技术领域
[0001] 本
发明涉及烟草薄片生产线的远程监控系统及监控方法。
背景技术
[0002] 随着现代网络技术、移动通信技术、控制技术的发展与普及，高效实时地监测和控制远程
站点，成为当前工业现场应用的趋势。而为了克服地理
位置分散，布线成本高的等限制，越来越多的监控系统采用GPRS无线通信技术，对一些无人值守的、分散的现场检测点进行实时
数据采集，及时掌握现场的情况，并将数据通过GPRS网络上传到中央控制室进行远程检测和集中控制。本系统采用这一技术，并进行了具体的
硬件和
软件工程设计开发。为了实现监控中心与子站的通信，系统采用了基于Modbus通信协议的规约并开发了相应的编码解码程序。监控中心采用VB6.0编写了数据收发
服务器程序，以及友好的
人机界面，实时监控各站点数据以及对数据的存档记录。
[0003] 对于地理位置相对分散而且偏远，又需要监控的工业生产系统，如果通过架设桥架或者线缆沟布置线缆实现远程监控，一方面由于距离较远且分散，布线成本较高，而且布设的
电缆可能会受到其他周围环境的干扰。充分利用GPRS网
覆盖范围广、可靠性高等优点，基于GPRS的远程数据监控系统，克服了地理位置分散、布线成本高等的限制，具有维护成本低、可靠性高、
费用合理等优点，有利于对无人值守、分散的现场检测点进行实时数据采集和集中控制。
发明内容
[0004] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种烟草薄片生产线的远程监控系统及监控方法，它具有维护成本低、可靠性高、费用合理等优点。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 烟草薄片生产线的远程监控系统，包括：
[0007] 数据采集层，负责根据数据监控层下发的问询指令来采集烟草薄片生产线的空压站压
力、
电流数据和供热站的流量累计值、压力值、
温度相关数据，并将数据通过数据传输层上传给数据监控层；
[0008] 数据传输层，负责将数据采集层采集到的数据传输给数据监控层，同时对接收到的数据监控层的问询指令传输给数据采集层；
[0009] 数据监控层，负责接收数据传输层传输过来的数据，然后采用数据冲突处理方法对数据进行冲突处理，并对数据结果进行监控、打印或报警，给数据采集层下发问询指令。
[0010] 所述数据监控层包括服务器，所述服务器分别与报警装置、
打印机和UPS电源连接；
[0011] 所述服务器用于通过系统显示界面实现系统的远程监控和管理，同时可以实现数据的WEB共享，方便管理人员实现远程管理、数据查询；
[0012] 所述UPS电源为服务器提供稳定的
电能，防止意外断电对系统和服务器的影响；
[0013] 所述打印机用于打印统计的日报表、月报表；
[0014] 所述报警装置包括报警灯、音响设备以及手机，所述手机通过手机短信发送到值班负责人的手机上。
[0015] 所述数据传输层包括GPRS主模
块，所述GPRS主模块与烟草薄片生产线的空压站GPRS从模块和烟草薄片生产线的供热站GPRS从模块双向通信，所述GPRS主模块还与所述服务器双向通信。
[0016] 所述GPRS主模块用于接收到服务器的数据问询指令后，将问询指令通过GPRS网络传送到烟草薄片生产线的空压站和供热站GPRS从模块；接收烟草薄片生产线的空压站和供热站GPRS从模块传送的监控数据，并将接收的数据通过RS232传送给服务器进行处理和存储；
[0017] 所述空压站GPRS从模块当通过GPRS网络接收到GPRS主模块传送的问询指令而且该指令对应的地址是空压站模块的地址时，空压站GPRS从模块把数据存储区域内存储的空压站
水泵电流、总电流和空气
压缩机输出空气的压力
信号通过GPRS网络传输给GPRS主模块；
[0018] 所述供热站GPRS从模块用于当通过GPRS网络接收到GPRS主模块传送的问询指令而且该指令对应的地址是供热站模块的地址时，供热站GPRS从模块把数据存储区域内存储的供热站热气的流量累计值、温度和压力通过GPRS网络传输给GPRS主模块。
[0019] 所述数据采集层包括AD数据采集器和串口采集器，所述AD数据采集器与空压站GPRS从模块双向通信，所述串口采集器与供热站GPRS从模块双向通信，所述AD数据采集器还采集若干电流
传感器、
压力传感器的
模拟信号，所述串口采集器采集流量积算仪信息，所述流量积算仪接收来自流量计、压力传感器、温度传感器的信息；
[0020] 所述AD数据采集器用于将电流传感器和压力传感器传来的4-20mA模拟量信号转换为
数字量信号，然后
单片机将数据转换为MODBUS协议RTU格式，通过RS485输出给空压站GPRS从模块，将数据暂存在空压站GPRS从模块的缓冲区中；
[0021] 所述串口采集器用于旁听流量积算仪与供热站GPRS从模块之间的通信数据，并将数据转换为标准的MODBUS协议RTU格式，然后通过RS485传输给供热站GPRS从模块；该旁听过程不影响流量积算仪与供热站GPRS从模块之间的通信.
