专利名称：多媒体供水无线四遥系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用计算机分布式测控技术的给水测控装置。
城市供水调度系统一般分为2级，第1级是供水系统的调度中心对各净水厂、管网测压点进行监测和调度；第2级是各净水厂根据调度中心的指令，对净化工艺系统和水源泵站以及2级泵房等进行监测和调度。已有的供水调度信息的传递历经了经验控制、人工跑点测压、旋转表盘记录分区测压、电话或对讲机传达、应用单片机的微机调度技术。而单片机的设计主要在于嵌入式的测控及智能仪表等局部应用的领域，让其作为一个大系统的测控中心，难免其速度、性能、可靠性等难以满足现行发展的需要。为了解决上述缺点，西安电子科技大学计算机运动技术研究中心提出一种RTS-100无线“三遥”、“四遥”系统(见中国科学技术成果数据库33013)。但未见具有多媒体语音服务及报警、多屏不同画面动态显示、无线电台防长发、终端机脉冲宽度调制输出、终端机采测数据掉电保护等功能，使用工业控制计算机、配置触摸屏、厂站终端机使用STD总线技术、可支持1万台终端机组网、通讯速率达1200bit/s的供水调度无线遥系统。
本发明的目的在于提供一种具有多媒体、多屏不同画面动态显示、触摸屏等功能，系统运行安全可靠、扩展容量大、编址简捷、工作速度快，水厂测点采用STD总线技术的多媒体供水无线遥测、遥控、遥信、遥调(四遥)系统。
本发明设有测控中心和水厂测点子系统与管网测点子系统，测控中心与各测点间通过数传电台联系。测控中心设有前台机、后台机、数传电台，前台机与后台机设置为双机工作模式，前台机选用工业控制计算机，后台机采用多媒体通用计算机，并通过串行通讯口与前台机连接，实现信息与指令传送，前台机与数传电台连接，前台机设扩展多屏显示卡，组成最少为4屏显示系统，1块通讯扩展卡，1块声霸卡，操作屏扩展加装触摸屏单元。水厂测点子系统设有水厂测点终端机、数传电台和现场环节装置，水厂测点终端机分别与数传电台和现场环节装置连接。管网测点子系统设有管网测点终端机、数传电台和现场环节装置，管网测点终端机分别与数传电台和现场环节装置连接。
所说的前台机另设16位声卡、光盘驱动器、立体声喇叭、故障状态输出打印机、多屏卡、远程通讯驱动器、显示器和触摸屏。所说的后台机可设16位声卡、光盘驱动器、显示器和图表输出打印机。
测控中心还可设化验中心，它包括主机、16位声卡、光盘驱动器、立体声喇叭、显示器、打印机和远程通讯驱动器，化验中心与前台机连接。
所说的水厂测点终端机采用单片机系统；管网测点终端机采用单片机系统。
所说的现场环节装置设有模拟量信号输入装置、开关量信号输入装置、脉冲量信号输入装置、遥控开关量信号输出装置和遥调输出装置。
本发明采用计算机分布式测控技术，测控中心(主站)与各终端机间借助无线数传信道，在遵守约定的通讯协议下，完成相互之间的数据传递。各终端机响应测控中心的命令，借助相应的传感器和执行伺服机构，完成遥测、遥控、遥信、遥调功能。测控中心采用前、后双机工作模式，前台机采用工业控制计算机，配接多屏显示卡，触摸屏、声霸卡等构成多屏显示、触摸操作的多媒体系统，作为测控中心的信息处理中心，提供图表输出、参数设置、测控管理、实时语音报警及其他多媒体功能，并为后台机提供历史及实时数据。厂站终端机使用STD总线技术，配置A/D采集、脉冲记数、开关量输入/输出功能模板，完成实时模拟量、脉冲信号及开关状态的采集，并可在测控中心的命令下，完成开关信号输出及实时数据回传工作。而管网测点完成管网各参数采集及回传工作。整个系统可支持1万个测点终端机组成大型“四遥”系统。系统集测控、无线数字通信及多媒体、多屏不同画面动态显示与触摸屏等先进技术于一体，配置合理、组态灵活、扩展简捷、使用方便、采测精度高、抗干扰能力强、数据传输速度高、误码率低。可广泛应用于城市供水、供电、集中供热、煤气输送、井群测控、环境监测等方面。
