本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)采集、供水監(jiān)測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種基于plc和.net的水庫(kù)供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水庫(kù)是整個(gè)水利系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)工程，擔(dān)負(fù)著水利發(fā)電、調(diào)洪蓄水、防洪抗旱以及向工業(yè)生產(chǎn)、城市生活、農(nóng)業(yè)灌溉提供用水的重任。國(guó)內(nèi)許多水庫(kù)始建于早期年代，自動(dòng)化、信息化程度偏低，部分設(shè)備年久失修，又經(jīng)過(guò)多期建設(shè)和改造，導(dǎo)致水庫(kù)整體運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范發(fā)生變化，存在極大的安全隱患。實(shí)際水庫(kù)運(yùn)行中，也已經(jīng)發(fā)生了由于水擊壓力過(guò)大導(dǎo)致閘閥爆裂的事故，對(duì)供水安全造成了不小的影響。因此需要建立完備的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)視水庫(kù)供水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警，保證水庫(kù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，對(duì)于水庫(kù)的監(jiān)測(cè)多注重于入庫(kù)出庫(kù)流量、水質(zhì)、庫(kù)容等方面，也存在相關(guān)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但此類(lèi)系統(tǒng)往往忽略了水庫(kù)供水管線壓力及流量信息的監(jiān)測(cè)。然而，對(duì)于本身存在一定安全隱患的早期水庫(kù)供水管線來(lái)說(shuō)，這些信息的監(jiān)測(cè)是極其重要的，直接關(guān)系到水庫(kù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

同時(shí)，目前多數(shù)的水庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)測(cè)界面均基于組態(tài)軟件搭建。雖然現(xiàn)在市場(chǎng)上的組態(tài)軟件種類(lèi)多樣，開(kāi)發(fā)難度較小、周期較短，但是其也存在諸多問(wèn)題，主要包括：各個(gè)公司推出的組態(tài)軟件都有較大差異，彼此之間以及和各類(lèi)下位機(jī)設(shè)備之間的兼容性差；而且軟件內(nèi)各類(lèi)資源都十分有限，有時(shí)很難根據(jù)用戶的實(shí)際需求及特定的應(yīng)用場(chǎng)合定制不同的顯示形式和使用方法；另外在web發(fā)布及數(shù)據(jù)庫(kù)管理、維護(hù)等方面也存在一定的局限性。使用.net環(huán)境下的wpf用戶界面框架開(kāi)發(fā)上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，則可以彌補(bǔ)以上的不足。wpf屬于.netframework3.0的一部分，它提供了統(tǒng)一的編程模型、語(yǔ)言和框架，真正做到了分離界面設(shè)計(jì)人員與開(kāi)發(fā)人員的工作，界面設(shè)計(jì)使用xaml語(yǔ)言，后臺(tái)邏輯開(kāi)發(fā)使用c#語(yǔ)言；同時(shí)提供了全新的多媒體交互用戶圖形界面，具有靈活的前臺(tái)界面與后臺(tái)邏輯的數(shù)據(jù)交互，并且可以展示更加精美的前臺(tái)多媒體動(dòng)畫(huà)；在web發(fā)布及數(shù)據(jù)庫(kù)管理方面也便捷可靠。

綜上所述，針對(duì)國(guó)內(nèi)經(jīng)歷多期建設(shè)的早期水庫(kù)存在的安全隱患，以及現(xiàn)有水庫(kù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足，需要結(jié)合早期水庫(kù)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)并搭建完備的水庫(kù)供水管線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)視水庫(kù)的運(yùn)行情況，以保證水庫(kù)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)水庫(kù)由于多期建設(shè)、部分設(shè)備年久失修而存在的安全隱患，以及現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的不足，提出一種基于plc和.net的水庫(kù)供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)安裝壓力傳感器和流量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供水管線的壓力及流量數(shù)據(jù)；通過(guò)plc采集傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，并保存在共享數(shù)據(jù)塊的相應(yīng)字段中；通過(guò)建立上位機(jī)與plc之間的數(shù)據(jù)通信，在上位機(jī)中實(shí)時(shí)讀取plc中保存的壓力及流量傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，配置或讀取plc與各傳感器的通信參數(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)視plc及各傳感器的運(yùn)行狀態(tài)；通過(guò)在.net平臺(tái)搭建供水系統(tǒng)全線運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視模塊和報(bào)警控制模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)視水庫(kù)供水系統(tǒng)管線的整體運(yùn)行情況及瞬時(shí)壓力、流量數(shù)值，通過(guò)配置各傳感器數(shù)值報(bào)警上下限及變化率報(bào)警上下限，用于對(duì)異常情況進(jìn)行報(bào)警，預(yù)留應(yīng)對(duì)時(shí)間，避免嚴(yán)重事故的發(fā)生。

