1、項(xiàng)目背景
武漢市排水泵站管理處下轄6座大型城市排水泵站,這些泵站分布在武漢三鎮(zhèn)的不同地方。為便于生產(chǎn)調(diào)度管理,1999年開發(fā)了一套數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng),通過公共電話網(wǎng),利用Modem撥號(hào)的方式監(jiān)控遠(yuǎn)程站點(diǎn),實(shí)現(xiàn)通信,獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)。
目前該系統(tǒng)存在以下缺陷:
⑴、帶寬最高只有56Kbps,傳輸速度慢;
⑵、每次只能撥號(hào)一個(gè)站點(diǎn),無法集中瀏覽;
⑶、每次只能支持一個(gè)用戶撥號(hào),不能多用戶同時(shí)共享;
⑷、遠(yuǎn)程監(jiān)視不方便,需安裝運(yùn)行特定的監(jiān)控程序。
這些缺陷制約了上級(jí)各部門對(duì)防汛排漬工作的調(diào)度和及時(shí)、科學(xué)的決策,不便于上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)準(zhǔn)確、及時(shí)的了解防汛排漬工作的實(shí)時(shí)情況。而武漢市每年都面臨著嚴(yán)峻的防汛排漬任務(wù),特別4月到10月主汛期,大雨、暴雨頻繁,排漬壓力陡增,只有準(zhǔn)確及時(shí)的了解各地區(qū)的降雨及運(yùn)行情況,才能科學(xué)指揮各泵站的排漬工作。另外,泵站優(yōu)化運(yùn)行、節(jié)能降耗也需要一種能實(shí)時(shí)監(jiān)控各泵站運(yùn)行、提供準(zhǔn)確及時(shí)的數(shù)據(jù)程序?yàn)槠鋭?chuàng)造必要條件。因此,有必要開發(fā)一種方便及時(shí)、多用戶、能同時(shí)監(jiān)視各泵站運(yùn)行的新型遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),滿足現(xiàn)代化泵站發(fā)展的需要。
2、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)
隨著INTERNET技術(shù)日益滲透到生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域,本項(xiàng)目擬通過INTERNET來對(duì)泵站的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。只要在能夠上互聯(lián)網(wǎng),有IE瀏覽器的任何地方,管理和生產(chǎn)人員可以方便地實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控,并根據(jù)一定的權(quán)限進(jìn)行不同的查詢和操作。
開發(fā)完成的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下性能指標(biāo):
⑴、能同時(shí)監(jiān)視多個(gè)泵站的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況;
⑵、支持多用戶同時(shí)瀏覽監(jiān)視;
⑶、遠(yuǎn)程監(jiān)視方便,只要有Windows,配備IE瀏覽器,就能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,且無須安裝特定的監(jiān)控程序;
⑷、監(jiān)控畫面直觀真實(shí),數(shù)據(jù)與現(xiàn)場一致。
經(jīng)過多方面的技術(shù)探討,考慮到項(xiàng)目資金比較緊張,結(jié)合目前的技術(shù)狀況,本項(xiàng)目擬采用GPRS無線通信的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
3、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)
GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱,是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù),目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳頻規(guī)則以及同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu),這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當(dāng)前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此,現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)可提供全面的GPRS覆蓋。
GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù),而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源。從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸,也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbps,實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在40~100Kbps,在此信道上提供TCP/IP連接,可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。
從GPRS的以上特點(diǎn)可以看出,將該通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中,可以降低布線成本(使用電信的機(jī)站)、維護(hù)和運(yùn)行成本。將以最小的投入取得較好的收益。
4、泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
本項(xiàng)目計(jì)劃在武漢市6座大型城市排水泵站實(shí)施,這6座大型城市排水泵站基本完成了武漢市80%的排漬任務(wù),對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控有助于科學(xué)調(diào)度,而且這6座泵站實(shí)力較為雄厚,有項(xiàng)目實(shí)施的基礎(chǔ)。新生路、天津路、鸚鵡洲三座泵站均是使用的美國AB公司的PLC,采用了監(jiān)控組態(tài)軟件來進(jìn)行監(jiān)視。而在其他三個(gè)泵站還沒有使用PLC來進(jìn)行控制,在系統(tǒng)實(shí)施時(shí)可以采用已有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
各個(gè)泵站的監(jiān)控站或數(shù)據(jù)采集站分別從PLC或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取泵站的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),然后通過通信接口(一般是RS-232)將運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)給GPRS通信模塊,該模塊將數(shù)據(jù)通過電信部門的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到INTERNET,然后數(shù)據(jù)被傳送到市排水泵站管理處或市水務(wù)局排漬指揮中心。該中心設(shè)置一臺(tái)服務(wù)器,既作為數(shù)據(jù)服務(wù)器又作為WEB服務(wù)器,將數(shù)據(jù)通過WEB方式分發(fā)出去。這樣一來,其他任何地方的用戶,都可以通過INTERNET來進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
5、泵站子系統(tǒng)
以上對(duì)泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一個(gè)說明。在各個(gè)泵站中,數(shù)據(jù)的傳送過程如圖2所示。