图1为本发明的结构框图。
图2为测控中心的结构框图。
图3为水厂测点子系统的结构框图。
图4为管网测点子系统的结构框图。
图5为化验中心的结构框图。
图6为测控中心的前台机的硬件结构框图。
图7为水厂测点子系统终端机的硬件结构框图。
图8为管网测点子系统终端机的硬件结构框图。
图9为数传电台结构框图。
以下实施例将对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明由测控中心、水厂测点子系统和管网测点子系统组成。测控中心设有前台机1、后台机2、数传电台3和化验中心4。水厂测点子系统设有厂点终端机5、数传电台6和现场环节装置7；管网测点子系统设有测点终端机8、数传电台9和现场环节装置10。测控中心与各水厂测点、管网测点通过无线数传电台进行无线通讯联络，化验中心4通过调度前台机1所扩充的通讯接口进行有线通讯联络。各子系统各自独立完成所分配的工作，并响应相关系统的命令、要求。
如图2所示，测控中心的前台机1分别与后台机2、数传电台3和化验中心4连接，还与图表显示装置11、故障状态输出打印设备12、通讯扩展接口设备13连接。后台机2还分别与显示装置14和图表输出打印设备15连接。前、后台机设置为双机工作模式，前台机连续工作，完成与各水厂测点、管网测点的无线及与化验中心的有线通讯任务，同时通过投影或大屏幕组完成相关图表的动态、实时显示以及故障状态打印输出，并具有触摸屏。后台机完成整个测控系统的管理和图表形成工作。前、后台机均具有多媒体功能。
如图3所示，水厂测点子系统包括水厂终端机16、数传电台17和现场环节装置18，水厂终端机16分别与数传电台17和现场环节装置18连接，终端机16设有有线通讯接口19和扩展接口20，现场环节装置18包括模拟量信号输入A/D、开关量信号输入INPUT、脉冲量信号输入TIMER、遥控开关量信号输出OUTPUT和遥调输出D/A等有关的装置。水厂测点完成水厂2级泵房各参数的检测及控制、调节信号输出，并通过数传电台实现与测控中心(即中心调度室)的联系。水厂测点终端机具有参数检测、控制、调节信号扩展接口及有线通讯接口。各水厂测点部分配置相同，该部分也可用于1级泵房的测控。
如图4所示，管网测点子系统包括管网终端机21、数传电台22和现场环节装置23，管网终端机21分别与数传电台22和现场环节装置23连接，管网终端机21设有有线通讯接口24，现场环节装置23包括模拟量信号输入A/D、开关量信号输入INPUT、脉冲量信号输入TIMER、遥控开关量信号输出OUTPUT和遥调输出D/A等有关的装置。管网测点完成城区管网水压的检测，以及较少量的控制、调节信号输出，并通过数传电台实现与测控中心联系。该部分也可用于小型加压站的测控。
如图5所示，多媒体化验中心25设有图表显示装置26、图表输出打印装置27，并与测控中心的通讯扩展接口28连接。化验中心自成系统进行水质参数的存贮、管理、图表形成，并可将主要水质参数通过测控中心前台机通讯扩展接口有线传送到测控中心进行统一存贮、管理工作。系统具有多媒体功能。
如图6所示，前台机使用工业控制计算机29(P5/133，RAM32M)配置为具有4个RS-232C串行通讯口的工业控制计算机，扩展2块双屏显示卡1#、2#，组成1#工作显示大屏幕、操作屏62、2#工作显示大屏63和预留投影机显示屏644屏显示系统；1块通讯扩展卡30，扩展COM3、COM4通信口；1块声霸卡31及其配件音箱32、麦克风33，奠定多媒体功能；对于操作屏，扩展加装触摸屏单元34’，方便使用。前台机经通讯扩展卡30分别与后台机2和数传电台3连接，后台机2采用多媒体通用计算机，通过RS-232C串行通讯口实现与前台机的信息与指令传送，并配置DLQ-2000K彩色平推打印机，负责系统各类统计图表的产生和输出。另外，通讯口COM1连接鼠标34，COM2连接触摸屏34′，以便最终用户操作控制，COM3连接后台机2，COM4接电台中扩展的调制解调器板。
