文獻標識碼: B
文章編號： 0258-7998(2011)03-0075-03
近年來我國城市發(fā)展建設速度加快，小區(qū)的規(guī)模越來越大，生活供水設備作為物業(yè)的重要組成部分也越來越龐大、分散。隨著最近計算機網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，各種自來水管理系統(tǒng)應運而生。圖1所示的系統(tǒng)是未來城市自來水管理的一個發(fā)展方向， 但各小區(qū)的生活供水設備管理水平還相對落后， 所以加強對現(xiàn)有生活供水設備的信息化建設與改造具有重要意義。
1 系統(tǒng)主要功能和特點
本文旨在利用計算機信息技術、通信技術和自動控制技術，使得物業(yè)公司能在辦公室內對小區(qū)生活供水設備的主要運行參數(shù)、管網(wǎng)信息及設備運行狀況進行動態(tài)監(jiān)測、實時調度和控制，從而實現(xiàn)自動化信息管理。圖2為小區(qū)生活供水設備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖。系統(tǒng)具有如下功能和特點：
(1)可同時監(jiān)控多個泵房設備的運行情況，可足不出戶第一時間巡查水泵設備。
(2)能顯示測量的壓力、流量、水泵[1]運行數(shù)量、水泵運行頻率等數(shù)據(jù)。
(3)可遠程進行數(shù)據(jù)設置，遠程控制設備啟停。
(4)具有各種動態(tài)系統(tǒng)圖形顯示功能，可分區(qū)、分段地顯示每臺水泵工作狀態(tài)情況，如運行、停止、故障等。
(5)具有故障報警、故障顯示、故障查詢功能。
(6)具有每臺設備運行累積時間記錄功能。
(7)所有的記錄具有報表功能，可通過Excel表格的形式進行輸出、保存，便于通過Office軟件進行數(shù)據(jù)計算處理。
(8)預留系統(tǒng)網(wǎng)絡接口，以便與自來水廠售后服務中心進行遠程通信。
2 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構成
監(jiān)控系統(tǒng)的硬件主要由現(xiàn)場監(jiān)控設備、藍牙通信模塊和上位機及監(jiān)視軟件三部分組成。
2.1監(jiān)控設備
考慮到系統(tǒng)輸入、輸出的信號較多，且信號類型復雜，所以本文選用功能強大、性能優(yōu)異的西門子S7-300/400系列PLC[2]作為現(xiàn)場監(jiān)控設備。它主要由CPU模塊、數(shù)字量擴展模塊和模擬量擴展模塊[3]組成。CPU模塊是整個PLC的大腦，它要完成信號采集、數(shù)據(jù)處理、信號輸出和數(shù)據(jù)通信等功能。它附屬的MPI通信口可以直接連接到藍牙串口適配器，以完成與上位機的藍牙通信。數(shù)字量擴展模塊用于輸入水泵手/自動狀態(tài)、運行或停止狀態(tài)、故障狀態(tài)和遠程啟停指令，并輸出相應的開關量信號去完成水泵的啟動、停止和故障聲光報警等。模擬量擴展模塊用于接收管路壓力、流量和水位信號，并把經(jīng)過測量轉換后的數(shù)據(jù)送給CPU模塊，以便作進一步運算和信號遠傳。
2.2藍牙通信模塊
本案小區(qū)物業(yè)公司主要坐落于一樓，供水設備一般在地下一層，兩者之間若采用有線通信將需要架設較長的電纜線，而且施工麻煩。如果物業(yè)公司中途更換辦公地點，又需要重新布線和施工。所以本文采用無線藍牙通信技術，通過無線進行數(shù)據(jù)傳輸，避免了架設電纜線的困難。
藍牙(Bluetooth)[4]是一種短程無線電技術。工作在2.4 GHz的ISM頻段,該頻段在全球范圍內屬綠色免費頻段，使用該頻段無需向無線電資源管理部門申請許可證。藍牙采用了快速跳頻（Frequency Hopping）方式來擴展頻譜（Spread Spectrum），將2.402 GHz～2.48 GHz頻段分成79個頻點，相鄰頻點間隔1 MHz。藍牙設備在某個頻點發(fā)送數(shù)據(jù)之后，再跳到另一個頻點發(fā)送，而頻點的排列順序則是偽隨機的，每秒鐘頻率改變1 600次，每個頻率持續(xù)625 μs。