為達(dá)到上述目的，該發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于plc和.net的水庫(kù)供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要包括.net上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、plc控制柜、管線信息測(cè)量系統(tǒng)。所述的管線信息測(cè)量系統(tǒng)用于測(cè)量管線的壓力及流量信息，并將所測(cè)數(shù)據(jù)傳回plc控制柜；所述的plc控制柜用于采集管線信息測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)供上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)讀取使用，實(shí)時(shí)展示plc及各傳感器設(shè)備的工作狀態(tài)，并可以對(duì)部分傳感器進(jìn)行參數(shù)配置。所述的.net上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水庫(kù)供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及各管線的壓力、流量數(shù)據(jù)及變化趨勢(shì)，對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警；所述的.net上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用.net環(huán)境下的wpf框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

所述的管線信息測(cè)量系統(tǒng)包括管線壓力測(cè)量系統(tǒng)、管道流量測(cè)量系統(tǒng)、明渠流量測(cè)量系統(tǒng)。

所述的管線壓力測(cè)量系統(tǒng)包括壓力變送器和通信線纜，用于實(shí)時(shí)測(cè)量管線的瞬時(shí)壓力數(shù)值，并以4～20ma模擬量信號(hào)的形式傳回所測(cè)數(shù)據(jù)；所述的壓力變送器分別安裝在管線的垂直支管上，用來(lái)測(cè)量管線的瞬時(shí)壓力數(shù)值，并將瞬時(shí)壓力數(shù)值轉(zhuǎn)換為模擬量信號(hào)；所述的通信線纜通過(guò)線纜槽與與plc控制柜中的模擬量輸入模塊連接。

所述的管道流量測(cè)量系統(tǒng)包括一對(duì)超聲波探頭、主機(jī)和通信線纜。所述的超聲波探頭安裝在管線外壁上；所述的主機(jī)用于接收超聲波探頭測(cè)得的信號(hào)，計(jì)算管線內(nèi)的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，通過(guò)lcd顯示屏和按鈕現(xiàn)地觀察測(cè)量數(shù)值以及對(duì)測(cè)量參數(shù)和通訊參數(shù)進(jìn)行配置；所述的通信線纜選擇2*1.0的屏蔽信號(hào)線，用于傳輸4～20ma的模擬量信號(hào)，通過(guò)線纜槽與plc控制柜的模擬量輸入模塊相連接。

所述的明渠流量測(cè)量系統(tǒng)包括超聲波多普勒探頭、主機(jī)、支撐鋼架、白鋼防護(hù)罩、白鋼防雨主機(jī)柜和通信線纜。所述的超聲波多普勒探頭通過(guò)多普勒原理進(jìn)行流量測(cè)量，并將測(cè)量信息通過(guò)線纜傳回主機(jī)；所述主機(jī)用于接收超聲波多普勒探頭返回的測(cè)量信號(hào)，計(jì)算明渠渠道內(nèi)的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量，通過(guò)lcd顯示屏和按鈕現(xiàn)地觀察測(cè)量數(shù)值以及對(duì)測(cè)量參數(shù)和通信參數(shù)進(jìn)行配置；所述支撐鋼架用于將超聲波多普勒探頭固定在渠道底部位置，保證探頭及信號(hào)線的穩(wěn)固；所述白鋼防護(hù)罩用于在支撐鋼架外側(cè)形成一道防護(hù)設(shè)施，通過(guò)添加防護(hù)鎖，防止不相關(guān)人員利用支撐鋼架所開(kāi)空洞進(jìn)行不正當(dāng)行為，也便于明渠設(shè)備管理維護(hù)；所述白鋼防雨主機(jī)柜用于放置主機(jī)，內(nèi)部配置交流220v轉(zhuǎn)直流12v的變壓模塊，用于給主機(jī)供電，柜體使用白鋼材質(zhì)，并刷防雨漆，保證明渠流量傳感器主機(jī)的安全可靠運(yùn)行；所述的通信線纜選擇2*1.5的屏蔽信號(hào)線，與plc控制柜中的串口通信模塊連接，進(jìn)行基于modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)通信。

