《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于藍(lán)牙技術(shù)的小區(qū)供水設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)
來(lái)源:電子技術(shù)應(yīng)用2011年第3期
朱 潔1, 茅忠明2
1. 上海電機(jī)學(xué)院 高職技術(shù)學(xué)院, 上海200240; 2. 上海理工大學(xué) 光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院, 上海200093
摘要: 介紹了一種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視生活供水設(shè)備的方法。通過(guò)PLC模擬量模塊實(shí)現(xiàn)管路、壓力和流量的測(cè)量;PLC數(shù)字量模塊實(shí)現(xiàn)供水設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、故障和遠(yuǎn)程啟停信號(hào)采集。借助藍(lán)牙通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信號(hào)的交換,使小區(qū)物業(yè)可在辦公室對(duì)供水設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控。應(yīng)用計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理,同時(shí)在顯示屏上顯示窗口和棒狀圖形,以及對(duì)歷史數(shù)據(jù)查詢和打印。
中圖分類號(hào): TP393
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B
文章編號(hào): 0258-7998(2011)03-0075-03
Remote monitoring system over the residential quarter water supply equipment based on bluetooth
Zhu Jie1, Mao Zhongming2
1.School of Vocation Technology, Shanghai Dianji University, Shanghai 200240, China; 2. School of Optical-Electrial and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
Abstract: This thesis introduces a method of remotely monitoring and controlling water supply systems in residential quarters. With the help of PLC simulation, the measure of the pipeline, pressure and flow rate are simulated. PLC digital module is employed to monitor water supply system, and collect signals of failure and remote switching. Bluetooth technology is utilized to exchange remote data signals, enabling real-estate staff to remotely monitor water supply system from their offices. Computer configuration software is applied to undertake the analysis and treatment of the data collected on the spot, and at the same time, the result will be shown on the screen with graphs. In addition, the past records of data can be reviewed and printed.
Key words : bluetooth; PLC; remote monitoring; propety


    近年來(lái)我國(guó)城市發(fā)展建設(shè)速度加快,小區(qū)的規(guī)模越來(lái)越大,生活供水設(shè)備作為物業(yè)的重要組成部分也越來(lái)越龐大、分散。隨著最近計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,各種自來(lái)水管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。圖1所示的系統(tǒng)是未來(lái)城市自來(lái)水管理的一個(gè)發(fā)展方向, 但各小區(qū)的生活供水設(shè)備管理水平還相對(duì)落后, 所以加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有生活供水設(shè)備的信息化建設(shè)與改造具有重要意義。

1 系統(tǒng)主要功能和特點(diǎn)
    本文旨在利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù),使得物業(yè)公司能在辦公室內(nèi)對(duì)小區(qū)生活供水設(shè)備的主要運(yùn)行參數(shù)、管網(wǎng)信息及設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)調(diào)度和控制,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化信息管理。圖2為小區(qū)生活供水設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖。系統(tǒng)具有如下功能和特點(diǎn):
    (1)可同時(shí)監(jiān)控多個(gè)泵房設(shè)備的運(yùn)行情況,可足不出戶第一時(shí)間巡查水泵設(shè)備。
    (2)能顯示測(cè)量的壓力、流量、水泵[1]運(yùn)行數(shù)量、水泵運(yùn)行頻率等數(shù)據(jù)。
    (3)可遠(yuǎn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置,遠(yuǎn)程控制設(shè)備啟停。
    (4)具有各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)圖形顯示功能,可分區(qū)、分段地顯示每臺(tái)水泵工作狀態(tài)情況,如運(yùn)行、停止、故障等。
    (5)具有故障報(bào)警、故障顯示、故障查詢功能。
    (6)具有每臺(tái)設(shè)備運(yùn)行累積時(shí)間記錄功能。
    (7)所有的記錄具有報(bào)表功能,可通過(guò)Excel表格的形式進(jìn)行輸出、保存,便于通過(guò)Office軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算處理。
    (8)預(yù)留系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口,以便與自來(lái)水廠售后服務(wù)中心進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。

