某部数字化营区设计与实现

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1、摘 要数字营区是指综合运用信息技术，实现营区要素数字化、设施设备智能化、信息资源网络化和管理保障可视化，是提升营区承载数字化部队能力，实现营房管理工作精细化的重要手段。建设数字营区能有效实现营区“可感、可知、可视、可控”，有力提升营区信息化与科学管理水平。本文的主要工作如下：（1）介绍课题的背景来源、研究意义，并介绍数字化营区技术的研究状况，进一步阐述物联网技术在部队数字化营区建设方面的将成为发展趋势。（2）系统分析数字化营区的系统组成架构、系统分层架构、系统技术架构，以及系统通信架构，理清数字化营区的总体结构，明确内部系统运行的内部关系，对数字化营区进行方案设计和整体布局设计。（3）对数字化

2、营区信息基础设施的重要组成部分进行了阐述，对营区物联网、管控中心、要素数字化、营区综合数据库的建设进行了分析，提出建设设计方案。（4）分别对智能供水管控系统、智能供电管控系统、智能供暖管控系统、中央空调智能控制系统、智能环境检测系统进行分析，提出设计方案，阐述软件实现的功能。（5）提出智能视频监控系统、门禁管控系统、周边防范管控系统、电子巡查系统的系统组成设计及实现功能。（6）针对营房业务管理需要，提出软件管理系统设计要求、方案等，提高营房业务管理水平和服务质量。论文最后对全文进行了总结，并对未来值得进一步研究的问题进行了展望。关键词：营区；数字化；设计与实现AbstractDigital c

3、amp refers to the integrated use of information technology, achieve the camp essential factor digital, facilities intelligence, information resources, networking and management of security visualization, is to enhance the camp carrying digitized force capabilities, to achieve an important means of B

4、arracks Management refined. Construction of Digital camp camp can effectively achieve sensible, seen, visible, controllable, the camp effectively enhance information management and scientific level. The main work is as follows: (1) Source introduce the subject background, significance, and introduce

5、s the research status of digital technology camp, the further elaboration of Things technology in building army camps digitization will become a trend. (2) A systematic analysis of digital camp system components architecture, system layered architecture, system technology architecture, and system co

6、mmunication architecture, clarifying the overall structure of the digitized camp, a clear internal relations within the system running digitized camp program design and overall layout. (3) An important part of the digital information infrastructure of the camp were described for the camp of things,

7、control center, elements of digital, integrated database construction camp were analyzed, we proposed the building design. (4) Analyze water management and control systems, intelligent power management and control systems, intelligent heating control system, central air conditioning intelligent cont

8、rol systems, intelligent environment detection systems, advance design program, describes software functions. (5) The proposed intelligent video surveillance systems, access control systems, perimeter defense management and control systems, electronic inspection system design and implementation of s

9、ystem components function. (6) For the barracks business management needs, make software management system design requirements, programs to improve the barracks business management level and service quality. Keywords: camp; design and implementation; digitization目 录摘 要IAbstractIII1绪论11.1课题的背景和意义11.2

10、数字化营区技术研究现状11.3 论文的主要研究内容21.4 论文的安排32 数字化营区总体设计52.1系统组成架构52.2系统分层架构62.3系统技术架构72.4系统通信架构92.5营区信息基础设施设计102.6本章小结123 设备管控系统设计133.1 智能供水管控系统133.2智能供电管控系统193.3智能供暖管控系统253.4中央空调智能控制系统293.5智能环境监测系统323.6安防系统设计383.7本章小结434软件管理系统设计454.1业务管理系统454.2设施设备管控系统软件484.3三维集成应用系统554.4营区要素数字化系统564.5综合查询统计系统564.6营房管理服务系统

11、564.7维护管理系统574.8本章小结585 总结59致 谢61参考文献631绪论1.1课题的背景和意义随着计算机和网络技术的不断发展，以互联网为核心和基础的物联网开始渗透到了现代工作和生活中的方方面面，并且通过物联网在各领域的应用改变了管理方法，创新了管理模式，实现了更高效、更快捷的管理。为实现新时期下部队后勤保障精细化管理这一战略目标，近年来，军委要求部队加快物联网技术的研究应用，加快推进建设部队现代营房，明确指出要按照信息智能要求，稳步展开数字营区1建设。这既是实现基建营房信息化建设跨越发展的必由之路，也是提升部队训练、工作、生活水平的重要支撑。数字营区具有十分重要的意义：一是能提升营

12、区承载数字化部队能力，满足数字化部队生活、训练的要求，适应数字化作战需求；二是能提供营区管理服务信息化手段，实现营区要素数字化2、设施设备智能化3、信息资源网络化、保障管理可视化；三是能实现营房管理精细化4，通过加强营区综合管理信息平台建设与应用，达到营区保障需求实时可知、保障资源实时可视和保障活动实时可控，有力提升营区信息化与科学管理水平。1.2数字化营区技术研究现状数字化营区技术主要依托物联网技术5。物联网的概念是在1999年提出的，是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称叫“The Internet of things”，顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物

13、联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。严格而言，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。全球主要发达国家和地区均十分重视物联网的研究并纷纷抛出与物联网相关的信息化战略。世界各国的物联网基本都处在技术研发与试验阶段，美、日、韩、欧盟等都投入巨资深入研究探索物联网，并相继推出区域战略规划。 目前，全球物联网应用基本还处于起步阶段

