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一、概述

    供水企業(yè)管網(wǎng)壓力檢測(cè)數(shù)據(jù)是進(jìn)行供水調(diào)度的重要數(shù)據(jù)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，其發(fā)展歷史也從早期的電話通訊技術(shù)為基礎(chǔ)的人工系統(tǒng)演變?yōu)榧呻娐窞榛A(chǔ)的輔助系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)稱為“三遙”或“四遙”系統(tǒng)。主要由管網(wǎng)終端機(jī)、數(shù)傳電臺(tái)、遠(yuǎn)傳壓力表、中心臺(tái)控制器等組成。目前在惠州市自來水總公司運(yùn)行的管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是1996年完成的，具有將計(jì)算機(jī)管理技術(shù)、通訊技術(shù)、電子技術(shù)與供水行業(yè)結(jié)合的特點(diǎn)。在系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)安裝中包括公司辦公大樓的調(diào)度中心，15個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，河南岸水廠取水泵房終端，河南岸水廠廠內(nèi)調(diào)度。由于設(shè)備協(xié)議不是標(biāo)準(zhǔn)化配置，加上當(dāng)時(shí)公司維護(hù)力量薄弱，到目前該系統(tǒng)只剩下8個(gè)測(cè)壓點(diǎn)可正常運(yùn)行，其余設(shè)備均已廢置。另外系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)方面擴(kuò)展性不好，因此，數(shù)據(jù)只能單臺(tái)機(jī)顯示。這使供水調(diào)度工作及生產(chǎn)、管理工作方面都存在著很大的弊端。

二、現(xiàn)有管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    現(xiàn)有管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括公司辦公大樓的調(diào)度中心，8個(gè)測(cè)壓點(diǎn)，其工作方式是公司調(diào)度中心通過電臺(tái)巡回檢測(cè)。系統(tǒng)工作原理如下。

                                 圖1  管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖

管網(wǎng)終端由DWY-98管網(wǎng)板，調(diào)制解調(diào)器組成。它與電臺(tái)及壓力傳感器組成了測(cè)壓點(diǎn)下位機(jī)系統(tǒng)。DWY-98管網(wǎng)板核心是8098單片機(jī)。主要用于壓力信號(hào)采集、與電臺(tái)通訊。通訊通道是半雙工，這種方式首先需要設(shè)一個(gè)主站，其余為從站，所有從站地址是唯一的。通道的協(xié)調(diào)完全由主站控制，主站采用帶地址碼的數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)或命令，從站全部都接受，并將接收的地址碼與本地地址碼比較，不同則將數(shù)據(jù)全部丟掉，不做任何響應(yīng)；地址碼相同，則證明數(shù)據(jù)是給本地的，從站根據(jù)傳來的數(shù)據(jù)或命令進(jìn)行不同的響應(yīng)，將響應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送回去，據(jù)此制定的通訊協(xié)議可保證在任何一個(gè)瞬間，通信網(wǎng)中只有一個(gè)電臺(tái)處于發(fā)送狀態(tài)，以免相互干擾。數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后，發(fā)結(jié)束代碼，主機(jī)接收數(shù)據(jù)包后進(jìn)行校驗(yàn)，若校驗(yàn)正確，則發(fā)送握手信號(hào)，否則重新請(qǐng)求數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包格式如下：

           圖2   請(qǐng)求數(shù)據(jù)包
 

            圖3   應(yīng)答數(shù)據(jù)包

本系統(tǒng)通信速率為600bit/s，采用1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，奇校驗(yàn)。

上位機(jī)選用INTOUCH5.6組態(tài)軟件，采用DDE方式獲取數(shù)據(jù)。 原管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要缺點(diǎn)是：

1、速率比較慢（調(diào)制解調(diào)器空中速率為600波特率），影響了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和系統(tǒng)的擴(kuò)容；

