基于GPRS的学院供水监测系统设计

张燕妮，林郭森

（1.青岛理工大学琴岛学院，山东 青岛 266000；2.山东青鸟软通信息技术股份有限公司，山东 青岛 266000）

基于GPRS的学院供水监测系统设计

张燕妮1，林郭森2

（1.青岛理工大学琴岛学院，山东 青岛 266000；2.山东青鸟软通信息技术股份有限公司，山东 青岛 266000）

介绍了一种基于GPRS的学院供水监测系统设计方法，对于学院在供水方面、节水用水方面有很高的实用价值。上位机利用组态王软件对各个供水站点进行监控系统设计，下位机采用可编程控制器（PLC）自动动态地采集现场数据和检测管道运行状态，并且通过GPRS无线数据传输技术将采集到的数据传输到监控器的监视设备上。

GPRS；学院供水；监测系统；组态王

由于学院供水具有跨越面积大、教学楼层多、检测点分散的特点，若采用传统的方式，比如卫星通信、数传电台、微波等无线数据传输解决方法，存在实时性差、覆盖范围不宜掌控、投资成本高、运行费用高等问题，同时给监控设备的无人守职运行带来较大的难度。本文针对这些问题，介绍了一种基于GPRS数据传输技术的上位机和下位机相结合的控制系统，上位机采用组态王软件可以实时地显示各个参数的信息，通过脚本设置可以实现数据分析、压力排序、累积流量计算等功能；下位机采用可编程控制器（PLC）可以自动显示设在供水输配管线上的各种参数传感器和变送器采集数据和检测管道的运行状态。中国移动推出的GPRS数据传输技术又具有覆盖面广、实时性好、传输速率高、运营费用低、支持IP协议等特点，可以大幅节省人力和物力，提高供水管网监控系统的自动化水平。

1 系统总体方案

学院供水监测系统主要由数据中心、GPRS网络、现场采集点3大部分组成。系统结构图如图1所示。

图1 系统结构示意图

2 系统配置及功能

系统采用GPRS网络，连接所有人机接口（HMI）、过程控制站以及安全管理控制器等节点，完成高速通讯功能；下层为I/O网，连接着控制器与I/O模件。

PC机系统软件基于Windows 2000 Server操作系统，可同时完成工程师站功能和操作员站功能。工程师站用于完成系统的功能组态，修改控制策略等。工程师站设置有组态软件保护密码，以防一般人员擅自修改控制策略、应用程序和系统数据库。在中央监控室中设置2台操作站，均兼具工程师、操作员功能，可对整个学院供水系统进行监视、操作。其基本功能包括学院总貌显示、各个教学楼显示、各楼层供水细目显示、报警显示、供水系统状态显示、用户自定义的供水流程动态显示、相关参数显示等。同时，该系统可进行操作信息、系统状态信息、供水流量显示和数据报表等的打印。配置打印机（激光A4）1台。系统过程控制站采用具有很高性价比的SIEMENS S200 CPU，设计采用226 DC/DC/DC处理器。过程采集模块采用EM2314路模拟量采集模块，主要用于现场压力的采集和处理。

3 系统的监控方案

采用GPRS数据传输技术构建远程监控系统时，分为远端点（各调压站）和中心端（监控中心）2部分。远端点设备采用GPRS数传装置与现场的仪表（或是智能化设备）相连，如果现场仪表是485线方式，可以用485将多台设备一起接到GPRS数传装置上。中心端的设备主要采用以下方式：①采用计算机加GPRS数传装置的方式；②采用计算机加互连网固定IP地址（比如宽带接入）的方式；③采用计算机加互连网固定域名（比如宽带接入）的方式。监控中心站按2种方式接收远端信号，即GPRS MODEM和通过专线。