14、。全球物联网应用主要以RFID、传感器、M2M 等应用项目体现，大部分是试验性或小规模部署的，处于探索和尝试阶段，覆盖国家或区域性大规模应用较少。基于RFID 的物联网应用相对成熟，RFID在金融（手机支付）、交通（不停车付费等）、物流（物品跟踪管理）等行业已经形成了一定的规模性应用，其市场应用包括标签、阅读器、基础设施、软件和服务等方方面面，但自动化、智能化、协同化程度仍然较低。无线传感器6应用仍处于试验阶段，全球范围内基于无线传感器的物联网应用部署规模并不大，很多系统都在试验阶段。发达国家物联网应用整体上较领先。美、欧及日韩等信息技术能力和信息化程度较高的国家在应用深度、广度以及智能化水平

15、等方面处于领先地位。美国是物联网应用最广泛的国家，物联网已在其军事、电力、工业、农业、环境监测、建筑、医疗、空间和海洋探索等领域投入应用，其RFID应用案例占全球59%。欧盟物联网应用大多围绕RFID和M2M展开，在电力、交通以及物流领域已形成了一定规模的应用。 我国在物联网领域的布局较早，中科院早在十年前就启动了传感网研究。在物联网这个全新的产业中，我国技术研发水平处于世界前列，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的四个发起国和主导国之一，其影响力举足轻重。 2009年，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，并写入政府工作报告中。2010年工信部和发改委出台了系列政策支持物联网

16、产业化发展，到2020年之前我国已经规划了3.86万亿元的资金用于物联网产业的发展，并将在智能电网、智能交通、智能物流、智能家居、环境与安全检测、工业与自动化控制、医疗健康、精细农牧业、金融与服务业、国防军事十大领域重点部署。 目前，我国物联网应用已开展了一系列试点和示范项目，在电网、交通、物流、智能家居、节能环保、工业自动控制、医疗卫生、精细农牧业、金融服务业、公共安全等领域取得了初步进展。其中RFID 技术目前主要应用在电子票证/门禁管理、仓库/ 运输/ 物流、车辆管理、工业生产线管理、动物识别等。相关部门投入大量资金实施了目前世界上最大的RFID 项目（更换第二代居民身份证）。我们所熟知

17、的交通一卡通、校园一卡通等也是应用了此项技术。但目前我国物联网还处在零散应用的产业启动期，距离大规模产业化推广还存在很大差距。1.3 论文的主要研究内容经过反复筛选，确定部队营区数字化建设包括如下九个方面的内容。（1）构建营区物联网布设营区设备网，加装设备控制箱，联通局域网，建成营区物联网，实现设备数据实时交换。构建物联网的核心是在营区综合信息网基础上，建立智能设备与信息网相连接的网络，主体是工控网、设备网。（2）设施设备智能改造对营区供水、供电、供热和中央空调等设施设备进行智能改造，实现设施设备智能管控。从目前来看，主要是把机械式的仪表更换为具有感知、信息传输、可以控制的数字式仪表。但对于锅

18、炉这类设备来说，主要是进行改造，如加温度传感器、调节阀等等。（3）装备营具智能识别对工程、野营装备和营具加装射频识别卡或者二维条码，标识基本属性和管理责任，实现装备营具智能识别与管理。这条的核心是加装RFID或粘贴可读的二维条码，采用自动识别设备，通过相应的管理软件实现装备营具智能识别（4）营区环境智能监测对营区水体、空气、温湿度、噪声等进行在线监测，实现营区环境变化动态分析和实时预警。这条的核心选用现成的仪器、设备、系统实现环境智能监测。（5）建设营区管控中心设立营区专用控制室，配置中央服务器，部署营房数字化管理平台，实现营区设施设备和营房保障集中管控。（6）实施营区要素数字转换对营区属性、

19、管理、图形和文档等基本要素进行数字化转换，建立营区基础数据库，实现营区管理数据规范统一。这条的核心是把人能识别看懂的东西，转换为计算机系统软件能识别、看懂的东西。不要小看这项任务，其实他的工作量是非常大的，仅把营房管理上的图纸数字化，就是了不起的一件事。（7）定制设施设备监控系统使用定制的监控软件，对营区设施设备进行实时数据采集，实现营房设施设备在线监测和远程管控。一般说来，只有通过软件，才能实现人与设备的沟通，人才能看懂、读懂设备。这条的核心就是要应用总部统一认可的设施设备监控软件。（8）应用营房业务管理系统使用集基础信息和业务信息为一体的管理软件，提升营房管理科技含量，实现营房管理精细量化

20、、节能高效。（9）建立营房服务网站配置具有网上公示、查询、报修和审批等功能的信息服务网站，链接基础数据库、设施设备监控系统和业务管理系统，构建现代营房数字化管理平台。1.4 论文的安排本论文的结构安排如下： 第1章，绪论 介绍课题的背景来源、研究意义，并介绍数字化营区技术的研究状况，进一步阐述物联网技术在部队数字化营区建设方面的将成为发展趋势，最后确定课题研究内容。 第2章，数字化营区总体设计 系统分析数字化营区的系统组成架构、系统分层架构、系统技术架构，以及系统通信架构，理清数字化营区的总体结构，明确内部系统运行的内部关系，对数字化营区进行方案设计和整体布局设计。第2章，数字化营区总体设计对