[0022] 所述电流传感器通过互感原理感应线路的电流大小，采用两线制接法输出，4-20mA的电流信号；
[0023] 所述压力传感器用于检测空气压缩机输出压缩空气的压力和供热站输气管道热气的压力，采用两线制接法，输出4-20mA的电流信号；
[0024] 所述温度传感器用于检测从热电厂输送的热气温度值，采用两线制接法，输出4-20mA电流信号。
[0025] 所述流量计用于检测从热电厂输送的热气通过管道的瞬时流量，采用两线制接法，输出4-20mA的电流信号给流量积算仪；
[0026] 所述流量积算仪用于将从输气管道采集的流量计瞬时流量、温度传感器温度、压力传感器压力信号汇总，并按照一定的
算法将瞬时流量累计起来作为管道的流量累计值，并将流量累计值、压力值、温度信息传输给供热站GPRS从模块。
[0027] 所述的烟草薄片生产线的远程监控系统的监控方法，主要包括如下步骤：
[0028] 步骤(1)：开始；数据监控层通过GPRS主模块采用第一数据冲突处理方法分别向烟草薄片生产线的空压站、供热站发送问询指令；
[0029] 步骤(2)：烟草薄片生产线的空压站、供热站GPRS从模块接收问询指令，并向数据采集层发送问询指令；
[0030] 步骤(3)：数据采集层接收到问询指令，确认无误后将采集的数据以MODBUS协议格式发送给空压站、供热站GPRS从模块；
[0031] 步骤(4)：烟草薄片生产线的空压站、供热站GPRS从模块将接收到的数据采集层数据通过GPRS网络传输给GPRS主模块；
[0032] 步骤(5)：GPRS主模块将接收到的数据发送给数据监控层进行第二数据冲突处理及数据格式转换、存储并显示；结束。
[0033] 所述步骤(1)的具体步骤如下：
[0034] 步骤(1-1)：开始；通讯参数设置，所述参数包括波特率或通讯端口；
[0035] 步骤(1-2)：判断通讯端口是否打开，如果是就进入步骤(1-3)；如果否就是串口通讯无效，返回步骤(1-2)；
[0036] 步骤(1-3)：
定时器加0.5秒；判断定时器是否到5秒，如果是就进入步骤(1-4)，如果否就进入步骤(1-5)；
[0037] 步骤(1-4)：判断定时器是否到10秒，如果是就定时器清零返回步骤(1-3)；如果否就进入步骤(1-6)；
[0038] 步骤(1-5)：设置接收25个字节，产生OnComm事件，向空压站GPRS从模块发送数据问询指令；根据站点号判断是否为空压站问询指令；如果是，空压站向GPRS主模块发送空压站数据；如果否就返回步骤(1-3)；
[0039] 步骤(1-6)：设置接收51个字节产生OnComm事件，向供热站GPRS从模块发送数据问询指令，根据站点号判断是否为供热站问询指令，如果是，供热站向GPRS主模块发送供热站数据并结束，如果否就返回步骤(1-3)。
[0040] 所述步骤(5)的具体步骤为：
[0041] 步骤(5-1)：GPRS主模块接收空压站和供热站数据；
[0042] 步骤(5-2)：GPRS主模块接收数据放入缓冲区中；
[0043] 步骤(5-3)：判断接收的数据前两个字节是否为标示字符，如果是就进入步骤(5-4)；如果否就将缓冲区的数据舍弃，清空缓冲区，并进入步骤(5-2)；
[0044] 步骤(5-4)：接收数据站点号是否为空压站，如果是就进入步骤(5-5)；如果否就进入步骤(5-6)；
[0045] 步骤(5-5)：判断接收数据的字节长度是否为12，如果是就将数据提取并转换数据格式，存储到
数据库中，并进入步骤(5-7)，如果否就将缓冲区的数据舍弃，清空缓冲区进入步骤(5-2)；
[0046] 步骤(5-6)：判断接收数据站点号是否为供热站，如果是就进入步骤(5-8)，如果否，就将缓冲区的数据舍弃，清空缓冲区并返回步骤(5-2)；