所述的plc控制柜包括plc模塊、輸入輸出信號(hào)接線端子和觸摸屏hmi。所述的plc模塊包括電源模塊、cpu模塊、模擬量輸入模塊、串口通信模塊。

所述的電源模塊用于為plc其他模塊提供24vdc電源；；所述的模擬量輸入模塊用于采集管線壓力測(cè)量系統(tǒng)、管道流量測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，其中4路(4臺(tái)管道壓力傳感器)為兩線制儀表信號(hào)采集方式，在采集模擬量信號(hào)的同時(shí)為儀表提供24vdc供電，其余4路為四線制儀表信號(hào)采集方式，所有負(fù)端與模塊地進(jìn)行連接；所述的串口通信模塊用于對(duì)明渠流量測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和相關(guān)參數(shù)寫(xiě)入，串口通信模塊作為modbusmaster用于對(duì)2臺(tái)modbusslave進(jìn)行modbusrtu多站點(diǎn)輪詢，調(diào)用發(fā)送查詢命令功能與接收返回?cái)?shù)據(jù)功能，用于對(duì)兩臺(tái)明渠流量設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和相關(guān)參數(shù)寫(xiě)入；所述的模擬量輸入模塊和串口通信模塊采集的數(shù)據(jù)，傳輸給cpu模塊，cpu模塊通過(guò)以太網(wǎng)接口和網(wǎng)線與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，用于上傳采集到的傳感器數(shù)據(jù)。

所述觸摸屏hmi模塊用于展示plc工作狀態(tài)、各傳感器工作狀態(tài)以及plc與各傳感器間的通信狀態(tài)，展示傳感器測(cè)量真值(未經(jīng)過(guò)上位機(jī)清洗、轉(zhuǎn)換的數(shù)值)，進(jìn)行plc采集傳感器數(shù)值的參數(shù)配置，展示系統(tǒng)的整體流程圖。

所述的.net上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括供水系統(tǒng)全線運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視模塊、報(bào)警控制模塊、數(shù)據(jù)采集及分析處理模塊。所述的報(bào)警控制模塊用于對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警，保證水庫(kù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；所述的數(shù)據(jù)采集及分析處理用于讀取plc模塊中的數(shù)據(jù)，并對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，分析處理的結(jié)果通過(guò)全線運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視模塊顯示。

所述的供水系統(tǒng)全線運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視模塊包括模擬供水系統(tǒng)狀態(tài)展示界面、傳感器基本信息展示界面、傳感器數(shù)值修正界面。

所述的供水系統(tǒng)狀態(tài)展示界面根據(jù)水庫(kù)實(shí)際的管線走向、閘閥位置以及傳感器安裝位置進(jìn)行搭建的，通過(guò)繪制管道圖形以及添加閘閥及傳感器圖素搭建起模擬水庫(kù)供水系統(tǒng)，展示水庫(kù)供水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；進(jìn)一步的，通過(guò)文字標(biāo)簽標(biāo)示各閘閥名稱，通過(guò)紅色閘閥圖素標(biāo)示打開(kāi)狀態(tài)，綠色閘閥圖素標(biāo)示關(guān)閉狀態(tài)；進(jìn)一步的，在繪制的管道圖形中添加滑塊，通過(guò)添加對(duì)應(yīng)于不同水流狀態(tài)的storyboard(故事板)動(dòng)畫(huà)，來(lái)展示不同工況下各管道中的水流狀態(tài)，所述的水流狀態(tài)包括流水、充水、放水、靜態(tài)滿水、靜態(tài)有水、空六種狀態(tài)，分別由管道圖形中的藍(lán)色滑塊滑動(dòng)、淺綠色滑塊閃動(dòng)、淺紅色滑塊閃動(dòng)、藍(lán)色滑塊靜止、淺綠色滑塊靜止、無(wú)滑塊六種動(dòng)畫(huà)來(lái)展示；進(jìn)一步的，通過(guò)遞歸邏輯判斷，在發(fā)生打開(kāi)或關(guān)閉閘閥操作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)際情況展示相應(yīng)的水流動(dòng)畫(huà)；進(jìn)一步的，通過(guò)添加數(shù)值標(biāo)簽，將文本屬性與后臺(tái)采集到的傳感器數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)綁定，用于實(shí)時(shí)更新顯示各傳感器的測(cè)量數(shù)值。

所述的傳感器基本信息展示界面用于展示各傳感器的數(shù)值狀態(tài)、工作狀態(tài)、瞬時(shí)數(shù)值、數(shù)值變化趨勢(shì)曲線。具體地，通過(guò)兩個(gè)指示燈指示數(shù)值是否正常、工作狀態(tài)是否正常；通過(guò)文本標(biāo)簽展示傳感器的當(dāng)前數(shù)值以及數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型；通過(guò)趨勢(shì)曲線控件展示傳感器測(cè)量數(shù)值的變化趨勢(shì)；通過(guò)按鈕控制當(dāng)前傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯⒂煤徒?；通過(guò)按鈕配置或禁用傳感器的數(shù)值修正。

