基于GPRS 的熱力管網監測軟件設計

陳萍，高騰，劉兆峰，高雪為，詹鵬飛

(1.山東建筑大學信息與電氣工程學院，山東濟南250101;2.山東銀座購物中心有限公司，山東濟南250012)

0 引言

我國北方地區目前冬季普遍采用集中供暖的方式進行供熱。熱電廠通過城市高溫供熱管道將熱水送至各居民小區、企業中的熱交換站。在熱交換站中，高溫管道中的熱水與進室暖氣片的熱水通過換熱器交換熱量。經過換熱后，二次網中熱水流入各居室中［1］。在此過程中需要對熱交換站中影響設備運行的各個變量進行監視以便及時發現異常并進行處理。

通用分組無線業務(general packet radio service簡稱GPRS)技術作為一種成熟的商用無線通信技術在無線監測管理系統中有著很好的應用前景。針對無線遠程傳輸的應用情況，GPRS費用較其他無線傳輸(如3G技術)低，而且GPRS的傳輸速率高，可提升至 56 甚至 114kbps［2－8］，故本系統采用 GPRS作為傳輸中介是合理可行的。

本文介紹一種基于GPRS網絡的監測系統的設計，思想來源于煙臺招遠市金城區、玲瓏區的熱力管網系統設計，著重介紹系統上位機軟件的設計 ，包括數據無線傳輸和數據庫設計兩個方面。

1 熱力管網的監測系統的總體結構

本文設計的熱力管網系統主要包括上位機監測軟件、數據采集模塊和GPRS通信模塊三部分。其中，上位機監測軟件是利用VB語言來編寫實現的，其主要功能是對數據采集模塊采集上來的溫度、壓力、流量、電流等模擬量數值進行顯示;數據采集模塊的主要作用是完成對現場實時數據的采集，并且上傳給上位機;GPRS模塊作為整個系統最重要的部分，其主要作用是作為連接上位機跟數據采集模塊的中介。本系統的總體結構框圖如圖1所示。

圖1 監測系統的總體結構圖

2 系統方案設計

本文主要研究上位機監測軟件部分。

2.1 供熱系統的軟件要求及系統結構

本軟件設計應用的編程環境是Visual Basic6.0，它有三個版本，分別為學習版，專業版和企業版。本設計用的是最強版本企業版，它包括專業版的全部功能以及back office工具，例如SQL Server、Microsoft Transaction Server、Internet information server、Visual SourceSafe、SNA Server等。企業版可以為軟件開發團隊開發一些大型的應用程序提供基礎，是軟件開發團隊必備的開發工具之一［3］。

設計中用到的主要控件介紹及其使用如下。

Timer控件:引發Timer事件，Timer控件可以有規律地隔一段時間執行一次代碼。在本設計中主要應用在發送查尋命令和數據庫存儲兩個方面。

Data TimePicker控件:用以提供格式化的日期字段。在本設計的作用是查詢某段時間內的歷史數據。

Winsock控件:可以通過TCP協議和UDP協議連接到遠程計算機上并與之交換數據。工作原理為服務器不停地監聽和檢測客戶端的請求，同時客戶端則向服務器端發出連接請求，當兩者的協議溝通時，客戶端與服務器端就建立起了連接。這時候，客戶端繼續請求服務器端發送或接收數據，服務器則處于等待客戶端請求狀態。對用戶來說Winsock控件是不可見的，在編寫客戶機和服務器應用程序時，不必了解太多的有關TCP或者UDP協議的具體原理，只要通過設置Winsock控件屬性并調用相應的功能函數就可輕易地進行網絡連接并實現通信。本設計中Winsock控件的個數是由換熱站點的個數決定的［4］。

Mschart控件:將數據表中的數據以圖表的形式顯示出來，從而更直觀的反映出數據之間的關系。在本設計的作用是顯示各個變量的變化趨勢。

根據用戶需求供熱系統要實現的軟件功能有以下幾點:

2.1.1 數據采集和處理功能

各熱力站點的實時數據被采集到服務器后，還需進行顯示、運算和處理。為節省投資，前端站點未安裝流量計，可以通過對壓力信號處理，并根據不同型號水泵的Q—H性能曲線，模擬出各站點二級管線的流量。

2.1.2 數據實時監測功能

各站點的數據(流量、管線壓力、溫度和水泵運行狀態等信息)能夠實時顯示在監測中心的服務器屏幕上，準確地反映管線的實際運行狀態，數據實時監測，每5分鐘記錄一次數據。顯示的方式為動態實時數據顯示，也有實時數據曲線、歷史曲線顯示。并有保存各站點信息、報警紀錄等的功能。

2.1.3 故障自動報警功能

本系統有故障自動報警功能，方便監測中心及時通知工作人員進行檢修。自動檢測的故障有:信號通訊故障、停電故障、傳感器故障等。

2.1.4 數據報表功能

自動生成日報表、月報表、年報表，也可隨時進行報表的統計與打印。

2.1.5 數據分析功能

實時繪制熱力管網的水壓圖、各站點的瞬時流量曲線圖和溫差曲線圖;同時進行能耗分析和統計。利用數據模型對熱力管網的運行狀態進行分析，對水力平衡、供水溫度進行調整，并及時查找失水點，對于壓力異常發出報警。

2.1.6 數據存儲備份功能

系統數據庫可以本地存儲，其存儲時間由用戶需求和計算機配置決定。使用人員可根據需要隨時將數據進行備份，若系統破壞，可以利用備份的數據，恢復系統的原始狀態。

2.1.7 數據遠端演示功能

除監測中心外，用戶可通過互聯網在任何地點建立分監中心，方便監視管理。為保證系統的安全，分監中心的權限只限于數據監視，不允許向下操作，監測中心與各分監中心的數據完全同步實時顯示。