這使得藍牙技術比其他系統(tǒng)如數(shù)傳電臺、無線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)級藍牙MPI適配器，實現(xiàn)計算機或觸摸屏等裝置的RS232口或USB口到西門子S7-300/400系列PLC的MPI口的藍牙無線數(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。無需改動原有串口的通信協(xié)議和各種編程軟件、監(jiān)控軟件等，無需設置，即插即用十分方便，不失為近距離串口無線通信的最佳選擇，特別適合使用在以下場合： (1)移動或旋轉的設備之間的串口通信；(2)河溝對面、公路或鐵路對面的設備之間的通信； (3)其他所有不便于敷設電纜的設備之間的通信。由于該藍牙串口產(chǎn)品全部按工業(yè)級設計，除全部采用工業(yè)級芯片外,在RS232/RS485/RS422各端口以及電源端口，均設計有浪涌保護或防雷擊保護電路。對于電源則采用寬電壓輸入，不怕電源抖動變化的影響。同時輸入的電源經(jīng)內部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備，而不必擔心共地干擾可能引起對設備的損壞。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），出廠時已配對設置好。只能在配好對的兩只FS-BT-MPI之間建立通信，不同對的藍牙模塊不能混用，各對的通信互不影響，就像汽車的遙控鑰匙只能打開與它配對的汽車一樣。模塊面板上有4個發(fā)光二極管指示燈，可以通過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開關，用于設定藍牙通信的波特率，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 上位機及監(jiān)視軟件
上位機即是一臺PC計算機。監(jiān)控軟件將現(xiàn)場設備采集的信號以圖形及數(shù)據(jù)的方式在顯示屏上顯示出來。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定時中斷服務程序，如圖4所示。主程序完成定時器、藍牙通信的初始化，然后就等待定時中斷的進入。每當100 ms時間到后，就進入了服務子程序。首先查詢藍牙通信有無數(shù)據(jù)輸入，如有，則先接收再存儲。接著判斷收到的數(shù)據(jù)中有無遠程（緊急情況下，在物業(yè)辦公室）啟停泵請求，若有，則先啟動或關停相應的水泵，以達到快速調節(jié)管路壓力和流量的目的。然后計算壓力、流量的值，并判斷有無故障點，如有，則生成故障號。最后將壓力、流量和水泵狀態(tài)等數(shù)據(jù)一起通過藍牙發(fā)送出去。
3.2 上位機組態(tài)軟件
通過組態(tài)上位機軟件，本文能在計算機顯示屏上設置一些按鍵，并定義成相應的泵號，緊急情況下可以按下按鍵，達到遠程控制水泵的目的。借助于藍牙通信，可以將接收到的水泵狀態(tài)、管路壓力和流量等值，通過顯示窗口或棒狀圖的形式顯示出來。再結合預測、統(tǒng)計、數(shù)學模型、空間分析等手段，根據(jù)經(jīng)濟、技術指標和實際情況，進行優(yōu)化控制反饋，完成對供水管網(wǎng)調度、設備管理等各個環(huán)節(jié)的合理配置。
本遠程監(jiān)控系統(tǒng)除了可以實現(xiàn)用戶對數(shù)據(jù)實時監(jiān)控的目的，還可以完成其他輔助功能，如報表功能、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)過在寧波港務局大樓的幾年運行，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， 保證了供水質量，滿足了日益增長的用水量的需求，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。其固有的先進性、實用性、擴充性、安全性、可靠性，使其必將在供水行業(yè)越來越廣泛地推廣應用，為供水行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。
參考文獻
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