所述的傳感器數(shù)值修正界面用于對(duì)傳感器測(cè)量數(shù)值進(jìn)行線性修正，應(yīng)對(duì)傳感器由于零點(diǎn)飄移、工作環(huán)境變化等原因產(chǎn)生的偏移量誤差。具體地，通過(guò)文本標(biāo)簽指示當(dāng)前進(jìn)行數(shù)值修正的傳感器編號(hào)；通過(guò)文本標(biāo)簽顯示修正前后的數(shù)值，同時(shí)通過(guò)文本輸入框輸入數(shù)值修正的兩個(gè)參數(shù)；通過(guò)按鈕可以將數(shù)值修正應(yīng)用到系統(tǒng)中；應(yīng)用修正后，通過(guò)趨勢(shì)曲線控件實(shí)時(shí)觀察數(shù)值修正前后的數(shù)值變化趨勢(shì)。

所述的報(bào)警控制模塊用于對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警，保證水庫(kù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為異常情況發(fā)生時(shí)預(yù)留更多的應(yīng)對(duì)時(shí)間。通過(guò)收集水庫(kù)各供水管線基本信息，建立水力學(xué)過(guò)渡模型，計(jì)算各管線在各種工況下的正常壓力及流量范圍，以及處于過(guò)渡過(guò)程各壓力、流量傳感器的變化率范圍，將以上范圍設(shè)置為報(bào)警的上下限值以及變化率報(bào)警限值，應(yīng)對(duì)突發(fā)性事故的發(fā)生。配置相關(guān)報(bào)警參數(shù)后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)對(duì)采集上來(lái)的各傳感器數(shù)值隊(duì)列進(jìn)行判斷和分析，如果超出正常范圍，則會(huì)觸發(fā)語(yǔ)音報(bào)警，并彈出報(bào)警窗口顯示相關(guān)警報(bào)信息，保證水庫(kù)監(jiān)管人員及時(shí)處理異常。

所述的數(shù)據(jù)采集及分析處理模塊用于讀取plc數(shù)據(jù)塊及寄存器中的傳感器數(shù)值并對(duì)讀取的數(shù)值隊(duì)列進(jìn)行分析處理。包括plc數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置界面。所述的數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置界面用于配置plc數(shù)據(jù)讀取的參數(shù)，plc數(shù)據(jù)讀取讀取plc模塊中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析處理對(duì)讀取的參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和趨勢(shì)分析，對(duì)趨勢(shì)進(jìn)行判斷得出供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，得到的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)模擬供水系統(tǒng)狀態(tài)展示界面進(jìn)行展示。

所述的plc數(shù)據(jù)讀取是在.net中引用plc廠家提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，使用其中相應(yīng)的數(shù)據(jù)通信函數(shù)建立上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與plc之間的數(shù)據(jù)通信。

所述的數(shù)據(jù)分析處理是在讀取一條數(shù)據(jù)后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行限幅濾波、線性回歸等分析處理，經(jīng)過(guò)數(shù)值分析可以確定水庫(kù)工況，進(jìn)而確定相關(guān)閘閥的開(kāi)閉狀態(tài)，如有開(kāi)閉狀態(tài)變化則在前臺(tái)進(jìn)行動(dòng)畫(huà)展示，確定工況后，按照設(shè)定的時(shí)間間隔，將處理后的數(shù)據(jù)用于顯示和存儲(chǔ)。

所述的數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置界面用于對(duì)各傳感器數(shù)據(jù)采集的參數(shù)進(jìn)行配置。具體地，通過(guò)下拉列表框可以選擇要進(jìn)行參數(shù)查看或配置的傳感器；選擇傳感器后，通過(guò)下拉列表框可以對(duì)采集頻率、存儲(chǔ)頻率、數(shù)值隊(duì)列長(zhǎng)度、限幅上限、限幅下限、波動(dòng)上限進(jìn)行查看或設(shè)置；通過(guò)按鈕可以將修改應(yīng)用到系統(tǒng)中，應(yīng)用后，系統(tǒng)會(huì)在下一個(gè)采集周期按新參數(shù)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集操作。

本發(fā)明針對(duì)國(guó)內(nèi)部分水庫(kù)由于多期建設(shè)改造、部分設(shè)備年久失修而存在的安全隱患，以及現(xiàn)有水庫(kù)供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的不足，提出一種基于plc和.net的水庫(kù)供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)管線信息測(cè)量系統(tǒng)、plc控制柜、.net上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)視水庫(kù)各供水管線的壓力及流量信息，進(jìn)而反映水庫(kù)供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，有助于提高水庫(kù)管理人員對(duì)水庫(kù)供水系統(tǒng)的監(jiān)管力度；對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警，有助于水庫(kù)管理人員提早處理異常，保證水庫(kù)長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定運(yùn)行；解決了水庫(kù)監(jiān)管工作效率低、信息化程度低、事故發(fā)生應(yīng)對(duì)緩慢等問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1所示為基于plc和.net的水庫(kù)供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2所示為管線信息測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3所示為plc控制柜結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4所示為plc采集傳感器數(shù)據(jù)流程圖；

