，若不存在此账号，则显示“登录失败”，并在2 s后跳转到登录页面。

③ 退出

点击退出，session会话将清空，显示“正在退出…”,并在2 s后跳转到热网首页。

登录注册模块的功能是保证信息的安全，限制人员远程控制的控制权限。

2.2 实时监控

新建table表格，并输入相应的热网站点的名称以及显示的一次网和二次网的供水和回水的温度、压力、液位等。连接数据库，检索各个站点的相应字段的最新数据，并在表格相应的位置输出。每隔6 s进行刷新，使实时监控界面始终显示数据库中最新的信息。

实时监控模块的功能是实时显示各个热网站点的最新数据。

2.3 故障诊断模块

连接数据库，对各个站点的最新温度、压力、液位等数据进行阈值判断。若超出设定的阈值，则在故障诊断界面显示此故障的站点、故障原因、故障时间等详细信息，并传递故障信息，进入手机推送报警模块，在推送报警后返回故障诊断页面；若未超出设定的阈值，即未出现任何异常，则在6 s后重新进行故障诊断，不断循环下去。

故障诊断模块的功能是对热网的各个站点的各项数据进行故障诊断，进行显示及推送报警。

2.4 推送报警与推送接收模块

推送报警模块包括手动推送报警和故障诊断报警。

① 手动推送报警

创建推送表单，设置推送信息如故障站点、故障原因、故障详情及参数zd、yy、xq；对提交的信息进行整理后通过推送，发送到Android手机上。

② 故障诊断报警

对故障诊断环节传递的故障信息进行Android手机推送。

推送报警模块的功能是实现故障的自动和手动报警，向维护人员推送详细的故障诊断结果，以及故障诊断页面的网页链接。

推送接收模块的功能是接收控制台发送的故障诊断信息。

2.5 历史检索模块

历史检索包括近期热网历史数据和按时间历史检索。

① 近期历史数据

按照一个站点的倒数30条数据进行检索，并在表格中详细输出显示，每隔6 s刷新。点击不同的站点链接，可查看打开的站点的近期历史数据。

② 日期历史检索

创建form表单，设置站点及参数id、开始日期及参数date1、截止日期及参数date2。将站点设置成下拉表单，通过点击选项中的站点及开始和截止日期，来检索输出显示此站点这段日期的历史数据。

历史检索模块的功能是检索各个站点在各个时间段内的历史数据。

2.6 站点地图模块

连接数据库，创建zhandianditu表，插入各个站点的详细坐标信息；通过百度地图API调用百度地图；点击站点，通过数据库的zhandianditu 表检索此站点的坐标信息，在百度地图上进行标注；在标注旁，设置标签，标签中显示此站点的详细信息。

站点地图模块的功能是在百度地图上显示各个站点的具体地址、电话、简介、图片及检索。

2.7 热网链接模块

创建webview类，设置监控、故障、地图、维护按钮及按钮触发的相应网址链接。

热网链接模块的功能是能够通过Android手机热网客户端内置浏览器点击查看控制台的热网信息。

2.8 通信与控制模块

通信模块包括服务器的数据接收与发送[2]、热力站的发送与接收以及手机推送消息的接收。

① 服务器通信模块

获取服务器的IP、port,创建Socket，绑定以及监听热力站。通过TCP/IP协议实现服务器与热网的数据接收与指令的发送。将接收的热网数据存入数据库各个站点的表中。将远程维护发出的开关指令发送到热力站，远程控制热力站执行机构电动阀的开度。

② 热力站通信模块

热力站主要是通过DTU实现与服务器的数据通信。DTU与服务器先通过串口连接，配置好公网IP、端口及移动手机卡；配置好之后解除DTU与服务器的连接，将DTU与热力站控制器连接，实现热力站数据的收发。

③ Android推送模块

搭建Android开发环境，采用个推推送协议接收消息[3]。

通信模块的功能是使服务器与热力站进行数据通信以及服务器与手机的推送报警，实现站点的数据接收以及故障的隔离与维护。

远程维护系统的功能主要是对热网的压力、温度、液位、电压、电流等数据进行采集、传输和存储，实现实时监控、历史检索、故障诊断、推送报警、远程控制的功能。

3 远程维护系统的关键技术

3.1 服务器及数据库

服务器采用支持PHP开发动态网页的架构即Windows+IIS+MySql+PHP的组合[4]。计算机系统采用Window7系统，IIS是Internet 信息服务。由于没有固定的IP，所以还需要花生壳软件。首先申请护照，然后注册域名，最后激活花生壳服务。由于采用局域网共享上网，因此使用域名不能访问个人服务器。这是因为花生壳软件不支持内网接入用户，所以需要使用端口映射的方法访问，把“连接到资源时的内容来源”单选项选为“另一台计算机上的共享”，并在下面指定局域网中那台计算机和网站存放目录。使用申请的域名即可以访问提交的热网网页。系统使用B/S架构，即浏览器和服务器的通信连接模式。

MySql数据库使用简单，程序开源，成本较低。PHP通过库函数访问数据库[5]。使用服务器IP、端口以及数据库的用户名及密码连接数据库与服务器。数据库主要包括创建表、插入数据、查询数据、更新数据、删除数据等功能。在数据库中创建zhanghao、zhandianzuobiao、relizhan 、guzhang等数据库表，以存储注册的账号信息、各个站点的具体坐标信息、热力站各个站点的详细数据、发生过的故障的历史信息等。各字段内容如下。