2、非標(biāo)準(zhǔn)的RTU造成設(shè)備更新困難, 備件不足、采購(gòu)困難、價(jià)格也偏高；

3、電臺(tái)輪巡時(shí)間長(zhǎng)，誤碼率高，從站經(jīng)常要發(fā)三次請(qǐng)求，才能有一次數(shù)據(jù)返回，每2分鐘才能數(shù)據(jù)才能返回一次；

4、監(jiān)測(cè)分站易受雷擊；

5、上位機(jī)只能單臺(tái)顯示，不能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。

三、對(duì)原系統(tǒng)的改造

隨著惠州市供水量的不斷擴(kuò)大，以及網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展。要求有關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)要及時(shí)掌握水壓情況，做更準(zhǔn)確的決策。因此單臺(tái)機(jī)顯示全市水壓情況已不適應(yīng)調(diào)度的要求，不利于科學(xué)管理。鑒于以上原因。我們決定改造管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。方案有兩個(gè)：

1）              更換原有系統(tǒng)，重新更新系統(tǒng)；

2）  找出通訊協(xié)議，保留下位機(jī)，自已重新編寫程序，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并入水廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)中。

經(jīng)多方研究分析，決定先用第2種方案，如果能解決數(shù)據(jù)通訊問題，不但能為公司省下一筆投資，還能鍛煉我們自己的技術(shù)力量。首先電腦的操作系統(tǒng)是windows95，系統(tǒng)版本太老，所用的DDE通訊程序在現(xiàn)有的32位系統(tǒng)機(jī)上根本無法使用。只能找原始的通訊格式、數(shù)據(jù)格式。因?yàn)橄到y(tǒng)太舊，很多資料不全。因此找出通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)包格式并不是件輕松的事。我們拆回一套RTU進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。用端口測(cè)試程序，先測(cè)試通訊格式，包括波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位等。經(jīng)過多次測(cè)試，找出了相匹配的底層通訊協(xié)議，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊。通過分析原始通訊程序發(fā)出及返回的數(shù)據(jù)格式，我們按其格式發(fā)出指令卻沒有結(jié)果返回。后來通過對(duì)握手信號(hào)及字符間隔時(shí)間的分析，最終解決了原系統(tǒng)的底層硬件控制時(shí)間控制滯后的關(guān)鍵性難題。試運(yùn)行后卻發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集不穩(wěn)定，時(shí)好時(shí)壞，分析下位機(jī)數(shù)據(jù)包發(fā)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)丟失嚴(yán)重，我們采用軟件糾正的辦法解決了這一問題。

上位機(jī)端的數(shù)據(jù)采集采用DELPHI語言進(jìn)行編程，用標(biāo)準(zhǔn)RS232串口通信，基于windows2000平臺(tái)，串口通訊方面選用spcomm控件。Spcomm是一個(gè)功能非常強(qiáng)大的串口控件，封裝了windows系統(tǒng)底層控制的具體功能，提供了豐富直觀的屬性和簡(jiǎn)單的過程調(diào)用，只需設(shè)定好通訊頻率、格式，就可建立與串口的通訊連接。串口收到數(shù)據(jù)后會(huì)自動(dòng)放在控件開辟的緩沖區(qū)中，并激活接收事件，我們?cè)诮邮苁录刑幚斫邮艿降臄?shù)據(jù)。由于是無線發(fā)送，接受到的數(shù)據(jù)分段分片，我們必須在軟件里進(jìn)行數(shù)據(jù)拼裝，并按照定義的數(shù)據(jù)格式對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾。過濾掉雜亂的無意義數(shù)據(jù)后，將處理好的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和格式轉(zhuǎn)換，并通過ado模式將數(shù)據(jù)送入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中。對(duì)每個(gè)站點(diǎn)，我們采用輪詢的方式，10多個(gè)站點(diǎn)輪詢一次大概1分多鐘即可完成，基本保證了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性。前臺(tái)我們用delphi編制了數(shù)據(jù)瀏覽的界面，用時(shí)鐘控制定時(shí)查詢，動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)，在需要查看測(cè)壓數(shù)據(jù)的部門安裝前臺(tái)軟件即可并行瀏覽。為了更好的進(jìn)行生產(chǎn)控制和調(diào)度，我們把幾個(gè)水廠的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)也集成到同一個(gè)前臺(tái)軟件中，這樣公司所有有關(guān)生產(chǎn)供水過程數(shù)據(jù)全在一個(gè)界面上無縫集成，較好的滿足了供水調(diào)度管理的需要。目前升級(jí)后的新系統(tǒng)已運(yùn)行1個(gè)多月，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，達(dá)到了預(yù)期的目的。

