摘  要： 为了对水资源进行合理调配，设计了一套基于组态王的水源地远程监控系统。上位机采用组态王软件进行设计,并实现与下位机PLC的通信。系统通过组态技术实现画面显示等各种功能,实时监测生产过程。 

    关键词： 水源地； 组态王； MODBUS； 计算机控制； PLC

    乌鲁木齐河发源于天山山脉，属内陆河，总长214.3 km，流域面积为4 687 km²，是新疆首府乌鲁木齐市最主要的水源。甘河子水源地有一个分控中心，周围20 km²范围内分布了10口水源井，测控点距离分控中心的距离200 m~1 500 m不等，地域分布较为分散。乌鲁木齐河管理处为了对分散的站点进行集中监控，提高供水调度、防洪的决策能力,提升管理水平，建立了自动化系统^[1]。 

    组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融组态画面设计、现场操作及数据资源管理于一体，将一个系统内部的各种设备和应用及信息交流汇集在一起，实现最优化管理，非常适用于对分散的站点进行集中监控。 

1 系统概要 

    上位机采用工业控制计算机用于监控和管理泵站运行, 实时监测各种数据及设备运行,并提供图形和文本形式的显示,对各种故障报警,进行数据库的建立、动画连接及数据的统计、报表制作及打印。系统软件开发平台采用北京亚控自动化软件公司开发的组态王软件。 

    系统硬件结构如图1所示。 

    在与下位机PLC通信时，组态王要进行相应的设置。组态王的设备管理增加了驱动设备的配置向导，工程人员只要按照配置向导的提示进行相应的参数设置，选择I/O设备的生产厂家、设备名称、通信方式，指定设备的逻辑名称和通信地址，组态王即可自动完成驱动程序的启动和通信，不再需要工程人员人工进行。本系统中主要设置是：在生产厂家、设备名称、通信方式窗口中选择莫迪康MODBUS(RTU)串行,通信时数据传输的波特率为9 600 b/s,8位数据位,1位停止位,奇偶校验为偶校验,H/W类型为RS485,设备地址为1。 

    上位机中的组态王软件所要监控的参数有：各泵房的地下水水位、各深水泵出水口的流量、各泵的运行状态、水泵从最后一次启动到查询时所运行的时间、各水泵运行状态的控制。 

2 要求组态王软件实现的功能 

    组态王软件具体完成的功能： 

    (1)数据采集与显示功能：监控系统能够根据要求从数据库中取得所需的信息并进行相应的处理，同时把监测的数据实时地显示给用户，用户可以通过提供的目录，准确、快速地找到相关设备的状态信息^[2]。 

    (2)用户界面功能：界面是人与程序交互的起点，一个好的系统首先要拥有一个好的友善的用户界面。系统的用户界面应该尽可能简洁和人性化，能够让使用者方便、轻松、舒适地使用，系统提供的功能要完整明确易懂地出现在用户界面上。 

    (3)安全功能：任何时候，系统的安全都是一个非常重要的方面，系统软件要能保护系统中的信息安全，防止恶意破坏。不许无权限的人观察到重要资料和进行有关操作。对于系统中的使用者也要进行权限分级，重要的操作只能由特定的人员进行。 

    (4)管理功能：远程监控系统不仅要使得管理人员能够从个人计算机上观测到系统的运行状态，还要能够让管理人员在必要时进行必要的管理操作，例如控制系统某个部分的运行、开关等。监控系统实现面向用户的电子化工作制度，通过对设备资料、运行资料、操作记录的查询和分析，为监控运行的维护人员对设备的管理以及对运行维护人员维护工作的综合管理提供手段。 

    (5)配置管理功能：配置管理用于监控对象和监控系统自身的增加、修改和删除管理。它应操作简单、方便直观而且具有兼容性，可以在线进行配置，不中断系统的运行。配置资料的录入要求简洁明了，易于理解和操作。 

    (6)报警功能：当检测到某种危险信号或是当系统运行状态不稳定不合理时，系统软件要能向管理人员发出报警信号，并能在查看报表时，生成与报警相关的一些报表^[3]。 

    (7)报表功能：系统中的过程数据、运行状态是通过数据报表反应出来的。它既能反应系统实时的生产情况又能对长期的生产过程数据进行统计、分析,使管理人员能够掌握和分析生产过程情况。本设计中报表系统不仅能够对实时数据进行记录,还能根据具体情况进行查询。 

3 系统画面 

3.1 设计图形画面 

    现场监控计算机的主要监控画面包括：封面、主界面、各泵运行状态、1～10号井的动态画面、1～10号井实时趋势、1～10号井历史趋势、1～10号井报警界面、1～10号井报表界面。 

    在工程管理器中新建工程，建立工程名，选择保存路径。列出总的设计计划后，首先决定哪些变量需要报警操作，在工程浏览器左侧的菜单中双击报警组，新建1号井到10号井的报警组。 

