CN105700439B - 基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法及装置，装置包括MCU、直流电输入接口、电源管理模块、数据分析与预警模块、数据过滤模块、数据存储模块、GSM/GPRS模块、以太网接口、光电隔离模块、485A接口、485B接口和Zigbee模块；信息采集方法包括设备编码、参数配置、现场组网、数据采集、数据过滤、现场数据分析与预警、更新状态数据、状态数据保存、状态数据组帧、状态数据上传等步骤。本发明在不同无负压供水设备之间提供了RS485或Zigbee两种组网通信方式，方便了用户根据现场实际情况进行设备之间的混合组网选择；现场数据上传时引入了逐级树型上传方式，提高了数据上传效率；提供了以太网或GPRS两种远传通信方式，可以灵活进行数据上传，并且提高了数据上传的可靠性。

Description

基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法及装置

技术领域

本发明涉及工业监测技术领域，公开了一种信息采集方法及装置，具体涉及一种基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法及装置。

背景技术

随着信息技术的发展，工业现场的在线监测已成为工业智能化的重要方向，也是智能服务的重要内容。作为二次供水的主要形式，无负压供水系统已成为城市供水管网建设中不可缺少的一部分，而且其工作方式往往是一种无人值守方式。因此，如何提高无负压供水系统的智能化水平，特别是远程监测和智能运维能力是给排水领域亟待解决的问题。通常，一栋大楼中往往有多套无负压供水设备，每套负责不同楼层区域的供水，且每套无负压供水控制系统正常运行需要依赖现场的关键状态数据，例如进水口和出水口压力等，而判断一套无负压供水控制系统是否正常工作更需要反映现场的状态数据和工况数据，例如进水口和出水口压力、变频器的工作频率和功率，各水泵机组的工作状态等。目前虽然有些专利已经公开了用于单套无负压供水设备的信息采集装置，然而，为了更好地提高节能效果和运维水平，同一楼栋的不同无负压供水设备之间往往存在一定的制约关系，需要彼此之间知晓各自的状态，因此，一种能有效实现无负压供水设备相关关键状态和工况数据的现场采集与记录，以及不同无负压供水设备之间的数据交换和远程收集便成了无负压供水领域亟待解决的问题，也是进一步提高无负压供水控制系统智能运维保障能力的基础。

发明内容

针对现有的各类信息采集终端或装置难于满足同一楼栋不同无负压供水设备之间的信息交换和远传的等方面的需求，本发明给出了一种基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法及装置，较好地满足了各类各类无人值守无负压供水控制系统的需求。

为了实现上述目的，本发明具体技术方案如下：一种基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法，包括如下步骤：

1)设备编码，用户通过设备编码程序对每一套无负压供水系统信息采集装置进行唯一的编码；

2)参数配置，用户配置系统参数和运行参数，系统参数包括报警方式、远传通信方式、协议类型、485A和485B接口参数、Zigbee通信参数、组网角色、根节点编号、父节点编号、采集时间间隔ΔAT、上传时间间隔ΔST；运行参数包括分析模型、报警上下限、过滤阈值；

3)现场组网，现场的信息采集装置根据其485B和Zigbee的参数设置，以及根节点编号和父节点编号，以及组网角色进行现场混合组网，其中，组网角色包括主节点、485终端节点、485-Zigbee路由节点、Zigbee-485路由节点、Zigbee终端节点；

4)数据采集，依据系统参数中的采集时间间隔ΔAT通过485A通信接口与现场PLC实现Modbus通信，实现对现场数据的采集，采集数据包括进口水压、出口水压、变频器功率、变频器频率、流量和液位，并通过数据存储模块将采集数据保存在其中的RAM存储单元中；

5)数据过滤，数据过滤模块根据运行参数中设定的过滤阈值对采集数据进行过滤，判断是否为有效采集数据，如果是有效数据转步骤6)，否则剔除本次所有采集数据，转步骤4)；

6)现场数据分析与预警，数据分析预警模块对当前的有效采集数据依据运行参数中配置的分析模型和报警上下限进行分析和预警，同时根据所配置的报警方式进行输出；

7)更新状态数据，用当前有效采集数据取代数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表内容，将分析预警状态保存在数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表中，并将数据存储模块中RAM存储单元当前状态数据表的更新标志设置为1；

