基于GPRS的城市供水报警监控系统的设计

摘要：针对城市居民生活用水不稳定的实际情况，设计了一种主要由装有组态软件的工控机、GPRS模块、GPRS短信模块、智能仪表、传感器、用户手机等设备组成的城市供水报警监控系统，实现温度、压力、电压、电流、红外、地面水位、变频器异常的报警。通过实际3个月的系统运行表明，该系统性能稳定可靠，同时泵站的故障率降低且城市停水次数明显减少。
关键词：组态软件；GPRS短信模块；监控系统；报警组件；数据采集器

    城市供水系统是保证城市居民能够稳定、安全、可靠饮水的重要保障，其中城市报警系统是组成该系统重要的一部分。目前，大多数城市报警系统的自动化水平还比较低，当泵站出现故障时不能及时地发现，只有人员到了泵房才能发现，甚至直到严重影响到居民生活用水才知道，一般要延迟很长时间。针对这种情况本文设计了一种城市供水报警监控系统，当有故障发生时就会报警，利用GPRS短信模块，通过发短信能及时准确地告知维修人员。同时，工作人员利用趋势曲线可以进行数据的分析以及利用报表进行数据的统计和总结，这样可以降低故障率。为居民提供稳定的生活用水。该系统大大提高了城市供水报警系统的智能化和信息化。

1 系统的总体设计方案
    分散在城市不同地方的采集系统负责泵站的数据采集，然后通过GPRS模块把数据传送到监控中心。装有组态软件的上位机系统将传回来的数据进行处理，对不合理的数据发出报警，报警画面将会有报警灯闪烁，扬声器发出报警声音，同时GPRS短信模块发出短信告知维修人员是哪个泵站发生报警，是什么报警，是低报还是高报。组态软件里的数据库把GPRS模块传回来的数据按一定时间间隔存盘，利用报表可以把实时的和历史的数据进行统计以及利用趋势曲线进行数据的分析。

2 硬件系统的设计
    硬件系统主要由位于分散在城市不同地方的采集系统和监控室的上位机系统组成。
2．1 采集系统的设计
    压力传感器和温度传感器负责将泵房里稳压罐的入口压力、出口压力和泵房温度的采集，并通过4-20mA标准信号传送给数据采集模块的AI通道。红外传感器和地面水位传感器分别将泵房的火灾和漏水情况的数据采集，以及变频器异常情况通过开关量24 V传送给数据采集模块的DI通道。数据采集模块将AI通道里的数据和DI通道里的数据进行处理，然后通过RS-485接口把处理过的数据传给GPRS模块。三相智能电力仪表对电压、电流进行测量，并通过RS-485接口把测量的数据传至GPRS模块，GPRS模块通过GPRS网络和因特网相连，把数据传送至监控中心。
2. 2 上位机系统的设计
    该系统主要由工控机、GPRS短信模块、用户手机等组成。本设计采用的GPRS短信模块是厦门四信的F1103 GPRS短信模块。该模块的主要技术指标有：MODEM技术指标：
    1)支持EGSM900／GSM1800无线网络；
    2)Compliant to GSM phase 2／2+；
    3)支持短信、CSD数据及拨号上网功能；
    4)支持中、英文短消息；
    5)支持双音多频(DTMF)；
    6)支持完善的AT命令。
    接口：
    1)天线接口50Ω／SMA(阴头)；
    2)SIM卡3V／1．8V自动检测；
    3)标准DB9公头插座，支持标准RS232；
    4)串行数据速率110～230 400 bits／s。
    供电：
    1)标准电压+12VDC／500mA；
    2)电压范围+5～+35 VDC；
    3)通信电流<200mA(12V)；
    4)待机电流<20mA(12V)。
    天线及SIM卡安装：MODEM天线接口为SMA阴头插座。将配套天线的SMA阳头旋到MODEM天线接口上，并确保旋紧，以免影响信号质量。安装SIM卡时，先将SIM卡放入卡套，并确保SIM卡的金属接触面朝外，再将SIM卡套插入抽屉中，并确保插到位。该模块和工控机的连接是通过出厂配置的RS232串口线把GPRS短信模块和工控机的RS-232接口相连接，同时并通过电源适配器给GPRS短信模块供市电。

3 软件系统的设计
    本设计所选用的组态软件是紫金桥软件技术有限公司的紫金桥6．1，该软件具有的特点：丰富而高效的数据采集手段，逼真的图形系统，强大的数据处理功能，丰富的组件对象，周密的安全管理，方便的Web发布功能。
3．1 紫金挢软件的报警设计
    首先给数据采集器和三相智能电力仪表建相应的驱动。点击数据库-设备驱动-MODBUS-MODBUS仪表-MODBUS(ASCII＆RTU串口通讯)，给驱动建立名称，同时给驱动设置数据更新周期，连接方式，驱动分配地址，不同的驱动要分配不同的地址。然后选择串口号，设置通讯参数(波特率，数据位数，奇偶校验，停止位)。附加设施选择厦门四信GPRS，GPRS侦听端口号：5001，设备ID号：把插入给模块的SIM卡的号的后8位填入即可，建立驱动如图1所示。