    在数据词典中定义各个变量，再进行动画连接，可以得到动态画面，使组态系统形象地向操作员演示实际系统的运行情况。 

    下面以1号井为例，介绍主要的组态画面。运行时，各个画面通过按钮实现切换。 

    如图2所示，1号井画面中显示的内容有：系统当前时间、水泵电机是受本地控制还是远程控制、水泵远程控制按钮、水泵运行状态指示灯、水泵运行时间、水泵流量、1号井地下水水位及其报警显示灯。画面经过动画连接后，可以动态显示水泵的启动、运行、停止状态，并可以形象地显示水流以及地下水水位的变化情况。 

    图3、图4、图5分别显示1号井地下水水位和水泵出水口流量的历史趋势、实时趋势、历史报警、实时报警以及实时报警情况的报表。 

    1号井报表画面如图6所示，可以查询并打印班报表、日报表和月报表。必要时可以查询任意时刻1号井的各种数据和设备运行状态。1号井主界面如图7所示。 

    各泵运行状态画面如图8所示，画面中的仪表显示的是1号井的地下水水位，如果地下水水位过低，低于水位的报警界限，则地下水水位报警指示灯会提醒操作员注意，从而能及时处理，避免故障情况发生。该画面同时还可以显示各水泵的实时流量以及各个水泵由启动开始计时以来，总共运行了多长时间。 

3.2 构造数据库变量 

    数据库是组态王的核心部分,在组态王运行时,工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上,操作者在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场,所有这一切都是以实时数据库为中介环节,数据库是联系上位机和下位机的桥梁。在运行时,数据库中存放的是变量的当前值,变量分为I/O变量和内存变量,变量的集合形象称为“数据词典”,数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息,构造数据库的变量就是将I/O变量写入数据词典。I/O变量是指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量,如在本系统中从PLC采集的数据。这种数据交换是双向的、动态的,即当组态王运行时,每当I/O变量的值改变时,该值会自动写入下位机或其他应用程序;而每当下位机或应用程序中的值改变时,组态王系统中的变量值也会自动更新。所以, 在本系统中,那些从下位机PLC采集来的数据及发给下位机的指令,如“泵房地下水水位”、“水泵运行状态”等变量,都要设置成I/O变量^[3]。 

    在系统运行时,组态王数据词典中的I/O变量值正是从PLC采集来的实时数据,完成上位机与下位机的数据连接与交换。 

3.3 动画连接 

    动画连接就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。在系统运行过程中,使现场信号动态地反映到图形界面上,从而实现了图形的动画效果。如对水泵进行动画连接,当水泵开启时,用绿灯显示,并且管道中会有水流动。水泵停止运转时,用红灯显示,管道中的水停止流动。建立动画连接时,用到了大量的命令语言进行程序的编制,通过对程序的编写,很好地完成了画面动态显示。 

    下面的程序是用来显示水泵运行时间的： 

    进入事件命令语言编辑器，事件描述中写入“本站点泵1==1”，单击“发生时”，写入程序： 

    本站点泵1启动时=本站点＄时; 

    本站点泵1启动分=本站点＄分; 

    本站点泵1启动秒=本站点＄秒; 

    单击“存在时”，写入程序： 

    本站点泵1运行时间= 0; 

    //计算秒 

      if (本站点＄秒<本站点泵1启动秒) 

         {本站点泵1运行时间=60+本站点＄秒-本站点泵1启动秒; 

      if(本站点＄分<本站点泵1启动分) 

         本站点泵1运行时间=本站点泵1运行时间+(本站点＄时-本站点泵1启动时-1)*3 600+3 600+(本站点＄分-本站点泵1启动分-1)*60; 

   else 

         本站点泵1运行时间=本站点泵1运行时间 +(本站点＄时- 本站点泵1启动时)*3 600+(本站点＄分-本站点泵1启动分-1)*60;} 

   else 

    　　{本站点泵1运行时间=本站点＄秒 - 本站点泵1启动秒; 

      if (本站点＄分<本站点泵1启动分) 

　　       本站点泵1运行时间=  本站点泵1运行时间 +(本站点＄时- 本站点泵1启动时-1)*3 600+3 600+(本站点＄分-本站点泵1启动分)*60 ; 

   else 

        本站点泵1运行时间= 本站点泵1运行时间+(本站点＄时- 本站点泵1启动时)*3 600+(本站点＄分-本站点泵1启动分)*60;} 

    本系统现已稳定运行两年多，运行结果表明，基于组态王的监控系统能充分满足对现场控制系统的要求，本监控系统可节省人力，降低制水成本，完成了水源地流程的实时、动态监控，实现了泵房现场状况监控和设备管理等功能，实现了现场数据和设备状态报表的存储、打印。对水源地供水系统的安全运行、提高供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。 

参考文献 

[1] 北京亚控科技发展有限公司.组态王6.5使用手册[K].2004. 

[2] 许登阁. 组态软件在水厂泵站监控系统中的应用[J].工业控制计算机,2008(1):86-87. 

[3] 陈志军，南新元，程志江.基于MODBUS的甘河子水源地远程监控系统的设计与实现[J].电气自动化, 2006(2):42-46.