8)状态数据保存，当数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表的更新标志为1时，则将数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表内容作为一条采集记录保存到数据存储模块中非易失性存储单元中，并将数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表的更新标志设置为0，同时将数据存储模块中非易失性存储单元中新保存的数据记录的上传标志设置为0；

9)状态数据组帧，根据参数配置中设定的上传间隔ΔST，定期读取数据存储模块中非易失性存储单元中上传标志为0的数据记录，组成相应的数据上传包，数据上传包的格式如下：

{根节点编号，父节点编号，源节点编号，状态数据记录数，状态数据列表，CRC32校验码}；

10)状态数据上传，各信息采集装置将相应的数据上传包通过485B、Zigbee、GPRS或以太网向远程控制系统上传，同时将已经上传的数据记录的上传标志设置为1。

进一步地，上述步骤2)中报警方式包括短信、GPRS或以太网，远传通信方式为GPRS或以太网方式，协议类型为UDP或TCP，485A和485B接口参数包括波特率、停止位、校验位。

进一步地，上述步骤5)中，判断采集数据是否有效的方法是：如果当前采集数据与前一次采集数据差值的绝对值大于过滤阈值时，将当前采集数据标识为有效采集数据，否则标识为无效采集数据；如果进口水压、出口水压、变频器功率、变频器频率、流量、液位六个采集数据中有一个被标识为有效采集数据，则本次的六个采集量都标识为有效采集数据，否则为无效采集数据。

进一步地，本发明还提供了一种基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集装置，包括：MCU、直流电输入接口、电源管理模块、数据分析与预警模块、数据过滤模块、数据存储模块、GSM/GPRS模块、以太网接口、光电隔离模块、485A接口、485B接口和Zigbee模块。其中，MCU为本装置的控制单元，用于协调本装置各模块的工作；直流电输入接口用于接收24V的直流电输入，其输出端与电源管理模块相连；电源管理模块用于将24V的直流电输入转换为本装置各部件所需的各类电源类型；数据存储模块用于存储本装置的相关数据，与MCU双向连接；GSM/GPRS模块用于实现GPRS通信和短信发送，与MCU双向连接；光电隔离模块用于实现MCU与485A接口和485B接口的双向连接；485A接口用于实现MODBUS RTU通信，进而实现与现场PLC的通信；485B接口用于数据上传，以有线连接方式实现与其他无负压供水设备之间的通信；Zigbee模块用于以无线连接方式实现与其他无负压供水设备之间的通信，与MCU双向连接；以太网接口用于实现TCP/IP通信，与MCU双向连接；数据分析与预警模块用于实现实时采集数据的分析预警，与MCU双向连接；数据过滤模块用于实现对实时采集数据的分析过滤，并去除噪声数据和冗余数据,与MCU双向连接。

本发明的有益效果在于：(1)在不同无负压供水设备之间提供了RS485或Zigbee两种组网通信方式，方便了用户根据现场实际情况进行设备之间的混合组网选择；(2)现场数据上传时引入了逐级树型上传方式，提高了数据上传效率；(3)提供了以太网或GPRS两种远传通信方式，可以灵活进行数据上传，并且提高了数据上传的可靠性。

附图说明

图1是一种基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集装置结构示意图；

图2是一种基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法流程示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步描述。

本发明提出的一种基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集装置结构示意图如图1所示，由MCU、直流电输入接口、电源管理模块、数据分析与预警模块、数据过滤模块、数据存储模块、GSM/GPRS模块、以太网接口、光电隔离模块、485A接口、485B接口和Zigbee模块组成。其中，MCU为本装置的控制单元，用于协调本装置各模块的工作，本实施例中优选STM32F107来实现；直流电输入接口用于接收24V的直流电输入，其输出端与电源管理模块相连；电源管理模块用于将24V的直流电输入转换为本装置各部件所需的各类电源类型；数据存储模块用于存储本装置的相关数据，与MCU双向连接；GSM/GPRS模块用于实现GPRS通信和短信发送，与MCU双向连接，本实施例中优选SIM1000A模块；光电隔离模块用于实现MCU与485A接口和485B接口的双向连接；485A接口用于实现MODBUS RTU通信，进而实现与现场PLC的通信；485B接口用于数据上传，以有线连接方式实现与其他无负压供水设备之间的通信；Zigbee模块用于以无线连接方式实现与其他无负压供水设备之间的通信，与MCU双向连接，本实施例中优选CC2530模块；以太网接口用于实现TCP/IP通信，与MCU双向连接；数据分析与预警模块用于实现实时采集数据的分析预警，与MCU双向连接，本实施例中优选STM32F103来实现；数据过滤模块用于实现对实时采集数据的分析过滤，并去除噪声数据和冗余数据,与MCU双向连接，本实施例中优选STM32F103来实现。

