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基于物联网的水务数据监测系统

发布时间:2018-07-12 01:11:00 文章来源:未来智库    
    关键词:物联网;水务;监测系统
    中图分类号: C35 文献标识码: A
    一、简介
    为保证有效科学地管理,水务数据监测一般设置在中央控制室,在中央控制室建立一套水务数据监测与分析系统。中央控制计算机系统建立在开放的、可靠的网络环境中,系统中的硬件都要求具有可靠性、开放性和先进性。配置运算速度快、储存量大的品牌计算机。采用基于客户机/服务器结构的WINDOWS XP操作系统,在此平台上设计开发用户界面华丽友好、操作简单的专用数据采集与分析系统软件。
    1、系统外围设计
    对监控中心的系统规划设计、与本软件系统配套的必要设备的提供、网络的开通。要求系统甲方进行各设备常规试验、操作、维护交接,提供与软件系统设计的必要的服务。
    2、设计原则
    满足功能要求和操作使用要求;保证系统工作的安全与可靠性、设备和系统的合理性与先进性;按照中国国家标准或国际通用标准;无国家标准或国际通用标准可参考的部分,选用现在流行的标准;在确保以上各项的前提下,考虑实施的可行性和经济性。
    二、软硬件环境
    本系统所需的必要硬件,除了现场数据采集的终端外,还必须配置一些必要的外围设施和设备,由1台操作员站、1台操作员/工程师站(互为备用)、1套服务器2台打印机、工业级交换机和UPS等组成,完成工艺的上位监控和画面显示。
    1、系统的外围硬件构成设计
    1.1硬件配置
    硬件的配置,主要是以满足本系统的基本要求,并考虑适当的先进、和可扩展的需要为标准。
    1.2外围硬件
    智慧水务数据监测的仪表设备,如水压、水量、水质、水位,根据测量的要求,需要配置不同的现场仪表。智慧水务数据采集终端RTU,按照采集的点数,配置相应的RTU。操作员计算机(2台) 数据服务器(1台) 打印机(1台)以太网交换机(1台)
    2、系统的软件环境
    采用Windows XP作为操作系统是因为其具有以下明显优点:
    1)Windows XP Professional是在PC机上发展起来的32位操作系统,是基于客户机/服务器体系结构的多进程多线程操作系统。
    2)具有良好的用户界面,具有多窗口、菜单、命令等多种应用软件控制方式。
    3)具有开放的程序设计接口。
    4)支持多种网络协议,为将来的网络间互连做准备。
    5)提供网络管理功能,如系统备份、数据安全、容错和性能控制等,支持各种网络资源的共享,并为不同用户的资源共享规定权限。
    6)Windows XP Professional是真正的多任务操作系统。
    7)Windows XP Professional是优先多任务系统,对CPU的控制有操作系统完成,可以改变任务的优先权,有利于多种应用分享资源。
    8)Windows XP Professional目前已经达到C2级安全标准。
    9)提供多任务多用户支持,对不同实时要求的用户和任务,提供不同的优先级执行,能够满足监控系统的实时要求。
    3、应用领域
    整个系统具有高可靠性、开放性、先进性、兼容性、实用性、易扩展性等特点。
    系统是建立在开放的高可靠性的网络环境中,使用基于客户机/服务器(C/S)结构的、开放的Windows XP Professinal软件系统。系统中的硬件和软件都具有充分的可扩展及升级能力。系统软件具有友好的汉化图形用户界面。系统实时数据库符合工业数据库的发展方向,实现真正的开放互连及分布式的数据库管理。
    水务数据监测与分析系统,它的应用领域为:
    水利行业内的水库及河道水位、水质、水量的数据监测、传输、存储、分析应用。自来水行业的源水监测,净水厂进出厂水的水质、水位、水压、水量的监测,供水管网的压力、流量、水质的监测,大用户的流量监测。排水行业的排污流量、污水的水质监测、窨井水位的监测。城市市政防汛排涝领域的应用,地下雨水、污水的水位、流量的监测与分析应用,汛期防洪排涝的指挥调度变得可视化。污水行业的水质、水量的监测与分析应用,使城市污水处理有序并达标排放。
    4、产品功能
    水务数据监测流程图、监测数据实时显示图,提供实用、清晰、友善、中文化的人机界面,生动形象地反映工艺流程、系统的实时数据,完成报警、历史数据、历史趋势曲线的储存、显示和查询。生成、打印各类生产运行管理报表。
    4.1曲线功能
    数据存档功能:对其从各远程站采集到的市政管网的各种数据,按照其不同类型、名称、属性、时序等特征分类,存入到历史数据库中。
    数据显示功能:调度工作站对采集到的各种数据,可按要求以不同的形式进行显示。其显示方式为数据、画面、表格、曲线、符号等不同形式,并可用颜色和符号表明数据的性质。
    数据处理功能:调度中心对存放在数据库中的数据,可进行最大值、最小值、平均值、累积值和其它各种特殊的运算处理。并可根据需要,生成各类报表、趋势曲线、实用图表,包括即时报表、班报、日报、月报、季报、年报、各类趋势曲线、棒(饼)状图等等。这些报表、曲线、图表可根据需要定时或随时打印。