2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
    監(jiān)控系統(tǒng)的硬件主要由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備、藍(lán)牙通信模塊和上位機(jī)及監(jiān)視軟件三部分組成。
2.1監(jiān)控設(shè)備
    考慮到系統(tǒng)輸入、輸出的信號(hào)較多,且信號(hào)類型復(fù)雜,所以本文選用功能強(qiáng)大、性能優(yōu)異的西門子S7-300/400系列PLC[2]作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備。它主要由CPU模塊、數(shù)字量擴(kuò)展模塊和模擬量擴(kuò)展模塊[3]組成。CPU模塊是整個(gè)PLC的大腦,它要完成信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、信號(hào)輸出和數(shù)據(jù)通信等功能。它附屬的MPI通信口可以直接連接到藍(lán)牙串口適配器,以完成與上位機(jī)的藍(lán)牙通信。數(shù)字量擴(kuò)展模塊用于輸入水泵手/自動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)行或停止?fàn)顟B(tài)、故障狀態(tài)和遠(yuǎn)程啟停指令,并輸出相應(yīng)的開關(guān)量信號(hào)去完成水泵的啟動(dòng)、停止和故障聲光報(bào)警等。模擬量擴(kuò)展模塊用于接收管路壓力、流量和水位信號(hào),并把經(jīng)過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送給CPU模塊,以便作進(jìn)一步運(yùn)算和信號(hào)遠(yuǎn)傳。
2.2藍(lán)牙通信模塊
    本案小區(qū)物業(yè)公司主要坐落于一樓,供水設(shè)備一般在地下一層,兩者之間若采用有線通信將需要架設(shè)較長(zhǎng)的電纜線,而且施工麻煩。如果物業(yè)公司中途更換辦公地點(diǎn),又需要重新布線和施工。所以本文采用無(wú)線藍(lán)牙通信技術(shù),通過(guò)無(wú)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,避免了架設(shè)電纜線的困難。
    藍(lán)牙(Bluetooth)[4]是一種短程無(wú)線電技術(shù)。工作在2.4 GHz的ISM頻段,該頻段在全球范圍內(nèi)屬綠色免費(fèi)頻段,使用該頻段無(wú)需向無(wú)線電資源管理部門申請(qǐng)?jiān)S可證。藍(lán)牙采用了快速跳頻(Frequency Hopping)方式來(lái)擴(kuò)展頻譜(Spread Spectrum),將2.402 GHz~2.48 GHz頻段分成79個(gè)頻點(diǎn),相鄰頻點(diǎn)間隔1 MHz。藍(lán)牙設(shè)備在某個(gè)頻點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)之后,再跳到另一個(gè)頻點(diǎn)發(fā)送,而頻點(diǎn)的排列順序則是偽隨機(jī)的,每秒鐘頻率改變1 600次,每個(gè)頻率持續(xù)625 μs。這使得藍(lán)牙技術(shù)比其他系統(tǒng)如數(shù)傳電臺(tái)、無(wú)線Modem等都更穩(wěn)定可靠。
    本文選用西門子S7-300/400系列的PLC藍(lán)牙通信模塊FS-BT-MPI[5],如圖3所示,它是由四星電子自主研發(fā)生產(chǎn)的工業(yè)級(jí)藍(lán)牙MPI適配器,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)或觸摸屏等裝置的RS232口或USB口到西門子S7-300/400系列PLC的MPI口的藍(lán)牙無(wú)線數(shù)據(jù)通信。

    該通信套件可完全替代傳統(tǒng)的編程通信接口適配器,如PC/MPI、USB/MPI、PC Adapter等。無(wú)需改動(dòng)原有串口的通信協(xié)議和各種編程軟件、監(jiān)控軟件等,無(wú)需設(shè)置,即插即用十分方便,不失為近距離串口無(wú)線通信的最佳選擇,特別適合使用在以下場(chǎng)合: (1)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的設(shè)備之間的串口通信;(2)河溝對(duì)面、公路或鐵路對(duì)面的設(shè)備之間的通信; (3)其他所有不便于敷設(shè)電纜的設(shè)備之間的通信。由于該藍(lán)牙串口產(chǎn)品全部按工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì),除全部采用工業(yè)級(jí)芯片外,在RS232/RS485/RS422各端口以及電源端口,均設(shè)計(jì)有浪涌保護(hù)或防雷擊保護(hù)電路。對(duì)于電源則采用寬電壓輸入,不怕電源抖動(dòng)變化的影響。同時(shí)輸入的電源經(jīng)內(nèi)部DC/DC模塊隔離后,給電路板供電,這樣輸入電源可取自任意設(shè)備,而不必?fù)?dān)心共地干擾可能引起對(duì)設(shè)備的損壞。每套由FS-BT-MPI由兩只FS-BT-MPI模塊組成,一只連接到上位機(jī)的RS232口或USB口,另一只連接S7-300/400系列PLC的MPI口(RS485接口),出廠時(shí)已配對(duì)設(shè)置好。只能在配好對(duì)的兩只FS-BT-MPI之間建立通信,不同對(duì)的藍(lán)牙模塊不能混用,各對(duì)的通信互不影響,就像汽車的遙控鑰匙只能打開與它配對(duì)的汽車一樣。模塊面板上有4個(gè)發(fā)光二極管指示燈,可以通過(guò)該指示燈判斷出模塊的工作狀態(tài),如表1所示。