本发明在如图1所示装置的基础上，给出了一种无负压供水系统信息采集方法，方法示意图如图2所示，包括以下步骤：

1)设备编码，如图2步骤(a)所示，用户通过设备编码程序对每一套无负压供水系统信息采集装置进行唯一的编码，一般编码长度可以设置为5字节的BCD编码；

2)参数配置，如图2步骤(b)所示，用户配置系统参数和运行参数，系统参数包括报警方式、远传通信方式、协议类型、485A和485B接口参数、Zigbee通信参数、组网角色、根节点编号、父节点编号、采集时间间隔ΔAT、上传时间间隔ΔST；其中报警方式包括短信、GPRS或以太网；远传通信方式为GPRS或以太网方式；协议类型为UDP或TCP；485A和485B接口参数主要包括波特率、停止位、校验位；运行参数包括分析模型，报警上下限、过滤阈值；

3)现场组网，如图2步骤(c)所示，现场的信息采集装置根据其485B和Zigbee的参数设置，以及跟节点编号和父节点编号，以及组网角色可以进行现场混合组网。通常，现场进行混合组网时，根据信息采集装置的组网角色每个信息采集装置在混合网络中承担不同任务，所述组网角色主要包括主节点、485终端节点、485-Zigbee路由节点、Zigbee-485路由节点、Zigbee终端节点，其中主节点要么通过485总线与485-Zigbee路由节点和485终端节点组成485总线网络，要么通过Zigbee无线与Zigbee-485路由节点和Zigbee终端节点组成Zigbee网络；所述485-Zigbee路由节点可以进一步通过Zigbee无线与其他Zigbee-485路由节点和Zigbee终端节点组成Zigbee网络；所述485-Zigbee路由节点可以通过485总线与485-Zigbee路由节点和485终端节点组成485总线网络。即整个现场网络可以有多级的485总线和Zigbee无线网络构成。

4)数据采集，如图2步骤(d)所示，依据系统参数中的采集时间间隔ΔAT通过485A通信接口与现场PLC实现Modbus通信，实现对现场数据的采集，采集数据包括进口水压、出口水压、变频器功率、变频器频率、流量和液位，并通过数据存储模块将采集数据保存在其中的RAM存储单元中；

5)数据过滤，如图2步骤(e)所示，数据过滤模块根据运行参数中设定的过滤阈值对采集数据进行过滤，判断是否为有效采集数据，如果是有效数据转步骤6)，否则剔除本次所有采集数据，转步骤4)；其中判断采集数据是否有效的方法是：当前采集数据与前一次采集数据差值的绝对值大于过滤阈值时，将当前采集数据标识为有效采集数据，否则标识为无效采集数据；如果进口水压、出口水压、变频器功率、变频器频率、流量、液位六个采集数据中有一个被标识为有效采集数据，则本次的六个采集量都标识为有效采集数据，否则为无效采集数据；

6)现场数据分析与预警，如图2步骤(f)所示，数据分析预警模块对当前的有效采集数据依据运行参数中配置的分析模型和报警上下限进行分析和预警，同时根据所配置的报警方式进行输出；

7)更新状态数据，如图2步骤(g)所示，用当前有效采集数据取代数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表内容，将分析预警状态保存在数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表中，并将数据存储模块中RAM存储单元当前状态数据表的更新标志设置为1；

8)状态数据保存，如图2步骤(h)所示，当数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表的更新标志为1时，则将数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表内容作为一条采集记录保存到数据存储模块中非易失性存储单元中，并将数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表的更新标志设置为0，同时将数据存储模块中非易失性存储单元中新保存的数据记录的上传标志设置为0，即没有进行上传；