圖2 泵站子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送流程
在各個(gè)泵站中,PLC或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將泵站運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集進(jìn)入監(jiān)控站或數(shù)據(jù)采集站。在監(jiān)控站上的組態(tài)軟件可以采用DDE(動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換)或OPC(OLE For Process Control)標(biāo)準(zhǔn)來將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)通信軟件中,該軟件需要自行設(shè)計(jì)。按照GPRS模塊的協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送到GPRS模塊中,模塊再將數(shù)據(jù)通過電信設(shè)備傳送出去,進(jìn)入INTERNET,進(jìn)而進(jìn)入泵站管理處的數(shù)據(jù)服務(wù)器,完成泵站運(yùn)行工況數(shù)據(jù)的收集。
6、監(jiān)控中心基于WEB遠(yuǎn)程監(jiān)視的實(shí)施
當(dāng)各個(gè)泵站的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)被GPRS傳送到泵站管理處的監(jiān)控中心后,進(jìn)入數(shù)據(jù)服務(wù)器中。當(dāng)各地的用戶用IE進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視時(shí),需要在網(wǎng)頁上出現(xiàn)泵站運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)過程。這就要求WEB服務(wù)器分發(fā)的網(wǎng)頁必須能進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新。普通的WEB頁面都是靜態(tài)的,是將預(yù)先做好的頁面放在服務(wù)器上供用戶訪問。這種方式對(duì)于工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)來說是不適用的,監(jiān)控系統(tǒng)的WEB服務(wù)器必須根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地生成動(dòng)態(tài)WEB頁面,為了達(dá)到這個(gè)目的,本項(xiàng)目采用以下兩種方式之一來解決此問題。
⑴、采用ActiveX技術(shù)來進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)WEB頁面的開發(fā)。該方式的框圖如圖3所示。
圖3 采用ActiveX進(jìn)行WEB動(dòng)態(tài)刷新
從圖3可以看出,數(shù)據(jù)服務(wù)器存儲(chǔ)的是從各個(gè)泵站發(fā)送來的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)。WEB服務(wù)器分發(fā)的網(wǎng)頁內(nèi)嵌入ActiveX控件,當(dāng)IE連接到WEB服務(wù)器,請(qǐng)求進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視時(shí),網(wǎng)頁以及ActiveX控件一起被下載到瀏覽器中,ActiveX控件在瀏覽器中運(yùn)行,由它完成從數(shù)據(jù)服務(wù)器中讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并進(jìn)行頁面動(dòng)態(tài)刷新的工作。
⑵、采用組態(tài)軟件(如組態(tài)王)的WEB功能來解決網(wǎng)頁發(fā)布以及及時(shí)刷新的問題。
7、技術(shù)難點(diǎn)與解決方案
在本項(xiàng)目的研究開發(fā)過程中,可能存在的技術(shù)難點(diǎn)有:
⑴、各監(jiān)控站的數(shù)據(jù)采集與傳輸問題
由于各泵站自動(dòng)化設(shè)施參差不齊,有的改造后尚未完善,有的監(jiān)控軟件開放性不強(qiáng),需要重新編程,給本項(xiàng)目實(shí)施帶來一定的難度。
⑵、GPRS的通信問題
在使用GPRS進(jìn)行通信時(shí),需要項(xiàng)目設(shè)計(jì)者與電信運(yùn)營商合作完成。GPRS在連接和數(shù)據(jù)傳送時(shí)需要使用IP地址,但目前GPRS大多使用動(dòng)態(tài)IP分配的方式,而且如果監(jiān)控中心使用ADSL接入INTERNET,則監(jiān)控中心的IP也可能是動(dòng)態(tài)分配,這樣一來,使得GPRS模塊和服務(wù)器相互不知對(duì)方的IP地址,造成一定的不方便。為了解決這個(gè)問題,采用短消息來完成。在短消息中包含自己的IP地址,并告訴對(duì)方。
如果條件允許,可申請(qǐng)專線上網(wǎng),這樣可以分配固定的公網(wǎng)的IP地址。
⑶、遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí),網(wǎng)頁的動(dòng)態(tài)刷新問題
如前面所述,本項(xiàng)目擬采用ActiveX技術(shù)或組態(tài)軟件的WEB功能來解決該問題。
⑷、安全性問題
為了保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)陌踩裕谙到y(tǒng)中設(shè)置一定的權(quán)限,只有滿足權(quán)限的用戶才能連接到系統(tǒng)中,進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視,同時(shí)為保證現(xiàn)場運(yùn)行安全,本系統(tǒng)只監(jiān)視不控制現(xiàn)場設(shè)備。
8、項(xiàng)目的階段與進(jìn)度
本項(xiàng)目如批準(zhǔn)后,將分3個(gè)階段來完成:
第一階段,以新生路和羅家路泵站為試點(diǎn),完成軟件編程、通訊以及泵站管理處排漬指揮中心監(jiān)控網(wǎng)頁發(fā)布,此階段預(yù)計(jì)需要4個(gè)月;
第二階段,完成其它四個(gè)泵站的工作,此階段預(yù)計(jì)需要6個(gè)月;
第三階段,系統(tǒng)完善,此階段預(yù)計(jì)需要2個(gè)月。
全部完成大約共需12個(gè)月。
9 結(jié)語
本文根據(jù)當(dāng)前遠(yuǎn)程監(jiān)控的發(fā)展情況,結(jié)合泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要,較詳細(xì)制定了泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)方案,并論述了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控所必須的程序通訊實(shí)現(xiàn)方式。科技以人為本,本文所論述的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式如付諸實(shí)施,將減輕大量的人力物力,提高工作效率,促進(jìn)科學(xué)決策水平,對(duì)科學(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)的調(diào)度各泵站的排漬工作,盡可能的減輕漬水災(zāi)害將發(fā)揮極大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。而且,本項(xiàng)目實(shí)施后,將為泵站優(yōu)化運(yùn)行、節(jié)能降耗創(chuàng)造必要條件,本項(xiàng)目將大大提高泵站管理的科技水平。
本技術(shù)方案已經(jīng)被列為武漢市建委2005年建設(shè)科研計(jì)劃,并即將付諸實(shí)施。