文獻標識碼: B
文章編號： 0258-7998(2011)03-0075-03
近年來我國城市發展建設速度加快，小區的規模越來越大，生活供水設備作為物業的重要組成部分也越來越龐大、分散。隨著最近計算機網絡技術的飛速發展，各種自來水管理系統應運而生。圖1所示的系統是未來城市自來水管理的一個發展方向， 但各小區的生活供水設備管理水平還相對落后， 所以加強對現有生活供水設備的信息化建設與改造具有重要意義。
1 系統主要功能和特點
本文旨在利用計算機信息技術、通信技術和自動控制技術，使得物業公司能在辦公室內對小區生活供水設備的主要運行參數、管網信息及設備運行狀況進行動態監測、實時調度和控制，從而實現自動化信息管理。圖2為小區生活供水設備遠程監控系統的原理圖。系統具有如下功能和特點：
(1)可同時監控多個泵房設備的運行情況，可足不出戶第一時間巡查水泵設備。
(2)能顯示測量的壓力、流量、水泵[1]運行數量、水泵運行頻率等數據。
(3)可遠程進行數據設置，遠程控制設備啟停。
(4)具有各種動態系統圖形顯示功能，可分區、分段地顯示每臺水泵工作狀態情況，如運行、停止、故障等。
(5)具有故障報警、故障顯示、故障查詢功能。
(6)具有每臺設備運行累積時間記錄功能。
(7)所有的記錄具有報表功能，可通過Excel表格的形式進行輸出、保存，便于通過Office軟件進行數據計算處理。
(8)預留系統網絡接口，以便與自來水廠售后服務中心進行遠程通信。
2 監控系統的硬件構成
監控系統的硬件主要由現場監控設備、藍牙通信模塊和上位機及監視軟件三部分組成。
2.1監控設備
考慮到系統輸入、輸出的信號較多，且信號類型復雜，所以本文選用功能強大、性能優異的西門子S7-300/400系列PLC[2]作為現場監控設備。它主要由CPU模塊、數字量擴展模塊和模擬量擴展模塊[3]組成。CPU模塊是整個PLC的大腦，它要完成信號采集、數據處理、信號輸出和數據通信等功能。它附屬的MPI通信口可以直接連接到藍牙串口適配器，以完成與上位機的藍牙通信。數字量擴展模塊用于輸入水泵手/自動狀態、運行或停止狀態、故障狀態和遠程啟停指令，并輸出相應的開關量信號去完成水泵的啟動、停止和故障聲光報警等。模擬量擴展模塊用于接收管路壓力、流量和水位信號，并把經過測量轉換后的數據送給CPU模塊，以便作進一步運算和信號遠傳。
2.2藍牙通信模塊
本案小區物業公司主要坐落于一樓，供水設備一般在地下一層，兩者之間若采用有線通信將需要架設較長的電纜線，而且施工麻煩。如果物業公司中途更換辦公地點，又需要重新布線和施工。所以本文采用無線藍牙通信技術，通過無線進行數據傳輸，避免了架設電纜線的困難。
藍牙(Bluetooth)[4]是一種短程無線電技術。工作在2.4 GHz的ISM頻段,該頻段在全球范圍內屬綠色免費頻段，使用該頻段無需向無線電資源管理部門申請許可證。藍牙采用了快速跳頻（Frequency Hopping）方式來擴展頻譜（Spread Spectrum），將2.402 GHz～2.48 GHz頻段分成79個頻點，相鄰頻點間隔1 MHz。藍牙設備在某個頻點發送數據之后，再跳到另一個頻點發送，而頻點的排列順序則是偽隨機的，每秒鐘頻率改變1 600次，每個頻率持續625 μs。這使得藍牙技術比其他系統如數傳電臺、無線Modem等都更穩定可靠。
本文選用西門子S7-300/400系列的PLC藍牙通信模塊FS-BT-MPI[5]，如圖3所示，它是由四星電子自主研發生產的工業級藍牙MPI適配器，實現計算機或觸摸屏等裝置的RS232口或USB口到西門子S7-300/400系列PLC的MPI口的藍牙無線數據通信。