9)状态数据组帧，如图2步骤(i)所示，根据参数配置中设定的上传间隔ΔST，定期读取数据存储模块中非易失性存储单元中上传标志为0的数据记录，组成相应的数据上传包，数据上传包的格式如下：

{根节点编号，父节点编号，源节点编号，状态数据记录数，状态数据列表，CRC32校验码}

10)状态数据上传，如图2步骤(j)所示，各信息采集装置将相应的数据上传包通过485、Zigbee、GPRS或以太网向远程控制系统上传，同时将已经上传的数据记录的上传标志设置为1；其中组网角色为485终端节点的信息采集装置将数据包发往485总线；组网角色为Zigbee终端节点的信息采集装置将数据包发往Zigbee无线网络；组网角色为Zigbee-485路由节点的信息采集装置一方面将其本身的数据上传包发往Zigbee无线网络，同时将其由485总线所接受的所有数据上传包发往Zigbee无线网络，并且该信息采集装置只接受数据上传包中“父节点编号”与其自身编号一致的数据上传包，并且在转发由其下一级网络发送上来的数据上传包时，将其中的“父节点编号”改为其自身的父节点；组网角色为485-Zigbee路由节点的信息采集装置一方面将其本身的数据上传包发往485总线，同时将其由Zigbee网络所接受的所有数据上传包发往485总线，并且该信息采集装置只接受数据上传包中“父节点编号”与其自身编号一致的数据上传包，并且在转发由其下一级网络发送上来的数据上传包时，将其中的“父节点编号”改为其自身的父节点；组网角色为主节点的信息采集装置则一方面将其本身的数据上传包通过GPRS或以太网发往远程控制系统，同时将其由Zigbee网络或485总线所接受的所有数据上传包通过GPRS或以太网发往远程控制系统，主节点在上传数据上传包时，数据帧中的“根节点编号”和“父节点编号”都设置为0，主节点在上传数据上传包时将根据远传通信方式选择GPRS或以太网方式上传，同时根据协议类型参数选择为UDP或TCP进行与远程控制系统的通信。

Claims (4)

1.一种基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法，其特征在于包括如下步骤：

1)设备编码，用户通过设备编码程序对每一套无负压供水系统信息采集装置进行唯一的编码；

2)参数配置，用户配置系统参数和运行参数，系统参数包括报警方式、远传通信方式、协议类型、485A和485B接口参数、Zigbee通信参数、组网角色、根节点编号、父节点编号、采集时间间隔ΔAT、上传时间间隔ΔST；运行参数包括分析模型、报警上下限、过滤阈值；

3)现场组网，现场的信息采集装置根据其485B和Zigbee的参数设置，以及根节点编号和父节点编号，以及组网角色进行现场混合组网，其中，组网角色包括主节点、485终端节点、485-Zigbee路由节点、Zigbee-485路由节点、Zigbee终端节点；

4)数据采集，依据系统参数中的采集时间间隔ΔAT通过485A通信接口与现场PLC实现Modbus通信，实现对现场数据的采集，采集数据包括进口水压、出口水压、变频器功率、变频器频率、流量和液位，并通过数据存储模块将采集数据保存在其中的RAM存储单元中；

5)数据过滤，数据过滤模块根据运行参数中设定的过滤阈值对采集数据进行过滤，判断是否为有效采集数据，如果是有效数据转步骤6)，否则剔除本次所有采集数据，转步骤4)；

6)现场数据分析与预警，数据分析预警模块对当前的有效采集数据依据运行参数中配置的分析模型和报警上下限进行分析和预警，同时根据所配置的报警方式进行输出；

7)更新状态数据，用当前有效采集数据取代数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表内容，将分析预警状态保存在数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表中，并将数据存储模块中RAM存储单元当前状态数据表的更新标志设置为1；

8)状态数据保存，当数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表的更新标志为1时，则将数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表内容作为一条采集记录保存到数据存储模块中非易失性存储单元中，并将数据存储模块中RAM存储单元的当前状态数据表的更新标志设置为0，同时将数据存储模块中非易失性存储单元中新保存的数据记录的上传标志设置为0；