21、系统组成架构、系统分层架构、系统技术架构、系统通信架构进行了研究。通过对系统的顶层设计和开发总体架构的分析研究，明确数字化营区主要内容及内在关系。并对营区物联网、管控中心、要素数字化和综合数据库等信息基础设施的设计情况进行了介绍。第3章，设备管控系统设计分别对智能供水管控系统、智能供电管控系统、智能供暖管控系统、中央空调智能控制系统、智能环境检测系统和安防系统进行了分析，提出了设计方案，阐述各部分的功能。第4章，软件管理系统设计针对营房业务管理需要，提出软件设计要求、方案等，提高营房业务管理水平和服务质量。第五章，总结全文内容并提出展望。2 数字化营区总体设计2.1系统组成架构根据实际需要，将

22、数字营区分为4部分19个系统：一是信息基础设施，含营区物联网、管控中心、要素数字化、综合数据库；二是设备管控系统，含智能供水系统、智能供电系统、智能供暖系统、中央空调智能控制系统、营区环境智能监测系统；三是安全防范系统，含智能视频系统、门禁管理系统、周界防范系统、电子巡更系统；四是管理软件系统，含业务管理系统、设施设备管控系统、三维集成应用系统7、营房管理服务系统、要素数字化系统、综合查询系统，如图2.1所示。图2.1 数字营区系统组成架构平台主页采用苹果Mac8风格设计，通过简洁直观的图形化界面和灵活快速的功能接口，给用户更加简便、舒适的操作体验，如图2.2所示。图2.2 数字营区平台界面设

23、计2.2系统分层架构将硬件系统和软件系统结合于一体的系统，从信息流动和管控实体对象角度出发，将数字营区系统分为现场仪表层、分散控制层9、集中管理层和应用服务层的分层架构，以实现数字营区系统营区设施设备感知功能10，具体如图2.3。在需要感知管控的营房设施设备上加装改造，采用感知现场水电热设备压力、温度、流量等信息的仪器仪表，感知安全防范的摄像头、红外对射11等仪表，以及信号传输网络线缆等智能设备，组成现场仪表层。在每栋楼信息设备间安装由测控分机、网络交换机、信息网络线缆等组成的分散控制层；在营区管控中心部署由拼接大屏幕、服务器、工控机、客户电脑以及营区综合管理信息平台等组成的集中管理层；在各级

24、各层机关办公室中，由各级领导电脑及应用服务系统等组成应用服务层；图2.3 数字营区系统分层架构2.3系统技术架构数字营区系统技术架构可以分为五个层面，如图2.4。（1）设施设备层，这是整个技术架构的基础，采用中心服务器设备、网络设备和智能设施设备三大部分共同组成营区内部局域网，实现智能设施设备、服务器主机和客户机的互联互通。图 2.4数字营区系统技术架构（2）系统软件层，采用操作系统、综合数据库、开发平台、工控组态软件、三维建模系统和要素数字化软件组成，是数字营区系统研发所必须的支撑软件系统。（3）服务集成层，是基于SOA12的数字营区系统的核心层，不仅需要集成单点登录、数据同步、三维实景、工

25、控发布、业务流程管理、报表输出、消息传递、数据库访问、权限管理、要素数字化、综合查询等核心主题服务，而且还必须提供服务注册、发布、请求等管理支持功能。（4）业务应用层，通过调用服务集成层的服务和数据，实现对营区日常业务、设施设备、营区要素的综合管控，主要由数字营区业务管理、监控管理、要素数字化、综合查询统计和信息服务网五大子系统和综合管理系统共同组成。（5）访问控制层，是终端用户接入系统的人机交互界面，采用B/S架构，用户只需使用浏览器就能实现对数字营区系统的访问。2.4系统通信架构数字营区建设中所有的单元、工作站通过三层高效的网络进行互联互通，如图2.5。图2.5系统通信架构第一层是工业控制

26、网，实现作业现场设施设备和控制系统的互联，主要采用modbus13等现场总线通信协议和模拟量、开关量等通信信号，实现智能仪表与管控设备之间信息传递联通。第二层是营区局域办公网，实现营区办公区与数字营区管控中心之间信息互联互通，主要采用的是TCP/IP通信协议方式。第三层是军队综合信息网实现远程通信，营区与上级部门或其他单位的信息交换，主要采用的是TCP/IP、HDLC、SDLC等广域网络通信协议方式。2.5营区信息基础设施设计信息基础设施建设可以设计成由“管路布设、线缆布放、设备间、营区物联网、管控中心、要素数字化和综合数据库”7个部分组成，下面重点研究营区物联网、管控中心、要素数字化和综合数

27、据库。2.5.1 营区物联网将光纤铺设到安装智能设备的楼栋；配备相应的设备间，配置安装网络交换机、设备控制分机和220V电源；布设5类以上双绞线到各信息端口。穿管铺设智能设备到设备控制分机之间的485通信线缆、控制信号线缆、DC24V电源线缆和AC220V电源线缆等，构建设备控制网。构建独立网段或虚拟网，安装工业网络防火墙，确保工控网进入综合军事训练网段安全。2.5.2 管控中心机房设计。选择专用房间，面积不低于30m2，具备防火、防雷、防静电、防潮、防尘、防干扰和防电磁泄漏等要求装修房间，配套建设空调系统和供电系统，配置不低于2小时的不间断电源设备。大屏幕设计。采用液晶显示器(LCD)拼接组