[0047] 步骤(5-7)：判断接收数据是否超出预警范围，如果是就通过警示灯、音响设备和手机短信提醒监控人员空压站数据异常，进入步骤(5-10)，如果否，就直接进入步骤(5-10)；
[0048] 步骤(5-8)：判断接收数据的字节长度是否为40，如果是数据监控层就将数据提取并转换数据格式，存储到数据库中，进入步骤(5-9)，如果否就将缓冲区的数据舍弃，清空缓冲区；返回步骤(5-2)；
[0049] 步骤(5-9)：判断接收数据是否超出预警范围，如果是就通过指示灯、音响设备和手机短信提醒监控人员空压站数据异常，进入步骤(5-10)；如果否，就直接进入步骤(5-10)；
[0050] 步骤(5-10)：调用数据库供热站和空压站数据显示在服务器，结束。
[0051] 本发明的有益效果：
[0052] 1克服了地理位置分散、布线成本高等的限制，具有维护成本低、可靠性高、费用合理等优点，有利于对无人值守、分散的现场检测点进行实时数据采集和集中控制。
[0053] 2系统实时在线，自动抄录烟草薄片生产线空压站和供热站的数据，经处理生成班次、日、月空压站总电流、水泵电流、空气压缩机输出压缩空气的压力以及供热站热气的流量累计值、班次热气使用量、温度、压力等各种报表。
[0054] 3对烟草薄片生产线空压站和供热站的运行情况进行实时监测，可以自行设定上下限，当空压站的总电流、水泵电流、压缩空气压力以及供热站温度、压力等参数出现异常时能够及时的报警，一方面能够通过监控中心的警报装置发出警报铃声，点亮警报指示灯；另一方面也可以将警报信号发送到管理人员的手机上。
[0055] 4系统采用模块化设计，传输速率快，抗干扰能力强，同时方便实现模块的扩展，便于维护。
[0056] 5系统服务器支持WEB共享，方便管理人员通过INTERNET实现管理、查询和维护。
附图说明
[0059] 图3为处理问询指令发送冲突的流程；
[0060] 图4为数据监控层处理接收数据的流程。
[0061] 其中，1、报警装置，2、UPS电源，3、服务器，4、打印机，5、GPRS主模块，6、空压站GPRS从模块，7、供热站GPRS从模块，8、AD数据采集器，9、电流传感器，10、压力传感器，11、串口采集器，12、流量积算仪，13、流量计，14、温度传感器。
具体实施方式
[0062] 下面结合附图与
实施例对本发明作进一步说明。
[0063] 如图1所示，烟草薄片生产线的远程监控系统，主要包括数据监控层、数据传输层和数据采集层；所述数据监控层与数据传输层双向通信，所述数据传输层与数据采集层双向通信；
[0064] 所述数据监控层包括服务器3，所述服务器3分别与报警装置1、打印机4和UPS电源2连接；
[0065] 所述服务器用于通过系统显示界面实现系统的远程监控和管理，同时可以实现数据的WEB共享，方便管理人员实现远程管理、数据查询。
[0066] 所述UPS电源2为服务器3提供稳定的电能，防止意外断电对系统和服务器的影响；
[0067] 所述打印机4用于打印统计的日报表、月报表；
[0068] 所述报警装置1包括报警灯、音响设备以及手机，所述手机通过手机短信发送到值班负责人的手机上。
[0069] 所述数据传输层包括GPRS主模块5，所述GPRS主模块5与空压站GPRS从模块6和供热站GPRS从模块7双向通信，所述GPRS主模块5还与所述服务器3双向通信；
[0070] 所述GPRS主模块5用于接收到服务器的数据问询指令后，将问询指令通过GPRS网络传送到烟草薄片生产线的空压站和供热站GPRS从模块；接收烟草薄片生产线的空压站和供热站GPRS从模块传送的监控数据，并将接收的数据通过RS232传送给服务器进行处理和存储。
[0071] 所述空压站GPRS从模块6用于当通过GPRS网络接收到GPRS主模块传送的问询指令而且该指令对应的地址是空压站模块的地址时，空压站GPRS从模块把数据存储区域内存储的空压站水泵电流、总电流和空气压缩机输出空气的压力信号通过GPRS网络传输给GPRS主模块。