3.1 监控中心

DDN专线、ISDN、ADSL等都是中心端网络接入的可选方式。但是为了提高系统的稳定性，降低后期运行费用，该系统选择使用ADSL＋动态域名解析方式。计算机通过ADSL专线（或RS-232串口和GPRS MODEM）相连，主控制站接收各个分站点传来的信号，处理后显示输出。如果有异常情况发生，可进行灯光报警，同时将报警信息保存到报警报表中，提醒操作人员采取措施，防止事故发生。系统可以根据整个学院供水系统的状况，自动对各站点进行相应的控制，实现整个学院供水系统自动运行。在上位机上，可自动生成实时数据报表和历史数据报表，并设有页面设置、打印预览、快速打印等功能，实现对整个学院供水系统的自动化管理。数据中心的PC计算机上装有监控组态软件，完成整个学院供水系统的组态。监控组态软件灵活性好、针对性强[1]，可以完成“用户管理”“系统监控”“压力排序”“历史数据查询”“数据分析”“报警记录”“操作记录”等功能，实现整个系统的远程监控及自动化管理功能。同时，通过对系统内压力等数据的监视，调节送给各站点的水流量，实现监视的目的。系统界面生动直观、操作方便简单，真正实现了学院的节水用水和供水自动化。

为了保证系统的可靠性，采用双机热备方式，即监控主机和副机，当主机出现故障时，副机立即代替主机进行监控。为了避免由于掉电或系统重启而导致的数据流失，建立ACCESS数据库，通过编写脚本，实现定时将供水流量累计值保存到数据库中，并且将数据库中保存的流量累计值读取到组态王中，更加保证了整个监控系统的准确性和完整性。

3.2 现场控制和数据采集

现场供水监控点由PLC实现自动控制，并采集相关信息，通过RS232或RS485接口与GPRS DTU终端相连。GPRS DTU内部含有中国移动数据SIM卡。I/O设备用于采集设备信息，由GPRS DTU终端对数据信息进行处理、协议封装后发送到GPRS无线网络中。中心站通过GPRS DTU采用GPRS网络与各点联结通信，各种数据由中心站处理，并能按要求直接发出声、光报警和断电控制信号。图2所示为调压站的系统配置。

图2 调压站系统配置图

3.3 PLC控制

PLC选用SIEMENS S7-200，CPU选用CPU226，RS-485通信编程口有2个：其中一口连接位于现场的各个传感器，另一口连接GPRS通信模块。除了对设备进行控制和实时数据采集之外，还将数据定时发送给GPRS模块，最终将数据发送到学院供水系统监控中心，同时通过该GPRS DTU通信模块接收学院供水系统控制室发来的指令，并根据控制指令做出相应的动作。此设计中，PLC站点地址要和组态王设备地址一致。组态王各变量对应的寄存器地址和PLC地址存在一定的换算关系。换算关系为：dd＝（PLC地址－3000）/2＋1（组态王中变量对应的寄存器地址为300dd）。例如，某一站点的中压信号对应的PLC地址为3000，则根据换算公式可知dd＝（3000－3000）/2＝01，所以该中压信号在组态王中对应的设备寄存器地址应该为30001。

PLC控制流程如图3所示。

图3 PLC控制流程图

4 结束语

该方案实现了对分散的各个教学楼供水流量表参数的集中显示和控制。现场采集系统利用GPRS无线通信网络和可编程控制器（PLC）相结合的结构系统，具有网络覆盖范围广、通信速度快、系统抗干扰能力强等特点。上位机通过利用组态软件，实现了现场参数及设备状态的集中显示、报警、历史数据查询、压力排序、数据分析、操作记录、用户管理、累积量保存显示等功能，系统的实时性和准确性得到了提升，大大降低了人为因素带来的误差，也避免了由于断电或重启带来的流失数据的弊端，较好地提高了供水的现代化管理水平和管理效率，整个系统不仅可以应用于学院供水方面，还可以广泛应用于很多其他企业中。

［1］张花蕊.基于GPRS的高压开关监控系统的设计［D］.杭州：浙江大学，2006.

［2］安丽娟.高压输电线路安全监测系统［D］.太原：太原理工大学，2008.

TP277

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.120

2095－6835（2017）21－0120－02

张燕妮（1987—），女，汉族，山东青岛人，讲师，硕士研究生，研究方向为控制工程。林郭森（1984—），男，山东青岛人，本科，项目经理。

〔编辑：刘晓芳〕