基于组态王的矿区供水远程监控系统

田振东

（晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西 晋城 048006）

矿区供水系统承担着整个矿区居民的日常生活用水和煤矿的正常生产用水的供水任务，由于矿区水源井数量多、分布区域广、距离远，大部分依靠人工到现场巡检、操控，少部分虽然投入自控系统，但其与供水公司仍然采用传统的拨号联系方式，使得有些水源井经常会处于无人监管的状态，管理人员无法实时获得设备运行工况和故障预警信息，一旦出现故障也无法及时发现并修复，从而造成整个供水系统的瘫痪，严重影响矿区的正常生产和居民的正常生活。因此，本文设计了基于组态王的矿区供水远程监控系统，采用国内流行的Kingview组态软件技术，构建供水系统集中监控、统一调度的综合管理信息平台。整个监控系统采用分布式、模块化、平台化、层次化和网络化结构，既易于实现又便于维护，保证了供水系统的安全稳定运行。

1 供水监控系统结构

系统采用分级的层次化结构形式，从下到上依次为现场采集层、现场监控层、无线传输层、厂级监控层、公司监控调度层和远程访问监控层等，如图1所示。

监控系统主要由各种传感器、PLC及其扩展模块、触摸屏显示器、数传电台、监控计算机、WEB服务器、数据服务器等组成，既可实现就地监控又可实现远程监控，具有手动和自动两种操作方式，且手动操作优先于自动操作。系统可通过为PLC编写的软件按照水源井分站运行的工况对系统进行自动调节和控制，同时对供水系统的管网压力和流量、水泵的电压和电流及开停状态、水源井的水位高低等参数进行实时就地和远程监测及数据存储处理，并可实现就地和远程实时报警，大大提高了供水系统运行的可靠性和安全性。

2 监控系统的人机交互设计

组态软件是自动控制系统的人机交互软件平台和开发环境，是数据采集与过程控制的专用软件，支持各种工控设备和常用的通信协议，通过灵活的组态方式，可提供具有分布式数据管理和网络功能的可视化平台，具有实时、安全、可靠和易于维护等特点。可视化程序的整体构架从下到上可分为仪器设备层和数据层、业务逻辑层以及界面表示层，如图2所示。

图1 监控系统层次化结构图

系统现场人机交互采用昆仑通态的MCGS触摸屏显示器，该触摸屏工作可靠、性能稳定，能够适应现场恶劣的工作环境，可用MCGS嵌入版7.2组态软件开发简易的人机界面，用户只需通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，实现现场所需的简单的人机交互。现场触摸屏可实时显示水泵运行状态和各种检测参数的变化，可输入或修改报警参数，并进行超限报警，通过触摸手动启动或停止水泵运行等，完全能够满足现场就地监控的需要。厂级监控主站触摸屏则可通过选择分站显示所有分站的监控画面，实现集中监控。

图2 可视化界面整体构架

供水公司调度室的监控人机交互由装有组态软件的监控计算机实现，系统采用北京亚控科技发展有限公司开发的全中文界面的组态王6.53网络版组态软件，可在Microsoft Windows 2000、XP操作系统下运行，内置编程语言、高速历史数据库、WEB浏览功能，支持网络功能，可选用通讯驱动程序。组态王包含4个主要程序：①组态王工程管理程序：用于创建工程、管理工程；②组态王工程浏览器：用于对图形画面、命令语言、设备驱动程序、配方、报警、网络等工程元素进行集中管理，内嵌组态王画面开发系统（TouchExplorer），在其中可以使用面向对象的图形来创建画面，并通过建立数据词典、动画链接和编写脚本等方式使之成为可与工业I/O系统及其他Microsoft Windows应用程序相链接的富于动感的触控式显示窗口；③组态王运行系统（TouchVeiw）：是组态王的运行环境，用于运行在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序；④组态王信息窗口：是一个独立的Windows应用程序，用来记录、显示组态王开发和运行系统在运行状态时的信息。

本系统中组态王与S7-200PLC之间通过以太网的TCP/IP协议进行通讯，通讯之前应确保计算机中安装有以太网卡，并与PLC连接到同一网络中，同时在工程浏览器中定义组态王设备时应选择［PLC］－［西门子］－［S7-200系列］－ ［TCP］，并指定PLC设备地址。设备选择完成后，还要在数据词典中定义I/O型变量与所定义的设备地址相连，这样才能实现组态王与PLC设备之间的交互。

在组态王开发系统中设计的供水系统可视化界面主要包括安全登录界面、实时监控界面和查询界面等，界面之间可进行一键切换。组态王界面结构如图3所示。

安全操作是供水系统不容忽视的首要问题，系统必须能够依据用户的使用权限允许或禁止其对系统进行操作。组态王提供了一个强有力的先进的基于用户的安全管理系统，通过对工程进行加密、对画面上的图形对象设置访问权限，同时给操作者分配访问优先级和安全区来保障系统的安全运行。系统安全操作流程如图4所示。

图3 组态王界面结构

图4 系统安全操作流程图

在组态王运行期间，公司调度员在监控计算机上输入正确的用户名和密码即可对水源井现场分站进行集中监控、统一调度。本系统还采用中规模的SQL Server数据库对现场采集的各种参数、报警信息、登录及操作信息进行记录，并可备份存储5年以上的历史数据。系统还利用组态王6.53的WEB发布功能通过WEB服务器进行了画面发布和数据发布，从而实现了供水系统的网络远程监控。具有一定权限的远程客户如公司决策人员可通过Microsoft Internet Explore浏览器进行远程监控和数据查询，并根据数据趋势变化来统一制定供水调控和保护方案。

3 结语

本文设计的矿区供水远程监控系统集传感器检测技术、PLC控制技术、无线通信技术、计算机软件技术和网络技术于一身，利用可视化的组态王人机界面作为人机交互平台，具有手动、自动操作功能，就地、远程监控和报警保护功能，可实现现场无人值守，节约了人力，减轻了工人的劳动强度，还具有趋势显示、历史查询、故障预警、报表打印、WEB发布等功能，为供水公司统一调控和维修维护提供决策依据，为合理利用水资源、确保供水系统的安全、高效运行起到了重要的保障作用。

［1］王亭顺.水源井群无线集中监控系统在矿山的应用研究［J］.水力采煤与管道运输，2012（3）：19-21.

［2］张海峰，王欢，余辉，等.水源井智能保护及远程控制系统在油田数字化管理中的应用［J］.合肥学院学报，2012，22（2）：43-45.

［3］阎欣.组态王和PLC实现远程监控系统［J］.东北电力技术，2007（3）：19-22.