[0072] 所述供热站GPRS从模块7用于当通过GPRS网络接收到GPRS主模块传送的问询指令而且该指令对应的地址是供热站模块的地址时，供热站GPRS从模块把数据存储区域内存储的供热站热气的流量累计值、温度和压力通过GPRS网络传输给GPRS主模块。
[0073] 所述数据采集层包括AD数据采集器8和串口采集器11，所述AD数据采集器8与空压站GPRS从模块6双向通信，所述串口采集器11与供热站GPRS从模块7双向通信，所述AD数据采集器8还还采集若干电流传感器9、压力传感器10的模拟量信号，所述串口采集器11采集流量积算仪12信息，所述流量积算仪12接收来自流量计13、压力传感器10、温度传感器14的信息。
[0074] 所述AD数据采集器8用于将电流传感器和压力传感器传来的4-20mA模拟量信号转换为数字量信号，然后单片机将数据转换为MODBUS协议RTU格式，通过RS485输出给空压站GPRS从模块，将数据暂存在空压站GPRS从模块的缓冲区中。
[0075] 所述串口采集器11用于旁听流量积算仪与供热站GPRS从模块之间的通信数据，并将数据转换为标准的MODBUS协议RTU格式，然后通过RS485传输给供热站GPRS从模块。该旁听过程不影响流量积算仪与供热站GPRS从模块之间的通信。
[0076] 所述电流传感器9通过互感原理感应线路的电流大小，采用两线制接法输出，4-20mA的电流信号。
[0077] 所述压力传感器10用于检测空气压缩机输出压缩空气的压力和供热站输气管道热气的压力，采用两线制接法，输出4-20mA的电流信号。
[0078] 所述流量计13用于检测从热电厂输送的热气通过管道的瞬时流量，采用两线制接法，输出4-20mA的电流信号给流量积算仪。
[0079] 所述流量积算仪12用于将从输气管道采集的流量计瞬时流量、温度传感器温度、压力传感器压力信号汇总，并按照一定的算法将瞬时流量累计起来作为管道的流量累计值，并将流量累计值、压力值、温度等信息传输给供热站GPRS从模块。
[0080] 如图2所示，烟草薄片生产线的远程监控系统的监控方法，主要包括如下步骤：
[0081] 步骤(1)：开始；数据监控层通过GPRS主模块5向空压站、供热站发送问询指令；
[0082] 步骤(2)：空压站、供热站GPRS从模块7接收问询指令，并向数据采集层发送问询指令；
[0083] 步骤(3)：数据采集层接收到问询指令，确认无误后将采集的数据以MODBUS协议格式发送给空压站、供热站GPRS从模块；
[0084] 步骤(4)：空压站、供热站GPRS从模块7将接收到的数据采集层数据通过GPRS网络传输给GPRS主模块5；
[0085] 步骤(5)：GPRS主模块5将接收到的数据发送给数据监控层进行处理、存储并显示；结束。
[0086] 如图3所示，所述步骤(1)的具体步骤如下：
[0087] 步骤(1-1)：开始；通讯参数设置，所述参数包括波特率或通讯端口；
[0088] 步骤(1-2)：判断通讯端口是否打开，如果是就进入步骤(1-3)；如果否就是串口通讯无效，返回步骤(1-2)；
[0089] 步骤(1-3)：定时器加0.5秒；判断定时器是否到5秒，如果是就进入步骤(1-4)，如果否就进入步骤(1-5)；
[0090] 步骤(1-4)：判断定时器是否到10秒，如果是就定时器清零返回步骤(1-3)；如果否就进入步骤(1-6)；
[0091] 步骤(1-5)：设置接收25个字节，产生OnComm事件，向空压站GPRS从模块发送数据问询指令；根据站点号判断是否为空压站问询指令；如果是，空压站向GPRS主模块5发送空压站数据；如果否就返回步骤(1-3)；