28、成大屏幕信息显示墙，根据房间大小，可选24或36台LCD、每台46英寸的组合，配置大屏幕拼接视频处理器，支持AVI/VGA/DVI/HDMI等输入，具备19201080高清显示模式。设备设计。定制4-6机位的操作控制台，配置1台专用服务器，1台工控机，1台双显图形工作站，2-4台客户端计算机，1台高性能交换机。如图2.6。图2.6 管控中心布局2.5.3要素数字化按照军队营区三维实景模型制作规范，开展营区三维实景数据采集、建立三维模型、融合数据，完成具有坐标体系，真实展现营区实景的三维地理信息图。采集营区实体对象属性数据、营房业务处理过程的属性数据，对营区平面图、营区平面图、设施工艺流程图等档

29、案图纸进行数字化转换14，扫描存储各类原始凭证，实现营房图档存放、管理、使用方式数字化、信息化。如图2.7图2.7 三维实景界面2.5.4营区综合数据库按照基建营房数据中心统一数据结构标准，建立数字营区综合数据库系统15，转换营房综合实力统计数据及图形、营区住房系统实力数据，自动存储到营区综合数据库，自动接收各控制系统设备状态动态信息和仪表实时数据，接收视频监控、门禁出入等安全防范系统实时数据，实现营区数据的集中统一，采集、上报等数据口径的统一。 2.6本章小结本章对数字化营区进行了总体设计，重点对系统组成架构、系统分层架构、系统技术架构、系统通信架构进行了研究。通过对系统的顶层设计和开发总体

30、架构的分析研究，明确数字化营区主要内容及内在关系。并对营区物联网、管控中心、要素数字化和综合数据库等信息基础设施的设计情况进行了介绍。3 设备管控系统设计3.1 智能供水管控系统3.1.1系统概述智能供水管控系统是综合运用传感监测、智能控制等信息技术手段，将传统的供水设施设备改造为具有感知、传输、控制能力的智能设备，依托营区信息网络构建供水管控物联网，实现数据采集、传输、远程监控和管理的计算机智能管控系统。智能供水管控系统一般包括泵房出水控制、管网压力监测、用户用水计量、管路远程控制、洗浴供水管控和绿化喷淋管控等组成单元，具有二次供水恒压、用水实时计量等多种智能管控功能。3.1.2系统结构智能

31、供水管控系统结构主要分为三层：处于系统顶端的管理层、中间的控制层以及位于底层的设施设备仪表层，系统结构图如图3.1所示。图3.1 智能供水管控系统结构图（1）系统管理层由数据库服务器、应用程序服务器和操作站组成智能供水管控系统管理层，用户通过管理层远程监控泵房出水、营区用水计量、管路阀门状态、管道压力等信息，并通过上位机管理信息系统对采集数据进行统计汇总和展示，实时监控营区供水情况。管理层中，数据服务器采用基于OPC（Object Linking and Embedding for Process Control，用于过程控制的对象连接与嵌入) 16的实时数据通信技术，用于从控制层获取供水设备

32、实时数据，并进行数据的整理、容错、分析和存储工作；应用程序服务器即工程师站，采用全集成自动化（TIA）技术17，用于制定和调整智能供水系统的控制方案和策略，并将制定的方案同步更新到控制层。同时工程师站通过WinCC工控软件18组态智能供水管控系统人机交互界面，并通过WebNavigater软件将界面发布到网络，使操作站可以进行连接和访问，以远程监测和控制营区供水情况；操作站即用户所使用的计算机终端，用于作为OPC客户端从数据服务器获取各个供水设备的检测数据，从应用程序服务器获取智能供水系统的管控界面，以良好人机界面直观地展示和控制营区供水情况。如图3.2。图3.2 智能供水管控系统（2）系统控

33、制层控制层为自主研发的数字营区测控分机。数字营区测控分机是构建设施设备监控和管理的网络体系中枢，主要由中央处理器及通讯、电源模块等组成，集成了数据采集传输、设施设备控制、通讯协议转换和设备故障诊断等多种功能，是营区供水设施设备的一体化管理和存储、交换、处理数据的集成控制设备。数字营区测控分机具体组成如下：中央处理器采用西门子S7-1200 CPU 1214C可编程逻辑控制器，采集智能设备实时通信数据并进行预处理后传输给管控系统管理层进行统计汇总和展示；模拟量输入电路用于压力变送器、温度变送器等非智能设备的模拟量信号采集，并将采集的数据送给中央处理器；通讯模块即总线接口电路，主要包含Modbus

34、通信模块和Profibus通信模块，用于采集智能水表用水量和变频器运行等设备运行实时参数，并将采集的数据送给中央处理器。同时通讯模块接收中央处理器的控制命令，远程控制智能设备；输入输出接口板，采用基板和可拆卸的驱动模块相组合的结构，用于实现对泵、阀等设备的控制，同时隔离驱动并提供延时保护及互斥保护；电源模块用于提供输出电压额定值为24V DC的直流电压。数字营区测控分机通过可编程逻辑控制器PLC及其内置程序，将仪表层中变频器、智能水表、压力传感器等设备采集的数据进行存储、转化、筛选等处理，并将数据通过局域网或工业以太网传输给上位工控机和管理信息系统；同时接受来自上位机管理信息系统的指令信息，对

35、变频器、阀门等现场终端设备进行远程控制和自动调节。（3）系统仪表层仪表层主要由变频器、智能水表、智能阀门、压力传感器、智能龙头等现场设备组成，现场终端设备将监测点的采集数据转化为易于测量的模拟信号或数字信息，并通过Modbus、Profibus等现场总线通信协议将数据传输到数字营区测控分机进行分析处理；同时这些设施设备接受来自测控分机的指令，传送营区供水情况或改变设备运行参数。3.1.3系统组成在智能供水管控系统中，营区供水管控典型流程为：市政供水或自抽水在泵房经水泵加压后通过供水管网实现向营区各用户终端供水，此时根据泵房管压传感器检测的压力数据，变频器通过PID控制19设定来自动调节电机转速