圖5所示為.net上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6所示為數(shù)據(jù)采集及分析處理模塊流程圖；

圖中：1.net上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；1-1全線運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視模塊；1-2報(bào)警控制模塊；1-3數(shù)據(jù)采集及分析處理模塊；1-1-1模擬供水系統(tǒng)狀態(tài)展示界面；1-1-2傳感器基本信息展示界面；1-1-3傳感器數(shù)值修正界面；1-3-1plc數(shù)據(jù)讀??；1-3-2數(shù)據(jù)分析處理；1-3-3數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置界面；

2plc控制柜；2-1plc模塊；2-2輸入輸出信號(hào)接線端子；2-3觸摸屏hmi；2-1-1電源模塊；2-1-2cpu模塊；2-1-3模擬量輸入模塊；2-1-4串口通信模塊。

3管線信息測(cè)量系統(tǒng)；3-1管線壓力測(cè)量系統(tǒng)；3-2管道流量測(cè)量系統(tǒng)；3-3明渠流量測(cè)量系統(tǒng)；3-1-1壓力變送器；3-1-2通信線纜；3-2-1超聲波探頭；主機(jī)3-2-2；3-2-3通信線纜；3-3-1超聲波多普勒探頭；3-3-2主機(jī)；3-3-3支撐鋼架；3-3-4白鋼防護(hù)罩；3-3-5白鋼防雨主機(jī)柜；3-3-6通信線纜。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案給出本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明不限于以下的實(shí)施方式。根據(jù)下面的說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。

圖1所示為基于plc和.net的水庫(kù)供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明提出一種基于plc和.net的水庫(kù)供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：.net上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1、plc控制柜2、管線信息測(cè)量系統(tǒng)3。

圖2所示為管線信息測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，所述的管線信息測(cè)量系統(tǒng)3包括：管線壓力測(cè)量系統(tǒng)3-1、管道流量測(cè)量系統(tǒng)3-2、明渠流量測(cè)量系統(tǒng)3-3。

所述的管線壓力測(cè)量系統(tǒng)3-1包括壓力變送器3-1-1和通信線纜3-1-2，其中壓力變送器3-1-1安裝在直管段的豎直支管上，支管具有一定高度，需要對(duì)壓力設(shè)備測(cè)量數(shù)值進(jìn)行壓力補(bǔ)償；通過(guò)變送器的顯示屏可以在現(xiàn)地觀察壓力數(shù)值并設(shè)置相關(guān)的采集參數(shù)和通信參數(shù)；所選壓力變送器3-1-1為兩線制儀表，通過(guò)一根2*1.0的屏蔽通信電纜與plc的模擬量輸入模塊相連；當(dāng)壓力變送器3-1-1可以正常測(cè)量壓力數(shù)值時(shí)則輸出4～20ma的電流模擬量信號(hào)，代表0壓力至測(cè)量范圍上限的壓力數(shù)值，如果出現(xiàn)測(cè)量異常(如未接觸水面)，則輸出小于4ma的電流值，利用這一特性，通過(guò)在plc中設(shè)置相應(yīng)標(biāo)志位，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視壓力測(cè)量設(shè)備的工作狀態(tài)。

所述的管道流量測(cè)量系統(tǒng)3-2包括超聲波探頭3-2-1、主機(jī)3-2-2、通信線纜3-2-3。其中超聲波探頭3-2-1使用捆綁的方式貼合在管道的管壁上，需要保證兩個(gè)探頭之間能夠進(jìn)行可靠的聲波發(fā)射和接收，通過(guò)試驗(yàn)的方法選擇出最佳的安裝位置，另外在探頭與管壁的接觸面上添加了耦合劑，用于提高聲波信號(hào)發(fā)射與接收的穩(wěn)定性，2個(gè)探頭通過(guò)信號(hào)線與流量測(cè)量系統(tǒng)的主機(jī)相連；主機(jī)3-2-2為四線制儀表，需要為其提供220vac外部供電，正常測(cè)量流量時(shí)輸出信號(hào)為4～20ma的電流模擬量，代表0流量至測(cè)量范圍上限的流量數(shù)值，通過(guò)一根2*1.0的屏蔽信號(hào)電纜與plc的模擬量輸入模塊相連；如果出現(xiàn)測(cè)量異常(如管道內(nèi)未充滿水)，則輸出小于4ma的電流值，利用這一特性，通過(guò)在plc中設(shè)置相應(yīng)標(biāo)志位，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視流量測(cè)量設(shè)備的工作狀態(tài)。