要達到以上7點需求還要依靠對VB環境的開發，對采集來的數據進行處理分析等步驟。

2.2 軟件設計

此系統要求通過網絡(Internet)遠程接收分散在不同小區的各換熱站的各個變量的數據，在這里考慮到成本的高低及其使用的便利性等方面的問題，本方案決定采用GPRS介質來實現［6］。

首先要綁定固定的IP和端口號，程序如下所示:

通訊模塊會通過winsock控件實現點對點的通信，監聽并將接收到的登錄幀解析，得到對應的手機號碼(client)，并將其添加在相應的列表中，然后列表中的手機號碼(client)與數據庫中預存的手機號比較，如果相同則發送相應的查尋命令。此處的查詢命令是指由上位機與采集模塊通訊的協議解析后得到的一組數據。

本設計的軟件流程圖如圖2所示。

2.3 數據庫及Web設計

2.3.1 數據庫設計

用Visual Basic作為數據庫開發平臺有簡單、靈活、可擴充三個優點。Visual Basic提供了基于Microsoft JET數據庫引擎的數據訪問能力，JET引擎負責處理存儲檢索、更新數據的結構，可以使用VB中的DAO或者是ADO對象訪問JET引擎。本設計采用通用的Access數據庫［5］，將實時數據按要求存入數據庫中，用戶可從數據庫中查詢歷史數據報表并打印，其中部分數據會根據用戶的需求采用某些算法進行處理后使用。使用Access數據庫是比較簡單且易操作的。

本設計的數據庫目錄如圖3所示。

其中分配站master包括各換熱站的序號、編號、名稱、壓力個數、溫度個數、水泵序號、模塊地址、手機號碼、修正系數、相對標高等。故障記錄表里存儲的是各站點的故障內容;實時數據存儲的是各站點的所有變量的數據值。

與數據庫連接的程序如下所示:

注:數據庫中加了密碼123456

2.3.2 Web 設計

本設計中實時數據被發布到網上(Web)，用戶可在分監中心采用網頁瀏覽器來對現場狀態進行監視。Web［8］發布是通過在 visual studio.net開發環境中開發 ASP.net［7］構架來完成的。

注:ASP(Active Server Pages動態服務器頁面)

圖2 軟件流程圖

圖3 數據庫分表目錄

是一項微軟公司的技術，是一種使嵌入網頁中的腳本可由因特網服務器執行的服務器端腳本技術。

Web顯示的數據是與數據庫同步的，所以在這里引進一段與數據庫連接的一段小程序:

網頁中的一個畫面如圖4所示。

3 上位機軟件設計成果

經過一段時間的現場運行，本設計已經得出了

圖4 網頁顯示圖

符合客戶需求的信息，包括數據值顯示及曲線趨勢顯示。在實際應用中二級供水和回水溫差在13℃左右，從主監控室截取的二級泵溫度曲線畫面(圖5)可以看出各換熱站點(除個別現場數據沒有上傳外)運行正常且穩定。

圖5 溫度顯示曲線

二級供水和回水壓力曲線的截圖如圖6所示，實際運行中用戶得到的理想曲線是爪行的，雖然圖中曲線不夠理想但其基本符合供暖運行條件。

圖6 壓力顯示曲線

運行得到的曲線趨勢圖較多，在此不一一列舉。所有的曲線趨勢及數值顯示與現 場采集結果一致，所以此設計內容合理。

4 結語

本文在VB6.0環境中編寫了實現熱力管網系統的監測功能的程序，其中主要的傳輸介質是基于GPRS下的TCP/IP。該設計最終實現了各信號的正常顯示以及圖表功能的正常使用，另外還實現了報警、系數修正等功能，保證了整個冬季供暖的穩定運行。經過現場設備運行一段時間后得出結論:設計的使用效果滿足了用戶提出的要求，顯示的內容也形象的反映了整個管網及各個換熱站的運行情況。隨著GPRS網絡的不斷完善和市場需求的擴大，該類系統將會有更廣闊的前景［9］。

［1］王建新.遠程監控技術的發展現狀和趨勢［J］.國外電子測量技術，2005，122(4):9 －12.

［2］BATS R J.通用分組無線業務(GPRS)技術與應用［M］.北京:人民郵電出版社，2004:3－7.

［3］高春艷，劉彬彬，王斌.Visual Basic開發技術大全［M］.北京:人民郵電出版社，2007:2－9.

［4］米紅娟.Access數據庫基礎及應用教程［M］.北京:機械工業出版社，2009:56 －77.

［5］李長林，張麗華，王紅.Visual Basic數據庫應用系統開發從基礎到實踐［M］.北京:電子工業出版社，2005:151－159.

［6］楊增汪，王宜懷，戴新宇.基于ZigBee和GPRS的高壓開關柜無線監測系統設計［J］.電力系統保護與控制，2010，38(23):203－206.

［7］聶玉慶，張永堅，屈慶春，等.基于Ad Hoc網絡的智能公交信息傳輸系統研究［J］.山東建筑大學學報，2009，24(5):443 －448.

［8］楊莉，徐俊李，賈廣雷.基于Web的科技信息管理系統分析與設計［J］.山東建筑大學學報，2007，22(5):464 －466.

［9］王磊，許小琳.GPRS無線數據傳輸中服務器端軟件的設計和實現［J］.測控技術，2007，26(11):55 －56.