36、，保持泵房出水压力恒定；在营区管道、用水终端安装智能水表和电动阀门、管压传感器，实时监测营区供水压力和用户用水计量，可根据用水量、管压等采集参数自动或手动远程调节各级供水线路的阀门，控制对应供水线路通断，实现远程计量、渗漏监测、欠费控制，满足供水管理需求。淋浴房控水管理子系统管理软件将射频卡片和使用者建立对应关系，使用者通过射频卡和智能控水器来控制阀门开闭，并依据设定的计费标准计费。在营区绿化带加装电磁阀、自动喷淋头和土壤湿度传感器，绿化喷淋管控子系统将根据用户设定或根据土壤湿度传感器传输的土壤湿度数据自动控制绿化供水，开启或关停电磁阀门和喷淋头，调节喷淋时间和喷淋范围，实现绿化智能喷淋。系统

37、控制流程图如图3.3所示。图3.3智能供水管控系统控制流程图（1）泵房出水恒压控制市政供水或自抽水进入营区泵房后，经过水泵加压向营区用户、淋浴房和绿化供水。为保证泵房出水压力恒定，采用可编程逻辑控制器PLC和变频器对出水压力进行PID控制。泵房出水恒压控制的原理是将预设的出水压力值作为给定值，压力变送器测量得到的出水压力作为反馈值，输入PLC，由PID控制模块经过运算后输出控制信号至变频器，变频器根据此信号输出相应的频率驱动水泵，使其按照规定的转速控制供水量好水压，从而实现泵房出水的恒压控制，见图3.4。图3.4 泵房出水恒压控制原理（2）供水管网压力实时监测在水泵房、营区供水主管路或其它需要

38、测定供水压力的管道处安装支持Modbus协议或模拟量输出的管压传感器，通过RS485总线等传输线路将测量的压力数据传送到中央处理器，再由中央处理器将管压信息进行线性标定等预处理后通过工业以太网传输至上位机管理信息系统，并在管理层的用户界面上进行展示。管理员可通过采集的数据监测营区供水管网实时压力，及时作出调整，如图3.5位供水管网监测图。图3.5 供水管网监测（3）营区用水自动计量智能供水管控系统对营区总用水量和各分户用水量进行自动计量和计费管理。在营区供水管路或用水终端等需要进行用水计量的管道处安装支持Modbus协议的智能水表，智能水表将根据中央处理器预置的周期来定时采集、传输水表读数，并

39、通过RS485现场总线将水表读数实时传输至数字营区测控分机，由测控分机PLC将数据通过工业以太网传输至上位机管理信息系统，并在管理层的用户界面上进行统计汇总后展示，实现实时计量和远程抄表。管理员可以根据上位机中智能供水管控系统用户界面实时掌握营区各用户用水情况，做出相应控制处理。（4）供水管网智能控制智能供水管控系统可根据用户用水量和用水配额、缴费情况等远程控制电动阀门的开闭，实现供水管网的智能管理。在营区供水管路和用水终端等需要进行远程控制的管道处安装支持Modbus协议或开关量控制的电动阀门，电动阀门通过RS485现场总线等传输线路将当前开闭状态传送给测控分机并展示在上位机系统用户界面。测

40、控分机采集阀门的当前状态，根据系统预置的控制策略如配额耗尽、用户欠费等情况，判断是否达到阀门动作条件，若达到动作条件则对阀门发送开、闭指令，并判断预定动作是否实现。同时，管理员可以根据用户用水量和缴费情况或针对管路爆裂、泄露等紧急情况对阀门进行远程控制。管理员点击系统用户界面上“开阀”或“关阀”按钮，上位机将指令发送给测控分机，测控分机对发送指令进行解析，分析指令内容、定位阀门位置，然后将处理后的指令发送给指定阀门，实现预定的开阀或关阀动作，图3.6为智能水表远程控制界面。图3.6智能水表远程控制（5）淋浴房控水管理淋浴房控水管理系统主要由管理子系统和控制子系统组成，两者间通过数据通信网络连接

41、，实现彼此间的数据交换。管理子系统即系统管理软件，负责完成用户管理、IC卡管理等功能；控制子系统包括射频卡、智能控水器、计量单元、阀门，系统以非接触式IC卡作为使用媒介。管理平台将卡片和使用者建立对应关系，使用者持射频卡接近智能控水器的读卡区，智能控水器读取卡片信息，判定卡片是否满足所须条件，而后确定是否开阀。若开阀，依据设定的计费标准计费，直到使用完毕，计费停止，关闭阀门。淋浴房控水管理单元是一种新型的公共浴室智能化管理系统，能有效解决目前公共浴室用水浪费严重的问题，促使浴室用水人员主观自主节水。（6）绿化喷淋管控在营区绿化带加装电磁阀、自动喷淋头和土壤湿度传感器，通过RS485总线等传输线