所述的明渠流量測(cè)量系統(tǒng)3-3包括超聲波多普勒探頭3-3-1、主機(jī)3-3-2、支撐鋼架3-3-3、白鋼防護(hù)罩3-3-4、白鋼防雨主機(jī)柜3-3-5、通信線纜3-3-6。使用水磨鉆在明渠渠道頂部開(kāi)直徑為300mm的孔，通過(guò)支撐鋼架3-3-3將超聲波多普勒探頭3-3-1下放并固定在渠道底部，保證下方完全支撐在渠道底部，上方使用膨脹螺絲、鋼板等與渠道頂部相固定，其中鋼架的支撐腳部分使得探頭沒(méi)有完全接觸渠道底，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，此部分高度需要進(jìn)行補(bǔ)償；探頭通過(guò)一根電纜線與主機(jī)柜中的主機(jī)相連接，用于獲得12vdc供電并向主機(jī)傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)供主機(jī)計(jì)算處理；主機(jī)3-3-2需要外部提供的12vdc電源供電，通過(guò)主機(jī)柜3-3-5內(nèi)的220vac轉(zhuǎn)12vdc變壓模塊提供；主機(jī)3-3-2上配備了顯示屏和按鈕，用于現(xiàn)地觀察測(cè)量的明渠流量瞬時(shí)值及累計(jì)值，以及對(duì)測(cè)量參數(shù)及通信參數(shù)進(jìn)行配置；本實(shí)施例中使用modbus查詢方式的通信模式，即流量測(cè)量系統(tǒng)主機(jī)作為modbus從站，等待作為modbus主站的plc串口通信模塊發(fā)出查詢命令，接收到正確的指令時(shí)，則向rs485總線中發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)幀供plc端接收；當(dāng)測(cè)量出現(xiàn)異常時(shí)，則向modbus主站傳送包含錯(cuò)誤代碼的數(shù)據(jù)幀，利用這一特性，通過(guò)在plc中監(jiān)聽(tīng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊字段，用于實(shí)時(shí)監(jiān)視明渠流量測(cè)量系統(tǒng)的工作狀態(tài)；進(jìn)一步的，通信線纜3-3-6使用2*1.5的屏蔽通信電纜，通過(guò)鍍鋅鐵管(刷防銹漆)、線纜架、線纜槽與plc的串口通信模塊相連接，用于傳輸rs485信號(hào)，進(jìn)行基于modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)通信。

圖3所示為plc控制柜結(jié)構(gòu)示意圖，所述的plc控制柜2包括：plc模塊2-1、輸入輸出信號(hào)接線端子2-2、觸摸屏hmi2-3，其中所述的plc模塊2-1包括：電源模塊2-1-1、cpu模塊2-1-2、模擬量輸入模塊2-1-3、串口通信模塊2-1-4。

圖4所示為plc采集傳感器數(shù)據(jù)流程圖，分別要采集8路4～20ma模擬量信號(hào)并對(duì)2臺(tái)modbus從站做modbusrtu輪詢。步驟s400開(kāi)始采集傳感器數(shù)值；首先進(jìn)行步驟s401，啟動(dòng)cpu；進(jìn)行步驟s402，通過(guò)piw尋址方式采集8路4～20ma模擬量信號(hào)，并通過(guò)調(diào)用fc105功能將此數(shù)值轉(zhuǎn)換為壓力數(shù)值，存放在寄存器中；然后進(jìn)行步驟s403，判斷發(fā)送功能塊觸發(fā)位m0.0是否為1，如果不為1，則進(jìn)行步驟s404，將指令計(jì)數(shù)器mw2加1；然后進(jìn)行步驟s405，判斷指令計(jì)數(shù)器是否超出設(shè)定范圍，如果在正常范圍內(nèi)，則進(jìn)行步驟s407，構(gòu)造modbus查詢指令以及接收功能塊參數(shù)，如果超出范圍則進(jìn)行步驟s406，將指令計(jì)數(shù)器mw2賦初值為1，然后進(jìn)行步驟s407；構(gòu)造發(fā)送指令后，則進(jìn)行步驟s408，調(diào)用發(fā)送功能塊fb8，在步驟s403中如果m0.0為1，則直接進(jìn)行此步驟；然后進(jìn)行步驟s409，如果m0.0為1則啟動(dòng)間隔定時(shí)器t1；然后進(jìn)行步驟s410，如果m0.0為0則將其置位；然后進(jìn)行步驟s411，如果t1定時(shí)到或者發(fā)送錯(cuò)誤則將m0.0復(fù)位；然后進(jìn)行步驟s412，調(diào)用接收功能塊fb7；步驟s413結(jié)束本次的傳感器數(shù)據(jù)采集，繼續(xù)按照ob1的掃描時(shí)間進(jìn)行循環(huán)采集。