    其次进行点组态，点击数据库-点组态，将压力、温度、电压、电流选择模拟I／O点，将地面水位报警、红外报警、变频器异常报警选择数字I／O点，然后起点名，同时将这些点与相应的驱动连接。模拟I／O点进行量程变换和报警设置，量程变换是指对输入输出信号进行线性转换的变换过程，如果指定了要进行量程变换，则同时需要指定量程高限(EUHI)、量程低限(EULO)、裸数据上限(PVRAWHI)、裸数据下限(PVR AWLO)，并且要保证参数的正确性。高限大于低限，上限大于下限。其转换过程公式：PV=EULO+(PVRAW-PVRAWLO)x(EUHI-EULO)／(PVBAWHI-PVRAWLO)。
    将这些点按实际报警要求进行报警参数设置，包括报警开关、低限、高限、低级、高级等参数的设置以及开关量的报警参数设置。
3. 2 报警画面的设计
    点击画面-双击窗口-建立画面，同时在图库里选择普通报警组件建立报警画面如图2所示。

    在窗口脚本里写入全确认和报警声音的程序：

3．3 报警组件的设计
    双击报警组件进入报警属性窗口，在该窗口中进行设置。报警类型：可以在此选择报警组件的初始状态是工作在实时报警状态还是历史报警状态。颜色设置：在这里可以设置每一种报警的颜色，这样通过颜色就可以简单的区分报警的类型。报警范围：所有区域。确认级别：操作工。组件设计是本系统必不可少的功能，当变量的数值或数值的变化异常时，将会报警，以便工作人员采取必要的措施。通过这些报警，用户可以及时方便地监视和查看系统的异常情况。通过选择历史报警，历史查询等进行相关的查询，进行统计总结。
3．4 F1103GPRS短信模块与紫金桥软件通讯的设计
    进入紫金桥组态软件，建立驱动选择通用驱动。再新建点名mess，点组态是选择短信报警点。基本设置：点名mess，频率限制：相同报警每两次之间不短于(1 440)分钟，这个时间可以根据实际要求来设。报警格式：选择说明、数值、单位、级别、限制。短信设置：添加人员(双击空白处)-人员报警设置-基本参数(姓名、手机号、说明)。报警设置：选择所要报警的点，添加报警，如图3所示。

    这样当有报警发生时，短信模块就会发出报警信息，同时工作人员就会收到短信模块发出的报警信息，是哪个泵发生了报警，是什么报警，是高级还是低级。
3．5 报表的设计
    报表是工业过程控制中非常重要的工具，使用报表可以非常方便的搜集数据，便于工作人员进行统计和总结。数据库记录的致据可按一定时间间隔存到硬盘里，也可以根据用户的要求在各种条件下存盘，用户可根据需要随时调取有关数据进行查看、打印。报表的建立：在图库里选捧自由报表，双击建立报表，然后对报表进行查询、时间属性、打印等功能的编辑以及写入脚本程序。
3．6 趋势曲线的设计
    趋势曲线有实时曲线，历史曲线以及趋势分析等，实时曲线可以查看某一个数据库点或中间点在当前时刻的状态，而且实时趋势也可以保存一小段时间的数据趋势，这样使用它就可以了解当前水泵的运行状况和整个泵站的当前情况。历史曲线可以方便的观察数据库中的历史点在任意时刻的状态。历史曲线引用的变量必须是数据库变量，并且这些变量所连接的数据库点参数必须已经保存历史数据。趋势分析是图形化的历史数据分析界面。每个窗口同时可以显示8支趋势笔，每支笔的起始时间、时间范圈可以随意指定，因此用户可以对同一位号在不同时刻进行比较。在趋势图中，可以用鼠标选择任何区域，对其进行放大。过程趋势同时提供统计分析功能，可以对任何一段趋势曲线的统计值进行计算，帮助工艺技术员和工程师进行统计分析。窗口中的趋势笔可以随意指定，并且可以保存到文件中，以便下次调用。趋势分析组件的创建，在选择菜单命令“工具／子图”调出子图选择对话框，选择趋势分析即可建立，如图4所示。然后进行曲线操作，缺省曲线，趋势外观，统计设置属性的设置。

4 总结
    整个系统界面友好，操作方便，可实现各等级权限密码设置。一旦有数据超出设定的范围，工控机就会报警，并记录有关数据以供分析处理。而且本系统进行了网络web发布功能，终端用户可以通过web访问工控机，这样工作人员可以实时地查看监控数据。本城市供水报警系统已经在吉林省九台市城市供水报警监控系统中成功实施，经过3个月的运行，实践表明本系统性能稳定可靠，确实能够给九台市的居民生活用水提供保障以及给九台市排水有限责任公司带来可观的经济效益和社会效益。