    密码保护功能:根据操作员的工作需要,设置不同级别的数据库操作权限和保密口令。设置操作级别和密码,每个等级密码中设计有操作工号。
         报表生成和打印功能:调度系统的软件具备报表自动生成功能,即操作人员利用系统提供的实用程序,通过简单的人机对话或定时功能,就可完成各类报表的制作工作,并具有定时打印和随机打印的功能。
    4.2画面与数据显示功能
    本系统各计算机显示屏,可对全系统内所有点进行系统组织、综合管理、实时监控、并用丰富、生动的画面监视。
    A.显示屏功能:画面显示;画面实时刷新(例如包括设备状态、运行参数及实时时钟的刷新);人机对话提示及操作命令出错信息提示;光标显示与控制(应能通过鼠标或键盘等进行控制);报警与操作信息报告提示;画面窗口变换与局部放大;画面的平移与滚动。
    B.画面显示
    运行人员通过键盘或鼠标选择和召唤画面显示,画面内容应精炼、清晰、直观、以便于监视和改善动态特性,画面显示如:各类菜单(或索引表)显示;全系统、子系统和本地网系统总貌显示、分组显示、单元显示;各级主辅设备运行状态图;历史趋势显示、动态流程显示、多窗口显示;各种方式显示,如图形方式、文字方式、图像方式、表格方式、曲线方式等;报警摘要指示及事故处理;各类记录报告;各类运行报告(包括设备运行时间);操作指导;各类维护管理报表等。
    C.主要显示画面
    主要显示画面应包括但不限于:平面图;系统网络画面;检测仪表运行图;动态工艺流程画面;主要参数实时趋势图画面(时间跨度可选);主要参数历史趋势图画面(时间跨度可选);报警信息画面;登录画面。
    4.3报表功能
    本系统具有对各种文件的处理能力,可对各类数据、文件归档,可对历史数据记录、处理、裁剪、分析和统计,具有点趋势图、日志、事故追忆,具有制作各类报表,具有图形打印、文件打印、报表打印等功能,例如:各类操作记录;各类事故及故障记录;报表打印,有日报、月报、年报等报表;曲线打印;趋势记录;事故追忆及相关量记录;画面拷贝。上述记录应能自动(定时、随机和命令)或由操作员在操作员站上选择和控制打印机打印。
    4.4报警功能
    本系统具有监视生产过程、设备状态及运行参数变化的能力,并对越限超时等报警进行相应的安全处理。能自动诊断出各级操作站,现场控制设备或者通信系统产生的故障并发生报警信号;能自动检测出生产过程运行的异常状态,当过程检测或运转设备出现越限或故障时,流程图上相应的图例红光闪动,并发出报警声响加以提示。报警的笛声可以通过键盘或触摸屏解除,闪动的红光继续保持,直至该故障消除,闪动才停止。报警内容登录在数据库事件登录清单内,如果需要可以按要求调用并按命令分别打印。打印包括实时打印和报表打印。对于已确认的报警应带上报警发生时标,存入报警数据库。除流程图上有报警显示外,另外还设若干幅全厂报警一览表,以便全面了解设备运行工况和报警的检索。
    4.5查询功能
    历史数据的存档所有收集的实时数据都必须按类型、名称、属性分类,按时序依次存档,并及时写入硬盘。硬盘应能保存至少一年的历史数据,历史数据的永久保存是写入光盘。历史数据的采样周期应在几分钟到24小时内可调。从历史存储数据,我们能够计算最小值、最大值、平均值、标准值、偏差值、累积值和其它特殊的方程式。此外,运用程序的结果也可以存储在历史资料库。该系统应能存储足够数量的模拟信号值。技术人员应能在工程师站上输入和编辑历史数据。用这种方法可以输入外部产生或遗漏的信息。此外,根据最新被输入的或被编辑数据重新计算历史计算值。新输入或编辑的数据要容易完成。
    历史数据的显示:事件类:按要求进行检索。最新的事件列在第一个页面上第一条。表格类:可按站名、点属性、日期分类列表,每排一个变量,表明时标,属性,测量范围,实时值,并用颜色和符号表明数据性质。也可以在表格上用"指针"选定数据点,对其设定值,测量范围,数据性质进行修改(只能由赋予权利的人员进行)。
    4.6登录与退出功能
    本系统安全管理功能主要涉及控制安全、网络安全、安全管理等。系统安全的核心是信息安全。
    安全等级划分:设计中把操作级别分为:厂长级、工程师级和操作员级,对各个级别的操作都设置密码,并能记录操作人员工号、操作内容、时间等,防止非法操作,确保水厂设备安全有序运行。
    产品功能模块图
    结束语
    本水务数据监测系统综合考虑了技术可行性和现场应用环境的需求,设计和实现了基于ARM处理器和嵌入式Linux操作系统的水务数据监测系统,采用广泛应用于嵌入式系统界面的QT封装的C++类来进行界面设计,尽可能实现分层以保证业务跟数据分离,设计出人机交互流畅稳定的工控机界面。实际运行结果表明,该系统的整体性能稳定,较好地满足了客户的需求,具有广阔的应用前景。但本系统仍需要进一步完善,特别是对最优水平衡分析法还需要做进一步的实验研究。
    参考文献
    [1]左俊平.基于物联网技术的电池组远程监测系统设计[D].哈尔滨理工大学,2014.
    [2]叶李生.水务物联网移动监测系统[D].西南交通大学,2014.
    [3]胡睿.基于物联网的工业园区节能减排实时监测系统研究与实现[D].昆明理工大学,2014.
    [4]张小娟,唐锚,刘梅,王昊.北京市智慧水务建设构想[J].水利信息化,2014,01:64-68.
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