圖5所示為.net上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，所述的.net上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1包括：全線運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視模塊1-1、報(bào)警控制模塊1-2、數(shù)據(jù)采集及分析處理1-3。其中，所述的全線運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視模塊1-1包括：模擬供水系統(tǒng)狀態(tài)展示界面1-1-1、傳感器基本信息展示界面1-1-2、傳感器數(shù)值修正界面1-1-3。所述的數(shù)據(jù)采集及分析處理1-3包括：plc數(shù)據(jù)讀取1-3-1、數(shù)據(jù)分析處理1-3-2、數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置界面1-3-3。

圖6所示為數(shù)據(jù)采集及分析處理模塊流程圖，步驟s600開(kāi)始數(shù)據(jù)采集及分析處理；首先進(jìn)行步驟s601，讀取一條plc中的傳感器數(shù)據(jù)；然后進(jìn)行步驟s602，對(duì)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行限幅濾波，判斷是否超出設(shè)定的限幅上下限或波動(dòng)上限，如果超出正常范圍，則剔除該條臟數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行步驟s601，如果為正常數(shù)據(jù)，則進(jìn)行步驟s604，將該條數(shù)據(jù)放入隊(duì)列；然后進(jìn)行步驟s605，判斷數(shù)值隊(duì)列長(zhǎng)度是否到達(dá)設(shè)定值，如果沒(méi)有到達(dá)設(shè)定長(zhǎng)度，則進(jìn)行步驟s606，計(jì)算隊(duì)列中數(shù)據(jù)的平均值賦給傳感器數(shù)值變量用于顯示和存儲(chǔ)，然后進(jìn)行s601，讀取下一條數(shù)據(jù)；如果在步驟s605中數(shù)值隊(duì)列長(zhǎng)度到達(dá)設(shè)定值，則進(jìn)行步驟s607，出隊(duì)一條數(shù)據(jù)，保持隊(duì)列中數(shù)據(jù)數(shù)量；然后進(jìn)行步驟s608，將數(shù)值隊(duì)列中的數(shù)據(jù)構(gòu)造成點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)組，然后使用最小二乘法進(jìn)行線性回歸，計(jì)算數(shù)值隊(duì)列的斜率；然后進(jìn)行步驟s609，根據(jù)斜率數(shù)值判斷水庫(kù)供水系統(tǒng)當(dāng)前是否處于穩(wěn)定狀態(tài)，若判斷為過(guò)渡狀態(tài)，進(jìn)行步驟s611，每次出隊(duì)的數(shù)據(jù)均更新傳感器數(shù)值變量，并進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，屬于密集存儲(chǔ)的模式，如果判斷為穩(wěn)定狀態(tài)，則進(jìn)行步驟s610，判斷過(guò)渡過(guò)程是否完全結(jié)束，如果沒(méi)有完全結(jié)束，則仍就執(zhí)行步驟s611；如果過(guò)渡過(guò)程完全結(jié)束，系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，則執(zhí)行步驟s612，對(duì)數(shù)值隊(duì)列進(jìn)行滑動(dòng)加權(quán)平均濾波，保證越新的數(shù)據(jù)具有越大的權(quán)值；然后進(jìn)行步驟s613，使用濾波后的數(shù)據(jù)更新傳感器數(shù)值變量，進(jìn)行稀疏存儲(chǔ)；步驟s614結(jié)束本次傳感器數(shù)據(jù)采集及分析處理，根據(jù)采集間隔準(zhǔn)備進(jìn)行下一次的數(shù)據(jù)采集及分析處理。