[0092] 步骤(1-6)：设置接收51个字节产生OnComm事件，向供热站GPRS从模块发送数据问询指令，根据站点号判断是否为供热站问询指令，如果是，供热站向GPRS主模块5发送供热站数据并结束，如果否就返回步骤(1-3)。
[0093] 如图4所示，所述步骤(5)的具体步骤为：
[0094] 步骤(5-1)：GPRS主模块5接收空压站和供热站数据；
[0095] 步骤(5-2)：GPRS主模块5接收数据放入缓冲区中；
[0096] 步骤(5-3)：判断接收的数据前两个字节是否为标示字符，如果是就进入步骤(5-4)；如果否就将缓冲区的数据舍弃，清空缓冲区，并进入步骤(5-2)；
[0097] 步骤(5-4)：接收数据站点号是否为空压站，如果是就进入步骤(5-5)；如果否就进入步骤(5-6)；
[0098] 步骤(5-5)：判断接收数据的字节长度是否为12，如果是就将数据提取并转换数据格式，存储到数据库中，并进入步骤(5-7)，如果否就将缓冲区的数据舍弃，清空缓冲区进入步骤(5-2)；
[0099] 步骤(5-6)：判断接收数据站点号是否为供热站，如果是就进入步骤(5-8)，如果否，就将缓冲区的数据舍弃，清空缓冲区并返回步骤(5-2)；
[0100] 步骤(5-7)：判断接收数据是否超出预警范围，如果是就通过警示灯、音响设备和手机短信提醒监控人员空压站数据异常，进入步骤(5-10)，如果否，就直接进入步骤(5-10)；
[0101] 步骤(5-8)：判断接收数据的字节长度是否为40，如果是数据监控层就将数据提取并转换数据格式，存储到数据库中，进入步骤(5-9)，如果否就将缓冲区的数据舍弃，清空缓冲区；返回步骤(5-2)；
[0102] 步骤(5-9)：判断接收数据是否超出预警范围，如果是就通过指示灯、音响设备和手机短信提醒监控人员空压站数据异常，进入步骤(5-10)；如果否，就直接进入步骤(5-10)；
[0103] 步骤(5-10)：调用数据库供热站和空压站数据显示在服务器画面，结束。
[0104] 该系统主要分三层，分别为数据监控层、数据传输层和数据采集层，其系统结构
框图如图1所示。各层间设备
接口遵循RS-485标准，通过MODBUS RTU通讯协议进行串口通信。
[0105] 数据监控层：在系统中作为主站，选用服务器3为数据监控设备，并连接有打印机4和报警装置1，UPS电源2为服务器3提供稳定的电能，防止意外断电对系统和主机的影响；打印机4用于打印统计的日报表、月报表等；报警装置1包括报警灯、音响设备以及手机，所述手机通过手机短信发送到值班负责人的手机上等。主要功能是通过GPRS主模块5向供热站和空压站数据采集层等从站发送数据
请求命令或数据配置命令，请求数据采集层的实时运行数据或更改数据采集层的运行数据，对数据进行实时显示、存储、历史报表查询、打印等，以便于工作人员随时查看数据服务器3中的实时数据和历史数据。此外，服务器3还与企业的办公管理系统连接，方便管理人员进行管理。
[0106] 数据传输层：主要采用GPRS远程终端，分别在数据监控层以及空压站和供热站的数据采集层设置了GPRS远程终端，依托中国移动GSM网络资源的覆盖面大、永远在线、通讯
质量高等特点提供一种快速可靠的无线数据传输通道，主要负责数据监控层和数据采集层之间的实时报文传输。
[0107] 数据采集层：在系统中作为从站，实时响应数据监控层的命令，并返回命令的执行结果。空压站需要通过电流传感器9、和压力传感器10分别采集空压站回路的总电流、水泵
电机的运行电流和空气压缩机输出的压缩空气实时压力三个数据，并由AD数据采集器8进行数据采集、将模拟量数据转换为数字量信号，再转换为MODBUS RTU通讯协议格式，由GPRS模块与数据监控层进行通信。供热站需要通过流量计13、压力传感器10和温度传感器14分别采集供
热管道的实时流量、压力和温度三个量，由流量积算仪12同时接收实时流量、压力和温度信号，对实时流量进行积分累积运算，并实时在线
