原创 基于力控组态和GSM短信的供水站监控系统

摘要：通过对供水站系统现状的研究，介绍了力控组态软件在供水站监控系统的应用，重点介绍了系统硬件组成和软件实现。本系统中，下位机水位变送器获取水位相关信息，流量计获取流量信息，上位机完成系统监控功能，由GSM网络以SMS短信的方式完成上下位机数据的传输，在下位机达到监控的目的。利用力控组态软件的数据组态，图像组态等功能，为操作人员合理调度提供了可靠的、良好人机界面的技术保障。该系统经过实际运行的检验，完全达到设计要求。
关键字：力控组态  GSM短信模块   远程数据采集  供水站

Abstract :Through researching on current status of water supplied station ,the application of Force Control in remote supervisory and controlling system for flow and level of water supply is introduced .The composition and implementation of software were described emphatically .In this system ,the slave transducers obtain correlative information of water level and slave  flowmeter obtain information of water flux and master device achieve the function of supervisory and control .By means of SMS of GSM ,the data transmission between the master and slave machines is realized and the aim of supervisory and control is achieved in the slave machines. This provided reliable technical guarantee and friendly HMI to operator for reasonable dispatching of water .The system has been put into operation all the function work well and the requirement of design has reached completely .
Keywords : Force Control  GSM model  Remote data acquisition  Water Supplied Station

0 引言
    山西省是一个缺水的省份，但是广大农村地区由于供水技术落后，现在还存在水资源浪费严重的现象。基于此问题，我们开发了基于GSM手机短信和力控组态软件相结合的供水站监控系统，下面就以山西省晋城市某供水站监控系统为例说明软件系统的开发思路和关键子程序，以及整个系统硬件配置。

1 供水站系统概况 

图1总流程图 / Fig.1 Total Flow Chart

2 供水站系统硬件组成和软件实现
2.1供水站系统硬件组成

图2 加压站控制柜电气原理图

    由于三个蓄水池距离比较远，并且监控的数据量不大，对实时性要求不是特别严格，我们选择了利用GSM网络，通过发短信来传输数据。我们设计了五个控制柜，一是深井泵控制柜（电路原理图如图2所示），下位机选用了西门子S7200—214PLC，另外增加了EM231四路模拟量输入扩展模块，还有北京华荣汇GM100短信模块，1＃和2＃流量计每流过0.1吨水都向西门子S7200—214 PLC发送一个脉冲，并且该PLC还能够控制1＃和2＃电动阀开关；二是加压泵控制柜，电气原理图与加压站类似，下位机选用了西门子S7200—214PLC，另外增加了EM231四路模拟量输入扩展模块，还有北京华荣汇GM100短信模块，3＃流量计每流过0.1吨水都向西门子S7200—222 PLC发送一个脉冲，并且该PLC还能够控制3＃电动阀开关；三是1＃蓄水池控制柜，下位机选用了西门子S7200—214PLC，另外增加了EM231四路模拟量输入扩展模块，还有北京华荣汇GM100短信模块，水位传感变送器能够监测到1＃蓄水池水位，并且把该信号进行初步处理，转换为4——20mA 的标准电流控制信号送到EM231模拟量扩展模块，2#和3＃蓄水池控制柜和1＃类似。在中控室上位机上运行北京三维力控Forcecontrol V6.0 通用监控组态软件。

   北京三维力控Forcecontrol V6.0， 拥有先进的网络体系构架，支持B/S和C/S访问方式，支持多层次网络冗余及故障切换；提供多重冗余结构，支持IO设备冗余、网络冗余、数据库冗余等；设备通讯和力控网络节点支持GPRS、CDMA等移动通讯功能；GSM手机短信报警管理系统方便管理报警信息。力控监控组态软件内置区域实时数据库，来完成数据处理，可实现累计、统计、控制、线形化、PID控 制、各种运算等多种功能。

    北京华荣汇通信设备有限公司设计、生产的GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM CellularEngine）和51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的GSM 通信准解析和调试中解脱出来，大大短产品开发周期。基于公网的数据传输具有通信范围广（GSM 网络基本覆盖全国），传输稳定可靠等特点。

2.2 供水站系统中控室力控组态软件监控策略

2.2.1 通信功能
    本监控系统所有数据都是中控室里的上位机通过GSM短信和五个控制柜的下位机PLC建立联系，也就是说，上位机发出去的控制命令通过GSM短信传送到下位机PLC，PLC根据短信内容做出判断，然后执行上位机的命令，或者把监测到的各个数据通过短信发送到中控室里的上位机。具体可以如下实现，在力控实时数据库里建立两个点，比如TEXT和TEL，然后在数据连接时，TEXT.DESC和华容汇短信“猫”的手机短信内容连接，TEL.DESC和手机号码连接，当力控运行时，TEXT内容只要改变，就发送到TEL号码所对应的短信“猫”中。

2.2.2 通信协议
   由于GSM手机短信在传输时是以16进制的ASCII码传输的，所以我们首先要定义通信协议，在本系统中，我是这样定义的：

    PLC发送到力控的短信格式如下：
   开头 站号 控制字 站状态 泵阀状态 1＃流量 水位 电流  电压  2＃流量  结束字
    57  ?24   ??      ?       ?      0????   0??   0??   0??   0????     2E
   说明：？代表一个字节，短信内容都是16进制字。
    力控发送到PLC的短信格式如下：
    开头 站号 控制字 
    57  ?24   ??      
    说明：？代表一个字节，短信内容都是16进制字。

    站状态字节
    7        6        5        4        3        2        1        0
    0位：1＃自动为0，手动为1
    1位：2＃自动为0，手动为1

    泵阀状态字
    7        6        5        4        3        2        1        0
    0位：3＃阀启动为1，停止为0；
    1位：2＃阀启动为1，停止为0；
    2位：1＃阀启动为1，停止为0；
    3位：45KW启动为1，停止为0；
    4位：55KW启动为1，停止为0；
    5位：45KW过载为1，正常为0；
    6位：55KW过载为1，正常为0；
    7位：45KW缺水为1，正常为0；

2.2.3 短信内容解析子程序
    由于所有的数据都是通过短信来传输，所以解析短信内容就是本系统的关键点所在，也是本设计的创新点所在，下面就是解析短信内容的流程图：

图3 力控解析短信内容子程序流程图

2.3 下位机PLC程序
    本供水站监控系统下位机利用西门子S7200系列PLC，具体如下，CPU222 八输入六继电器输出型，另外扩展了EM231 四路模拟量输入模块，由于篇幅所限，只把流程图列出，如图4。

图4 PLC 程序流程图 / Fig.2 PLC Programme  Flow Chart

3 结束语
    利用Force Control V6.0 强大的数据组态功能，动画显示功能，报警管理功能以及数据报表功能等，结合本控制对象的特点：被控对象分散，监控数据量少，对实时性要求不是很严格，设计了基于GSM短信传输的远程监控系统。本系统经过实际运行的检验，表明本设计思路正确，硬件合理，既满足了系统控制要求，又最大限度地节省了硬件成本和运行成本，随着社会主义新农村建设的深入，本系统将会有更广泛的应用。

参考文献：
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4 刘 立.水厂系统的研究[D].南京:河海大学硕士学位论文,2002.
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9 华荣汇，产品手册[M] .北京：华荣汇通信技术有限公司。

第一作者 李辰立，男，1984年生，2006年毕业于临沂师范学院电气工程及其自动化专业，获工学学士学位，现为太原理工大学电机与电器专业在读硕士研究生；主要从事变频器的应用和组态软件在现代工业中的应用等方面的研究。

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