如图7所示，水厂测点子系统的终端机16选用STD9054多功能单片机，采用STD总线技术，功能模块，8槽机笼，符合国际IEEE-961工业标准，具有高度模块化、标准化、高可靠性。信号量或种类的扩展，仅需将相关功能模块插入机笼即可，所选用的高速光电耦合隔离A/D转换板35、光电耦合隔离脉冲计数板36、光电耦合隔离开关量输入板37、I/O板38等功能模块均使用光隔提高抗干扰能力。在图7中，终端机16分别与数传电台17和站号编址状态灯指示39连接。一般采用多台套。STD9054多功能单片机CPU板16使用8032单片机作为中央控制处理器，扩展EPROM:32K作为程序存贮器；扩展RAM；64K作为数据存贮器；并产生STD总线所需的控制信号，片内串行口经TTL-RS232C信号转换芯片MC1488/MC1489调制成RS-232C标准与无线电台相连；片内P1口及译码产生的控制信号共同组成打印系统。高速光电耦合隔离A/D转换板35支持32路模拟量输入，将现场环节中的电流I、电压U、温度T、水压P……模拟量信号转换成数字信号，并通过STD母线送到CPU板16。光电耦合隔离脉冲计数板36支持6路脉冲信号输入，实现流量L、电度W、无功F等脉冲输出现场信号的采测。光电耦合隔离开关量输入板37支持对现场环节中的泵机开停状态Q、电源母线段V等32路开关量信号的检测。I/O板38支持32路数字量输入J1和32路数字量输出J2，输出集电极开路，用于实现对现场数字信号的采测和开关量信号的输出、状态指示。
如图8所示，管网测点子系统的终端机21因为仅需采测较少的信号而使用飞利浦公司的80C552单片机，它集成了8路10位A/D，2路脉宽调制、捕获比较、高速输入/输出，另外扩展27256/62256作为程序/数据存贮器40,41,2片8255(标号为42)作为站号编址43、状态指示及I/O扩展44，一般采用多台套。片内串行口经TTL-RS232C信号转换芯片MC1488/MC1489调制后与数传电台22相连。
如图9所示，系统数传电台扩展以调制解调芯片AM7910的调制解调器为中心单元的功能板46，它分别与电台47、防长发控制逻辑电路48连接，如长发现象出现，1min后，该逻辑电路自行切断电台发送控制端信号，强行使电台进入接收状态，保护电台及系统正常工作。
系统终端机均设有掉电保护及两级防死锁自动复位电路，当终端机工作电压降为4.65V以下时，掉电保护电路启动工作，RAM工作电源由+5V输入，切换到掉电保护电池，系统进入复位态；同时控制RAM的写信号WR为高电平，保护RAM中的数据不因上、失电，逻辑状态不稳而被非法篡写。自动复位电路可防止程序运行进入死锁时，自动恢复运行，两级自动复位分别来自单片机内部级(内部看门狗)、电路板级(外部看门狗)，从而即使程序死锁于内部级抗死锁部分程序，其电路板级的看门狗也可使系统恢复正常运行。系统内部看门狗硬件已集成于CPU中，仅需程序控制即可。系统程序设计时，程序中已考虑内都看门狗(512ms内)、外部防死锁看门狗(1.6S内)的清零(计数器)控制操作如程序运行时如遇信号干扰等原因失控，则512ms时内部复位启动；如内部看门狗也失控，则1.6S后外部电路强行复位系统，使之恢复正常运行。