对流体温度、压力进行补偿，计算出其累积流量，然后通过GPRS远程终端将数据传送到电力公司。与此同时由于现场流量积算仪12只有一个串口通讯口，为了解决两个GPRS模块的通讯冲突，再跟与数据监控层的GPRS通讯时增加一台串口采集器11，通过一根并联的RXD通信线接到流量积算仪12的TXD端，旁听热力公司GPRS模块与流量积算仪12的通信数据，串口采集器11并将旁听的数据转换成标准的MODBUS RTU通信协议后存储到内部寄存器中，当数据监控层发送问询指令时就通过RS485通信口传输给GPRS远程终端，供数据监控层读取。
[0108] 2.系统设计
[0109] (1)系统整体流程设计
[0110] 在软件控制系统中，监控中心的服务器3上装有VB6.0(Microsoft Visual Basic 6.0)编程软件，通过VB6.0开发串口数据收发程序，每天24h不间断轮询和收集来自各个测控站的信息，绘制友好的人机界面，实时监控显示各站数据，并对数据进行存档记录，当紧急情况发生时，系统自动报警。
[0111] 系统在VB6.0中使用Microsoft公司提供Active X控件MSComm，开发通过串口对各站点进行实时数据采集的程序。该通信控件改变对象属性，向对象发送消息及为对象事件编写响应代码，可以方便完成用户应用程序间串行通信，既可实现API函数所有功能，又使编程效率提高，应用功能增强，程序简单明了。
[0112] 系统采用Modbus通信协议,Modbus协议是一个请求/应答协议，是一种应用层报文传输协议，提供功能码规定的服务，该协议用于不同类型的总线或网络连接的设备之间的服务器/客户机通信。Modbus通信支持RTU和ASCII两种方式，可通过计算机设定ASCII还是RTU方式，串口通信参数(波特率、校验方式等)。配置每个
控制器的时候，同一个Modbus网络上的所有设备都必须选择相同的串口参数和传输模式。
[0113] 在软件设计报表时，通常使用报表设计器或第三方产品完成，并通过ActiveX控件输出。本文通过VB的OLE自动化技术获取Excel2003的控制句柄，从而直接控制Excel2003的一系列操作。
[0114] 在VB6.0设计过程中调用Excel控件，实质是将Excel作为一个外部对象来引用,Excel对象模型提供能从VB6.0应用程序内部来模块化操纵的对象以及相关的方法、属性和事件。
[0115] 系统的整体流程如图2所示。
[0116] 由于数据监控层的GPRS主模块5同时与空压站和供热站两个GPRS模块进行数据通信，在传输问询指令后，由于GPRS网络的延时，空压站和供热站采集的数据不能及时传输到数据监控层，两个GPRS子模块数据接收时可能会出现数据碰撞而丢失数据，此外由于空压站和供热站的接受字节个数不同，同时收到空压站和供热站的数据之后容易破坏数据包，影响后续的处理。为了使得监控数据传输稳定且
数据处理方便，避免数据接受过程中引起的数据丢失，我们设计了一种有效的方案，即在发送问询指令时，以10秒为周期，前5秒内向空压站GPRS模块发送问询指令，并设置产生OnComm事件接收的字节个数为25，前5秒每接收25个字节就出发一次OnComm事件，并处理后续的数据；后5秒向供热站GPRS模块发送问询指令，并设置产生OnComm事件接收的字节个数为51，这样子前5秒每接收51个字节就出发一次OnComm事件，并处理后续的数据。流程如图3所示。
[0117] 如图4所示，为数据监控层处理接收数据的流程。
[0118] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的
基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种
修改或
变形仍在本发明的保护范围以内。