9)状态数据组帧，根据参数配置中设定的上传间隔ΔST，定期读取数据存储模块中非易失性存储单元中上传标志为0的数据记录，组成相应的数据上传包，数据上传包的格式如下：

{根节点编号，父节点编号，源节点编号，状态数据记录数，状态数据列表，CRC32校验码}；

10)状态数据上传，各信息采集装置将相应的数据上传包通过485B、Zigbee、GPRS或以太网向远程控制系统上传，同时将已经上传的数据记录的上传标志设置为1；其中组网角色为485终端节点的信息采集装置将数据包发往485总线；组网角色为Zigbee终端节点的信息采集装置将数据包发往Zigbee无线网络；组网角色为Zigbee-485路由节点的信息采集装置一方面将其本身的数据上传包发往Zigbee无线网络，同时将其由485总线所接受的所有数据上传包发往Zigbee无线网络，并且该信息采集装置只接受数据上传包中“父节点编号”与其自身编号一致的数据上传包，并且在转发由其下一级网络发送上来的数据上传包时，将其中的“父节点编号”改为其自身的父节点；组网角色为485-Zigbee路由节点的信息采集装置一方面将其本身的数据上传包发往485总线，同时将其由Zigbee网络所接受的所有数据上传包发往485总线，并且该信息采集装置只接受数据上传包中“父节点编号”与其自身编号一致的数据上传包，并且在转发由其下一级网络发送上来的数据上传包时，将其中的“父节点编号”改为其自身的父节点；组网角色为主节点的信息采集装置则一方面将其本身的数据上传包通过GPRS或以太网发往远程控制系统，同时将其由Zigbee网络或485总线所接受的所有数据上传包通过GPRS或以太网发往远程控制系统，主节点在上传数据上传包时，数据帧中的“根节点编号”和“父节点编号”都设置为0，主节点在上传数据上传包时将根据远传通信方式选择GPRS或以太网方式上传，同时根据协议类型参数选择为UDP或TCP进行与远程控制系统的通信。

2.如权利要求1所述的基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法，其特征在于所述步骤2)中，报警方式包括短信、GPRS或以太网，远传通信方式为GPRS或以太网方式，协议类型为UDP或TCP，485A和485B接口参数包括波特率、停止位、校验位。

3.如权利要求1所述的基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法，其特征在于所述步骤5)中，判断采集数据是否有效的方法是：如果当前采集数据与前一次采集数据差值的绝对值大于过滤阈值时，将当前采集数据标识为有效采集数据，否则标识为无效采集数据；如果进口水压、出口水压、变频器功率、变频器频率、流量、液位六个采集数据中有一个被标识为有效采集数据，则本次的六个采集量都标识为有效采集数据，否则为无效采集数据。

4.如权利要求1所述的基于混合组网方式的无负压供水系统信息采集方法，其特征在于所述方法基于以下装置实现：包括MCU、直流电输入接口、电源管理模块、数据分析与预警模块、数据过滤模块、数据存储模块、GSM/GPRS模块、以太网接口、光电隔离模块、485A接口、485B接口和Zigbee模块；其中，所述MCU为本装置的控制单元，用于协调本装置各模块的工作；所述直流电输入接口用于接收24V的直流电输入，其输出端与电源管理模块相连；所述电源管理模块用于将24V的直流电输入转换为本装置各部件所需的各类电源类型；所述数据存储模块用于存储本装置的相关数据，与MCU双向连接；所述GSM/GPRS模块用于实现GPRS通信和短信发送，与MCU双向连接；所述光电隔离模块用于实现MCU与485A接口和485B接口的双向连接；所述485A接口用于实现MODBUS RTU通信，进而实现与现场PLC的通信；所述485B接口用于数据上传，以有线连接方式实现与其他无负压供水设备之间的通信；所述Zigbee模块用于以无线连接方式实现与其他无负压供水设备之间的通信，与MCU双向连接；所述以太网接口用于实现TCP/IP通信，与MCU双向连接；所述数据分析与预警模块用于实现实时采集数据的分析预警，与MCU双向连接；所述数据过滤模块用于实现对实时采集数据的分析过滤，并去除噪声数据和冗余数据,与MCU双向连接。