① 账号字段包括用户名和用户密码；

② 站点坐标字段包括站点的经度、纬度、图片、电话、简介及地址；

③ 热力站字段则包括id、存储时间、液位、电压、电流、一次供水温度、一次回水温度、一次供水压力、一次回水压力、二次供水温度、二次回水温度、二次供水压力及二次回水压力;

④ 故障字段包括故障地点、故障时间、故障原因、故障现象及故障诊断结果[6]。

3.2 手机客户端设计

使用Java JDK1.6+Eclipse3.0+ADT0.9.7+SDK TOOLS R6搭建环境[7]，以及Java语言来实现手机客户端软件的开发。热网手机客户端的主要功能是实现服务器将故障诊断结果推送到手机上，使维护人员随时能够接收热网故障信息;点击按钮可随时查看实时监控、历史检索、推送报警、站点地图、故障诊断结果、远程维护等[8]。

远程维护系统中推送采用服务器推送模型。与其他通信方式比较而言，推送具有以下优点：省电省流量，推送消息发送速度快，到达率高，支持报表功能；成本低，有专门的技术支持，能够及时响应[9]。

在服务器端，可设置推送的对象为单推、组推或群推。

① 单推

每个热网Android手机客户端启动后，各推送服务器会给定一个CID，服务器可以根据CID单独推送到某一个手机上。

② 组推

根据CID或者省份等设置标签tag，实现服务器的消息组推。

③ 群推

群推向所有安装热网APP的用户推送消息。

在3G、2G、WiFi任意一种网络环境下，都可以接收推送的故障信息。手机接收推送信息后，会有信息铃声提醒。用户打开软件可看到故障诊断结果，包括故障地点、故障现象、故障结果、故障时间以及详细情况的网址。

对于监控、历史、控制等页面，按钮与相应的网址URL相关联，用户点击按钮，即可打开APP内置的浏览器，从而实现手机与服务器信息的交互。可通过手机客户端实时了解服务器发布的信息。

3.3 站点地图

通过百度地图注册得到的密钥ak，得到百度地图的API，调用百度地图。连接数据库提取站点的坐标、地址、电话、详情以及图片，以站点为中心，设置百度地图，使地图能放大缩小。在百度地图上进行标注，添加标签lable，将数据库提取的信息在标签内显示。添加附近搜索、起点搜索和终点搜索的检索功能。

3.4 远程控制

对于水箱液位、室内外的温度、压力、电流及电压都将设置一定的阈值，超过限值，都将自动报警。在服务器中，将采集的各项实时数据根据不同的设施通过不同的算法初步判断出现的故障。远程控制电动阀进一步判断故障类别、地点和原因，并且进行手机推送，向用户报警。

维护人员可以在服务器发送指令，指令通过DTU传送到热力站控制器。控制器接收到指令后，控制热力站电动阀，调节阀门开度，对故障进行隔离或者启用备用设备，以最大程度减少资源、时间的浪费；为维护人员提供详细故障信息以及维护时间，使其尽快保证热网运行畅通[10]。

4 结束语

基于互联网的远程维护，所有热力站采集的信息都会传入互联网，用户可以随时随地打开软件，查看任意热网信息，不再局限于工厂的监控室。热网智能远程维护系统具有实时性，现场信息与监控显示的信息同步，故障诊断信息会实时推送到维护人员手机上。该系统使热网公司节约了资源，出现故障时，可以远程操作来关闭电动阀，或者启动备用设备；可以隔离一些泄漏等的相关故障，避免了资源浪费；故障诊断与远程维护效率高，集中控制，远程互联网监控，短信报警，节约了大量的人力、物力、时间，提高了工作效率。系统可以自动监控，自动报警，24 h在线。实时数据、故障信息都记录在数据库，可以随时查询。本设计达到了热网的安全性、网络化、实时性、自动报警、远程维护的目的。

[1] 邵鹏飞,王喆,张宝儒.面向移动互联网的智能家居系统研究[J].计算机测量与控制，2012，20(2)：474-479.

[2] 季峰.基于Socket的物联网网关网络通信编程与实现[J].信息通信，2014(10)：81-82.

[3] 张玲，张翠俏.WebSocket服务器推送技术的研究[J].河北省科学院学报,2014,31(2):49-53.

[4] 汪婷婷.IIS6.0下构建PHP应用环境[J].计算机光盘软件与应用，2012(5)：152-153.

[5] 黄喜民，谭新莲，王勇，等.PHP及MYSQL在IIS服务器上的应用[J].郑州工业高等专科学校学报，2002,18(2)：16-18.

[6] 徐立艳.浅议PHP与MySQL之间的操作[J].电脑知识与技术，2014,10(15)：3478-3480.

[7] 张云.Windows下Android应用程序开发环境搭建详解[J].计算机时代，2013(1)：32-34.

[8] 陶阳.基于Android平台的APP设计与实现[J].电脑编程技巧与维护，2014(9)：23-27.

[9] 李永钢，彭云峰.Web系统消息推送技术的研究[J].电子世界，2014(14)：7-7.

[10]黄昌映，岑明，杨凡弟，等.开放式车辆远程控制架构与应用[J].计算机测量与控制，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

国家自然科学基金资助项目(编号：61463040)；

内蒙古自然科学基金资助项目(编号：2012MS0910)。

李琦(1973-)，男，2002年毕业于同济大学系统工程专业，获硕士学位，副教授；主要从事复杂工业过程优化控制、嵌入式系统及物联网应用的研究。

TP391+.8

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201506013

修改稿收到日期：2014-12-29。