該通信套件可完全替代傳統的編程通信接口適配器，如PC/MPI、USB/MPI、PC Adapter等。無需改動原有串口的通信協議和各種編程軟件、監控軟件等，無需設置，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)移動或旋轉的設備之間的串口通信；(2)河溝對面、公路或鐵路對面的設備之間的通信； (3)其他所有不便于敷設電纜的設備之間的通信。由于該藍牙串口產品全部按工業級設計，除全部采用工業級芯片外,在RS232/RS485/RS422各端口以及電源端口，均設計有浪涌保護或防雷擊保護電路。對于電源則采用寬電壓輸入，不怕電源抖動變化的影響。同時輸入的電源經內部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備，而不必擔心共地干擾可能引起對設備的損壞。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），出廠時已配對設置好。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個發光二極管指示燈，可以通過該指示燈判斷出模塊的工作狀態，如表1所示。
兩只模塊上分別有三只撥動開關，用于設定藍牙通信的波特率，如表2所示。考慮到本系統參數的變化不是很快，且需要通信的數據量也不大，所以本文選用的波特率是慢速的19 200 b/s。這樣既能滿足系統的需要，也能獲得足夠高的通信穩定性和可靠性。
2.3 上位機及監視軟件
上位機即是一臺PC計算機。監控軟件將現場設備采集的信號以圖形及數據的方式在顯示屏上顯示出來。常見的監控軟件有組態王、WebAccess、WinCC等，本文選用組態王6.53版本作為系統的監控軟件。
3 監控系統的軟件
監控系統的軟件主要由PLC程序和上位機組態軟件兩部分組成。
3.1 PLC程序
該部分程序包括主程序和100 ms定時中斷服務程序，如圖4所示。主程序完成定時器、藍牙通信的初始化，然后就等待定時中斷的進入。每當100 ms時間到后，就進入了服務子程序。首先查詢藍牙通信有無數據輸入，如有，則先接收再存儲。接著判斷收到的數據中有無遠程（緊急情況下，在物業辦公室）啟停泵請求，若有，則先啟動或關停相應的水泵，以達到快速調節管路壓力和流量的目的。然后計算壓力、流量的值，并判斷有無故障點，如有，則生成故障號。最后將壓力、流量和水泵狀態等數據一起通過藍牙發送出去。
3.2 上位機組態軟件
通過組態上位機軟件，本文能在計算機顯示屏上設置一些按鍵，并定義成相應的泵號，緊急情況下可以按下按鍵，達到遠程控制水泵的目的。借助于藍牙通信，可以將接收到的水泵狀態、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。再結合預測、統計、數學模型、空間分析等手段，根據經濟、技術指標和實際情況，進行優化控制反饋，完成對供水管網調度、設備管理等各個環節的合理配置。
本遠程監控系統除了可以實現用戶對數據實時監控的目的，還可以完成其他輔助功能，如報表功能、數據曲線分析功能，都為供水管網系統提供了可靠的數據。該系統經過在寧波港務局大樓的幾年運行，證明了系統不但可靠性高，而且大大提高了安全性和工作效率， 保證了供水質量，滿足了日益增長的用水量的需求，具有顯著的社會效益和經濟效益。其固有的先進性、實用性、擴充性、安全性、可靠性，使其必將在供水行業越來越廣泛地推廣應用，為供水行業的發展做出更大的貢獻。
參考文獻
[1] 許振茂. 森蘭變頻調速器在風機水泵中的節能應用[J].自動化博覽, 2003，20(5):56-57.
[2] 凌志浩,吳勤勤.智能儀表原理與設計技術[M].上海:華東理工大學出版社,2003：112-114.
[3] 許永和.USB外圍設備設計與應用[M].北京：中國電力出版社，2002:92-93.
[4] 何榮森，王宏寶.藍牙技術及其硬件設計[J].電子技術, 2001(4):13-16.
[5] CANT C. WDM設備驅動程序開發指南[M].北京：機械工業出版社，2001:79-82.