近年來我國城市發(fā)展建設(shè)速度加快，小區(qū)的規(guī)模越來越大，生活供水設(shè)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種自來水管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。圖1所示的系統(tǒng)是未來城市自來水管理的一個(gè)發(fā)展方向， 但各小區(qū)的生活供水設(shè)備管理水平還相對落后， 所以加強(qiáng)對現(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、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Excel表格的形式進(jìn)行輸出、保存，便于通過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、輸出的信號較多，且信號類型復(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(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，并把經(jīng)過測量轉(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。所以本文采用無線藍(lán)牙通信技術(shù)，通過無線進(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，使用該頻段無需向無線電資源管理部門申請?jiān)S可證。藍(lán)牙采用了快速跳頻（Frequency Hopping）方式來擴(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、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(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(dòng)原有串口的通信協(xié)議和各種編程軟件、監(jiān)控軟件等，無需設(shè)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(dòng)或旋轉(zhuǎn)的設(shè)備之間的串口通信；(2)河溝對面、公路或鐵路對面的設(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)級設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)有浪涌保護(hù)或防雷擊保護(hù)電路。對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)已配對設(shè)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(lán)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(gè)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(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PC計(jì)算機(jī)。監(jiān)控軟件將現(xiàn)場設(shè)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(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)中有無遠(yuǎn)程（緊急情況下，在物業(yè)辦公室）啟停泵請求，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，并判斷有無故障點(diǎn)，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(lán)牙發(fā)送出去。

3.2 上位機(jī)組態(tài)軟件
    通過組態(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，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，通過顯示窗口或棒狀圖的形式顯示出來。再結(jié)合預(yù)測、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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