42、路接入供水管控系统。用户可以设定每日定时喷淋时间和范围，系统则会根据用户设置自动喷淋；或根据土壤湿度传感器传输的土壤湿度数据，启动供水系统，开启电磁阀门和喷淋头，自动调节喷淋时间，实现绿化智能喷淋，见图3.7。图3.7绿化喷淋远程管控3.1.4软件功能智能供水控制系统实现以下功能：监控界面构建。采用电气、机械类标准符号，在营区供水管网图上标识出智能水表、电动水阀、水压传感器、变频控制器等设备位置及运行状态参数，形成营区供水系统监控界面。(1)监控数据联动。按照Modbus协议,运用WinCC工控组态软件，建立控制界面标准符号与供水系统节点的对应关系，实现供水系统监控数据联动。(2)供水智能管控

43、。定时读取智能水表计量数据，实现营区水表远程抄录；自动计算主、支水管水表读数差值，实现水管泄漏实时报警；采集水压传感器压力变化数据，通过变频器自动控制水泵，实现营区恒压供水；根据需要发送电动水阀控制指令，实现水阀远程开断；计量用户洗浴用水消耗，实现持卡消费；通过设置每日绿化喷淋时间、范围和采集土壤湿度传感器20实时数据，自动启停绿化供水，实现智能喷淋。(2)用水数据分析。根据营区用水单位消耗标准分配用水指标，定期采集消耗数量，统计分析用水消耗情况，网上公示用水单位用水指标、消耗数量、指标余额等信息。按需预售用水指标，定期采集消耗数量；用水指标余额不足时，自动发送短信提醒用户；超过预售指标自动断

44、供。3.2智能供电管控系统3.2.1系统概述智能供电管控系统是综合运用传感监测、智能控制等信息技术手段，将传统的供电设施设备改造为具有感知、传输、控制能力的智能设备，依托营区信息网络构建供电管控物联网，实现数据采集、传输、远程监控和管理的计算机智能管控系统。智能供电管控系统包括变配电室监控、用户用电量监控、路灯管控等组成单元，具有变压器经济运行、用电实时计量、电路远程通断等多种智能管控功能。3.2.2系统结构智能供电管控系统结构主要分为三层：处于系统顶端的管理层、中间的控制层以及位于底层的设施设备仪表层，系统结构图如图3.8所示。图3.8 智能供电管控系统结构图（1）系统管理层智能供电管控系统

45、管理层由数据服务器、应用程序服务器和操作员站组成，用户通过管理层远程监控开闭所、配电室的高低压供配电信息、变压器经济运行参数、营区用电计量、营区路灯开关等信息，并通过上位机管理信息系统对采集数据进行统计汇总和展示，实时监控营区供电情况。管理层中，数据服务器采用基于OPC实时数据通信技术，用于从控制层获取底层设备实时数据，并进行数据的整理、容错、分析和存储工作；应用程序服务器，采用全集成自动化（TIA）技术，用于制定和调整智能供电系统的控制方案和策略，并将制定的方案同步更新到控制层。同时应用程序服务器通过WinCC工控软件组态智能供电管控系统人机交互界面，并通过WebNavigator软件将界面

46、发布到网络，使操作员站可以进行连接和访问，以远程监测和控制营区供电情况；操作员站即用户所使用的计算机终端，用于作为OPC客户端，从数据服务器获取各个供电设备的检测数据，从应用程序服务器获取智能供电系统的管控界面，以良好人机界面直观地展示和控制营区供电情况。（2）系统控制层控制层为自主研发的数字营区测控分机。数字营区测控分机是构建设施设备监控和管理的网络体系中枢，主要由中央处理器及通讯、电源模块等组成，集成了数据采集传输、设施设备控制、通讯协议转换和设备故障诊断等多种功能，是营区供电设施设备的一体化管理和存储、交换、处理数据的集成控制设备。数字营区测控分机具体组成：中央处理器采用西门子S7-12

47、00 CPU 1214C可编程逻辑控制器21，采集智能设备实时通信数据并进行预处理后传输给管控系统管理层进行统计汇总和展示；模拟量输入电路用于温湿度变送器等设备的模拟量信号采集，并将采集的数据送给中央处理器；通讯模块即总线接口电路，主要包含Modbus通信模块和Profibus通信模块，用于采集智能电表用电量、变压器等设备运行实时参数，并将采集的数据送给中央处理器。同时通讯模块接收中央处理器的控制命令，远程控制智能设备；输入输出接口板，采用基板和可拆卸的驱动模块相组合的结构，用于实现对断路器等设备的控制；电源模块用于提供输出电压额定值为24V DC的直流电压。数字营区测控分机通过可编程逻辑控制

48、器PLC及其内置程序，将仪表层中断路器、多功能测量仪表、温湿度传感器等设备采集的数据进行存储、转化、筛选等处理，并将数据通过局域网或工业以太网传输给上位工控机和管理信息系统；同时接受来自上位机管理信息系统的指令信息，对断路器等现场终端设备进行远程控制和自动调节。（3）系统仪表层仪表层主要由高、低压断路器、温湿度传感器、多功能检测仪、智能电表、路灯控制器等现场设备组成，现场终端设备将监测点的采集数据转化为易于测量的模拟信号或数字信息，并通过Modbus、Profibus等现场总线通信协议将数据传输到数字营区测控分机进行分析处理；同时这些设施设备接受来自测控分机的指令，传送营区供电情况或改变设备运