系统软件由前台机、后台机、测点终端机各部分组成。前台机工业控制计算机是整个系统的测控和信息处理中心，负责协调、组织整个系统工作，并完成系统设置，实时测、控、调等具体的4遥功能项，同时组织并存贮抽样值，提供所需的各种多屏动态图表以及多媒体语音报警服务功能。前台机的软件构成主要分为自动巡测、手动测控、动态图表、报表打印、数据查询、系统设置、公司/系统简介等功能模块。自动巡测可设置巡测状态，系统巡测每5min发生一次，对不能巡测上的点自动补测。对于各点回传数据整理并存贮，对于越限等故障情况及状态进行语音报警，同时刷新多屏显示系统中相关点的数据或图表。手动测控用于系统对指定站的遥测、校对、追补及遥控调输出指定。
后台机的软件构成主要分为自动巡测、数据存盘、报表打印、数据查询、显示图形、系统维护、封面设置等功能模块。
系统厂站测点终端机与管网测点终端机软件结构相同，软件设计分为2部分1)主程序模块完成工作状态初始化及A/D量、脉冲量、开关量输入各信号的采集和保存、常态无限循环，当系统受干扰时，能自动恢复正常运行。
2)通讯模块采用中断方式进入，接受前台机的召唤，响应其命令进行分析，完成采集数据及保存数据的回传。根据遥控、遥调命令，产生开关输出信号及D/A信号，完成现场设备的开/停及调节控制。
权利要求
1．多媒体供水无线四遥系统，其特征在于设有测控中心、水厂测点子系统和管网测点子系统，测控中心与各测点间通过数传电台联系，所说的测控中心设有前台机、后台机和数传电台，前台机与后台机为双机工作模式，前台机分别与数传电台和后台机连接，前台机设扩展多屏显示卡，组成最少为4屏显示系统，1块通讯扩展卡，1块声霸卡，操作屏扩展加装触摸屏单元；所说的水厂测点子系统设有水厂测点终端机、数传电台和现场环节装置，水厂测点终端机分别与数传电台和现场环节装置连接；所说的管网测点子系统设有管网测点终端机、数传电台和现场环节装置，管网测点终端机分别与数传电台和现场环节装置连接。
2．如权利要求1所述的系统，其特征在于所说的前台机采用工业控制计算机，后台机采用多媒体通用计算机。
3．如权利要求1所述的系统，其特征在于所说的前台机设有16位声卡、光盘驱动器、立体声喇叭、故障状态输出打印机、多屏卡、远程通讯驱动器、显示器和触摸屏；后台机设有16位声卡、光盘驱动器、显示器和图表输出打印机。
4．如权利要求1所述的系统，其特征在于所说的测控中心设有化验中心，它包括主机、16位声卡、光盘驱动器、立体声喇叭、显示器、打印机和远程通讯驱动器，化验中心与前台机连接。
5．如权利要求1所述的系统，其特征在于所说的现场环节装置设有模拟量信号输入装置、开关量信号输入装置、脉冲量信号输入装置、遥控开关量信号输出装置和遥调输出装置。
6．如权利要求1所述的系统，其特征在于所说的水厂和管网测点子系统的终端机设有有线通讯接口和扩展接口，现场环节装置包括模拟量信号输入A/D、开关量信号输入、脉冲量信号输入、遥控开关量信号输出和遥调输出有关的装置。
7．如权利要求2所述的系统，其特征在于所说的前台机配置为具有4个RS-232C串行通讯口的工业控制计算机，扩展2块双屏显示卡，组成4屏显示系统；1块通讯扩展卡，扩展COM3、COM4通信口；1块声霸卡及其配件音箱、麦克风，对操作屏，扩展加装触摸屏单元。
全文摘要
涉及一种采用计算机分布式测控技术的给水测控装置。设测控中心、水厂与管网测点子系统,测控中心设前、后台机和数传电台,双机模式;厂点与管点设终端机、数传电台和现场环节装置。中心与终端借助无线数传信道,终端机完成遥测、遥控、遥信、遥调功能,集测控、无线数字通信及多媒体、多屏不同画面动态显示与触摸屏等先进技术于一体,配置合理、组态灵活、扩展简捷、采测精度高,用于供水、电、热、气及井群测控、环境监测等。
文档编号E03B1/00GK1215115SQ9811898
公开日1999年4月28日 申请日期1998年9月22日 优先权日1998年9月22日
发明者夏冰, 喻弼群, 张朝晖, 陈茂荣 申请人:夏冰, 喻弼群, 张朝晖, 陈茂荣