四、          系統(tǒng)擴(kuò)容的設(shè)想

目前我公司的測(cè)壓系統(tǒng)不能全面反映市區(qū)的水壓情況，還需要另外增設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由于在硬件方面老系統(tǒng)存在著多種缺點(diǎn)，因此考慮，增加的監(jiān)測(cè)點(diǎn)用新系統(tǒng)，在上位機(jī)上將兩個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)合并，這樣原有系統(tǒng)不必淘汰就可與新系統(tǒng)在上位機(jī)中合并, 兩套系統(tǒng)在硬件上相互獨(dú)立，軟件上實(shí)現(xiàn)無縫集成。根據(jù)惠州地區(qū)的實(shí)際情況，我們考慮采用利用無線數(shù)字電臺(tái)或通過中國(guó)移動(dòng)公司的GSM無線建立一個(gè)GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

1）  利用無線數(shù)字電臺(tái)：在總公司設(shè)置中心站，采用25W的數(shù)傳電臺(tái)，監(jiān)測(cè)分站數(shù)據(jù)采集選用研華產(chǎn)品，該系統(tǒng)穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性將大大優(yōu)異于老系統(tǒng)。

2）              利用GPRS傳輸數(shù)據(jù)：采用PC+GPRS數(shù)傳終端方式，PC機(jī)將接收

到的數(shù)據(jù)寫入總公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；監(jiān)測(cè)分站數(shù)據(jù)采集選用研華產(chǎn)品。利用GPRS傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，無需架設(shè)天線，功耗低。

在大多數(shù)供水企業(yè)調(diào)度系統(tǒng)中，利用無線數(shù)傳電臺(tái)是非常成熟的技術(shù)，在調(diào)試，維護(hù)方面都有比較大的把握。GPRS尚未大規(guī)模在供水企業(yè)中應(yīng)用，很多還處于試用期，因此我們偏重于用無線數(shù)傳電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，最終使新舊兩套系統(tǒng)在上位機(jī)上兼容, 以上方案不久將會(huì)實(shí)施。

五、          結(jié)語

隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，供水企業(yè)內(nèi)部信息化的快速建立，水廠生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷提高，以及整個(gè)社會(huì)對(duì)供水的要求，必然會(huì)給供水企業(yè)帶來更新的調(diào)度系統(tǒng)。它不僅僅是單一的管網(wǎng)測(cè)壓系統(tǒng)，新的供水調(diào)度系統(tǒng)將綜合管網(wǎng)、水廠、水表等多方面的實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)管網(wǎng)模型實(shí)時(shí)模擬計(jì)算，結(jié)合人工智能的調(diào)度經(jīng)驗(yàn)專家系統(tǒng)，將自動(dòng)產(chǎn)生調(diào)度預(yù)案以實(shí)現(xiàn)科學(xué)調(diào)度決策。這些系統(tǒng)的建立都要求有很高的專業(yè)技術(shù)，這也會(huì)激發(fā)我們?cè)趯I(yè)學(xué)科上不斷進(jìn)步，取得更大的成績(jī)，同時(shí)也將改造系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)作一粗淺介紹，以資廣大同行借鑒。