    兩只模塊上分別有三只撥動(dòng)開關(guān),用于設(shè)定藍(lán)牙通信的波特率,如表2所示??紤]到本系統(tǒng)參數(shù)的變化不是很快,且需要通信的數(shù)據(jù)量也不大,所以本文選用的波特率是慢速的19 200 b/s。這樣既能滿足系統(tǒng)的需要,也能獲得足夠高的通信穩(wěn)定性和可靠性。

2.3 上位機(jī)及監(jiān)視軟件
    上位機(jī)即是一臺(tái)PC計(jì)算機(jī)。監(jiān)控軟件將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集的信號(hào)以圖形及數(shù)據(jù)的方式在顯示屏上顯示出來(lái)。常見的監(jiān)控軟件有組態(tài)王、WebAccess、WinCC等,本文選用組態(tài)王6.53版本作為系統(tǒng)的監(jiān)控軟件。
3 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件
    監(jiān)控系統(tǒng)的軟件主要由PLC程序和上位機(jī)組態(tài)軟件兩部分組成。
3.1 PLC程序
    該部分程序包括主程序和100 ms定時(shí)中斷服務(wù)程序,如圖4所示。主程序完成定時(shí)器、藍(lán)牙通信的初始化,然后就等待定時(shí)中斷的進(jìn)入。每當(dāng)100 ms時(shí)間到后,就進(jìn)入了服務(wù)子程序。首先查詢藍(lán)牙通信有無(wú)數(shù)據(jù)輸入,如有,則先接收再存儲(chǔ)。接著判斷收到的數(shù)據(jù)中有無(wú)遠(yuǎn)程(緊急情況下,在物業(yè)辦公室)啟停泵請(qǐng)求,若有,則先啟動(dòng)或關(guān)停相應(yīng)的水泵,以達(dá)到快速調(diào)節(jié)管路壓力和流量的目的。然后計(jì)算壓力、流量的值,并判斷有無(wú)故障點(diǎn),如有,則生成故障號(hào)。最后將壓力、流量和水泵狀態(tài)等數(shù)據(jù)一起通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送出去。

3.2 上位機(jī)組態(tài)軟件
    通過(guò)組態(tài)上位機(jī)軟件,本文能在計(jì)算機(jī)顯示屏上設(shè)置一些按鍵,并定義成相應(yīng)的泵號(hào),緊急情況下可以按下按鍵,達(dá)到遠(yuǎn)程控制水泵的目的。借助于藍(lán)牙通信,可以將接收到的水泵狀態(tài)、管路壓力和流量等值,通過(guò)顯示窗口或棒狀圖的形式顯示出來(lái)。再結(jié)合預(yù)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、數(shù)學(xué)模型、空間分析等手段,根據(jù)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)和實(shí)際情況,進(jìn)行優(yōu)化控制反饋,完成對(duì)供水管網(wǎng)調(diào)度、設(shè)備管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的合理配置。
    本遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)除了可以實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的,還可以完成其他輔助功能,如報(bào)表功能、數(shù)據(jù)曲線分析功能,都為供水管網(wǎng)系統(tǒng)提供了可靠的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)在寧波港務(wù)局大樓的幾年運(yùn)行,證明了系統(tǒng)不但可靠性高,而且大大提高了安全性和工作效率, 保證了供水質(zhì)量,滿足了日益增長(zhǎng)的用水量的需求,具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。其固有的先進(jìn)性、實(shí)用性、擴(kuò)充性、安全性、可靠性,使其必將在供水行業(yè)越來(lái)越廣泛地推廣應(yīng)用,為供水行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。
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