49、行参数。3.2.3系统组成智能供电管控系统包括变配电室监控、用户用电量监控、路灯管控等组成单元，供电智能管控典型流程为：外部供电通过变电所降压后经配电室向营区各线路供电。在开闭所、配电室安装多功能检测仪、温湿度变送器、断路器等智能设备，采集参数供用户实时监测开闭所、配电室工作情况。通过在变压器低压侧安装多功能检测仪采集变压器参数，根据参数执行既定调整策略调整变压器工作状态，达到节能减耗的目的。在各供电终端安装智能电表及断路器，远程采集用户用电数据进行分析实现营区用电远程计量、欠费控制，满足供电管理需求，见图3.9。图3.9 营区供电工艺流程图（1）变配电监控管理在变配电室安装支持Modbus协

50、议的温湿度检测仪、多功能检测仪、隔离开关、接地开关、断路器等设备，通过RS485总线等传输线路将测量的变配电室环境温湿度、各线路的电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素及开关、断路器状态等数据传送到中央处理器，再由中央处理器将采集信息进行预处理后通过工业以太网传输至上位机管理信息系统，并在管理层的用户界面上进行展示。有权限的管理员还可根据实时信息在用户界面控制变配电室设备，如改变断路器状态以控制电路通断等。 （2）变压器经济运行控制在变压器低压侧安装支持Modbus协议的多功能检测仪，通过RS485总线等传输线路将测量的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率等信息传送到中央处理器，

51、再由中央处理器结合变压器技术参数，计算出不同工作负荷条件下的变压器综合功率损耗，比较不同运行方式下综合功率损耗大小，择优选择变压器的运行方式，使变压器一直处于损耗最小的运行状态。变压器运行状态信息通过工业以太网传输至上位机管理信息系统，并在管理层的用户界面上进行展示。管理员可实时监测变压器的工作状态，必要时可手动对其作出调整。（3）营区用电自动计量智能供电管控系统对营区总用电量和各分户用电量进行自动计量和计费管理。在营区供电线路或用电终端等需要进行用电计量处安装支持Modbus协议的智能电表，智能电表将根据中央处理器预置的周期来定时采集、传输电表读数，并通过RS485现场总线将电表读数实时传输

52、至数字营区测控分机，由测控分机PLC将数据通过工业以太网传输至上位机管理信息系统，并在管理层的用户界面上进行统计汇总后展示，实现实时计量和远程抄表，如图3.10。图3.10 远程电表抄读（4）供电网络智能控制智能供电管控系统可根据用户用电量和用电配额、缴费情况等远程控制断路器的开闭，实现供电网络的智能管理。在营区供电网络和用电终端等需要进行远程控制处安装支持Modbus协议或开关量控制的智能断路器22，断路器通过RS485现场总线等传输方式将当前开闭状态传送给测控分机并展示在上位机系统用户界面。测控分机采集断路器的当前状态，根据系统预置的控制策略如配额耗尽、用户欠费等情况，判断是否达到断路器动

53、作条件，若达到动作条件则对断路器发送开、断指令，并判断预定动作是否实现。同时，管理员可以根据用户用电量和缴费情况或针对供电线路漏电等紧急情况对断路器进行远程控制。管理员点击系统用户界面上“开”或“断”按钮，上位机将指令发送给测控分机，测控分机对发送指令进行解析，分析指令内容、定位断路器位置，然后将处理后的指令发送给指定断路器，实现预定的开或断动作，如图3.11智能电表控制界面。图3.11智能电表控制界面（5）营区路灯管控在营区安装智能路灯和光照度传感器，通过RS485总线等传输线路接入供电管控系统。用户可以定期向路灯控制器发送营区路灯季节性开关时间控制指令，设定每日开关路灯时间，系统会根据用户

54、设置自动开关路灯，实现无人值守；或根据光照度传感器传输的营区光照度数据选择路灯开启策略，自动调节开关时间，实现营区路灯智能管控。3.2.4软件功能智能供电管控系统实现以下功能：监控界面构建。采用电气、机械类符号在营区供电线路图上标识出智能电表、断路器、路灯控制器、温湿度检测仪等设备位置及运行状态参数，形成营区供电系统监控界面。(1)监控数据联动。按照Modbus协议, 运用WinCC工控组态软件，建立控制界面标准符号与供电系统节点的对应关系，实现供电系统监控数据联动23。(2)供电智能管控。定时读取智能电表计量数据，实现营区电表远程抄录。线路检修或者紧急情况时，发送电闸关断控制指令，实现电闸远

55、程控制或者人工手动关断。(3)供电数据分析。根据营区用电单位消耗标准分配用电指标，定期采集消耗数量，统计分析用电消耗情况，网上公示用电单位用电指标、消耗数量、指标余额等信息。用电住户按需预售用电指标，定期采集消耗数量；指标余额不足度时，自动发送短信提醒用电住户；超过预售指标时，控制智能电表自动断电。(4)路灯智能管控。定期向路灯控制器发送营区路灯夜间季节性开关时间控制指令，或结合室外光线照度数据，自动实现路灯定时开关；特殊需要时，直接向路灯控制器发送开关指令，实现路灯远程控制。3.3智能供暖管控系统3.3.1系统概述智能供暖管控系统是综合运用传感监测、智能控制等信息技术手段，将传统的供暖设施设