運(yùn)行上位機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并登錄后，即進(jìn)入供水系統(tǒng)狀態(tài)展示界面，在該界面中，直觀地顯示各閘閥的開(kāi)閉狀態(tài)以及各管道的水流狀態(tài)，其中閘閥的開(kāi)閉狀態(tài)由傳感器所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反推得出，管道的水流狀態(tài)則通過(guò)后臺(tái)遞歸邏輯判斷得出，所述的水流狀態(tài)包括流水、充水、放水、靜態(tài)滿水、靜態(tài)有水、空六種狀態(tài)，分別由管道圖形中的藍(lán)色滑塊滑動(dòng)、淺綠色滑塊閃動(dòng)、淺紅色滑塊閃動(dòng)、藍(lán)色滑塊靜止、淺綠色滑塊靜止、無(wú)滑塊六種動(dòng)畫(huà)來(lái)展示；在該界面，還直接在傳感器數(shù)值顯示標(biāo)簽中展示各傳感器測(cè)量數(shù)值，有助于水庫(kù)管理人員高效、準(zhǔn)確地了解水庫(kù)供水系統(tǒng)各管段的運(yùn)行情況；另外。通過(guò)帶滾動(dòng)條文本框?qū)崟r(shí)展示系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)行的閘閥操作。

點(diǎn)擊相應(yīng)的傳感器圖標(biāo)即進(jìn)入傳感器基本信息界面，兩個(gè)指示燈實(shí)時(shí)監(jiān)視傳感器的數(shù)值狀態(tài)及運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)數(shù)值超出正常范圍或者波動(dòng)超出變化率限值，則數(shù)值狀態(tài)指示燈會(huì)變?yōu)榧t色，并伴隨語(yǔ)音報(bào)警；當(dāng)運(yùn)行狀態(tài)異常，則運(yùn)行狀態(tài)指示燈則會(huì)變?yōu)榧t色。通過(guò)文本框?qū)崟r(shí)刷新顯示傳感器當(dāng)前測(cè)量數(shù)值，此數(shù)值精度高于全線運(yùn)行監(jiān)視畫(huà)面中的傳感器數(shù)值標(biāo)簽顯示數(shù)值；通過(guò)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線展示當(dāng)前傳感器近20秒的數(shù)值變化趨勢(shì)，有助于水庫(kù)監(jiān)管人員分析傳感器所在管線運(yùn)行狀態(tài)；通過(guò)兩個(gè)按鈕控制是否啟用當(dāng)前傳感器的數(shù)據(jù)傳輸，如果選擇禁用，則停止對(duì)此傳感器的數(shù)據(jù)采集和數(shù)值顯示更新；通過(guò)另外兩個(gè)按鈕控制配置或禁用傳感器數(shù)值修正，通過(guò)點(diǎn)擊配置數(shù)值修正按鈕，則可進(jìn)入傳感器數(shù)值修正界面。

通過(guò)點(diǎn)擊傳感器數(shù)值修正按鈕即可進(jìn)入傳感器數(shù)值修正界面，當(dāng)某一傳感器由于零點(diǎn)漂移、參數(shù)補(bǔ)償?shù)仍虺霈F(xiàn)線性偏移或誤差時(shí)，對(duì)傳感器進(jìn)行故障排查和維修是很復(fù)雜的，并且浪費(fèi)人力物力，通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器數(shù)值修正功能可以對(duì)傳感器的測(cè)量數(shù)值進(jìn)行線性修正。在傳感器數(shù)值修正界面，通過(guò)下拉列表框選擇要進(jìn)行數(shù)值修正的傳感器；通過(guò)文本標(biāo)簽顯示修正前后的數(shù)值，同時(shí)通過(guò)文本輸入框輸入數(shù)值修正的兩個(gè)參數(shù)；通過(guò)“應(yīng)用”按鈕將數(shù)值修正應(yīng)用到系統(tǒng)后，通過(guò)趨勢(shì)曲線控件能夠?qū)崟r(shí)觀察數(shù)值修正前后的數(shù)值變化趨勢(shì)。

通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)采集參數(shù)配置界面可進(jìn)行各傳感器數(shù)據(jù)采集參數(shù)的設(shè)定，系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)會(huì)賦給每一個(gè)傳感器一個(gè)初始參數(shù)，如果操作人員不進(jìn)行修改，系統(tǒng)則按初始化參數(shù)對(duì)各傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如需修改采集參數(shù)，則在此界面進(jìn)行操作。首先需要通過(guò)下拉列表選擇要進(jìn)行采集參數(shù)配置的傳感器編號(hào)；再根據(jù)下方出現(xiàn)的各行參數(shù)項(xiàng)進(jìn)行合適的修改，主要可以進(jìn)行配置參數(shù)包括：采集頻率、存儲(chǔ)頻率、限幅上限、限幅下限、波動(dòng)上限，用戶可以通過(guò)下拉列表框選擇合適的參數(shù)修改，點(diǎn)擊“應(yīng)用”或者“確定”，新參數(shù)會(huì)被保存到系統(tǒng)中，接下來(lái)的數(shù)據(jù)采集會(huì)按照新保存的參數(shù)進(jìn)行。

本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并未用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。