56、备改造为具有感知、传输、控制能力的智能设备，依托营区信息网络构建供暖管控物联网，实现数据采集、传输、远程监控和管理的计算机智能管控系统。智能供暖管控系统一般包括锅炉房管控、热水管网管控、用户用热管控等组成单元，具有出回水恒温恒压控制，热水管网温度、压力的实时监测等多种智能管控功能。3.3.2系统结构智能供暖管控系统结构主要分为三层：系统顶端的管理层、中间的控制层以及底层的设施设备仪表层，系统结构图3.12。图3.12智能供暖管控系统结构（1）智能供暖管控系统管理层由数据库服务器、应用程序服务器和操作站组成，用户通过管理层远程监控锅炉房管道温度、管道压力，营区供暖温度、管路阀门状态、管道压力等信

57、息，并通过上位机管理信息系统对采集数据进行统计汇总和展示，实时监控营区供暖情况。管理层中，数据服务器采用基于OPC（Object Linking and Embedding for Process Control，用于过程控制的对象连接与嵌入)的实时数据通信技术，用于从控制层获取供水设备实时数据，并进行数据的整理、容错、分析和存储工作；应用程序服务器即工程师站，采用全集成自动化（TIA）技术，用于制定和调整智能供暖系统的控制方案和策略，并将制定的方案同步更新到控制层。同时工程师站通过WinCC工控软件组态智能供暖管控系统人机交互界面，并通过WebNavigater软件将界面发布到网络，使操作站

58、可以进行连接和访问，以远程监测和控制营区供暖情况；操作站即用户所使用的计算机终端，用于作为OPC客户端从数据服务器获取各个供暖设备的检测数据，从应用程序服务器获取智能供暖系统的管控界面，以良好人机界面直观地展示和控制营区供暖情况。（2）控制层为自主研发的数字营区测控分机。数字营区测控分机是构建设施设备监控和管理的网络体系中枢，主要由中央处理器及通讯、电源模块等组成，集成了数据采集传输、设施设备控制、通讯协议转换和设备故障诊断等多种功能，是营区供暖设施设备的一体化管理和存储、交换、处理数据的集成控制设备。数字营区测控分机具体组成如下：中央处理器采用西门子S7-1200 CPU 1214C可编程逻

59、辑控制器，采集智能设备实时通信数据并进行预处理后传输给管控系统管理层进行统计汇总和展示；模拟量输入电路用于压力变送器、温度变送器等非智能设备的模拟量信号采集24，并将采集的数据送给中央处理器；通讯模块即总线接口电路，主要包含Modbus通信模块和Profibus通信模块，用于采集管温传感器、管压传感器和变频器等设备运行实时参数，并将采集的数据送给中央处理器。同时通讯模块接收中央处理器的控制命令，远程控制智能设备；输入输出接口板，采用基板和可拆卸的驱动模块相组合的结构，用于实现对泵、阀等设备的控制，同时隔离驱动并提供延时保护及互斥保护；电源模块用于提供输出电压额定值为24V DC的直流电压。数字

60、营区测控分机通过可编程逻辑控制器PLC及其内置程序，将仪表层中变频器、管压传感器、管温传感器、热量表等设备采集的数据进行存储、转化、筛选等处理，并将数据通过局域网或工业以太网传输给上位工控机和管理信息系统；同时接受来自上位机管理信息系统的指令信息，对变频器、阀门等现场终端设备进行远程控制和自动调节。（3）系统仪表层仪表层由电动调节阀、管温传感器、管压传感器、变频器、水泵、热量表、温控仪等现场设备组成，通过Modbus、Profibus等现场总线协议传输数据。现场终端设备将监测点的采集数据转化为易于测量的模拟信号或数字信息，并通过Modbus、Profibus等现场总线通信协议将数据传输到数字营

61、区测控分机进行分析处理；同时这些设施设备接受来自测控分机的指令，传送营区供暖情况或改变设备运行参数。3.3.3系统控制智能供暖管控系统一般包括锅炉房管控、热水管网管控、用户用热管控等组成单元，营区供暖管控典型流程为：供暖系统中的温度变送器及压力变送器采集系统各点的温度、压力参数，根据采集的参数，变频器通过输出频率改变炉前泵转速来控制锅炉房出水压力；变频器通过控制电动调节阀的开度控制进入混水器的热水流量，保持锅炉房出水恒压恒温。之后，通过变频器调节循环泵转速来控制锅炉房回水温度；调节补水泵转速来控制锅炉房回水压力，保持锅炉房回水恒温恒压。在锅炉房出水口和各分户进水口安装管压传感器、管温传感器，实

62、时监测热水管网压力和温度，管理员可根据管压、管温等采集参数及时作出调整。在锅炉房出水口和各分户进水口安装热量表，管理员可通过上位机，实现远程抄表25和计费管理。系统控制流程图如图3.13所示。图3.13 智能供暖管控系统控制流程（1）锅炉房管控为保证锅炉房出水恒压恒温、回水恒温恒压控制，采用可编程逻辑控制器PLC和变频器对出水压力、温度，回水压力、温度进行PID控制。由PLC的PID控制模块输出控制信号至变频器，变频器输出相应的频率驱动炉前泵，使其按照规定的转速控制供水量，实现锅炉房出水的恒压控制；PLC的PID控制模块输出控制信号至变频器，变频器输出相应的频率驱动循环泵，使其按照规定的转速控

63、制管网中热水的循环速度，实现锅炉房回水的恒温控制；由PID控制模块输出控制信号至变频器，变频器输出相应的频率驱动补水泵，使其根据需要向热水管网中补水，实现锅炉房回水的恒压控制。（2）管网温度压力监测在锅炉房出水口和各分户进水口安装支持Modbus协议的管温、管压传感器，通过RS485总线等传输线路将测量的压力、温度数据传送到中央处理器，再由中央处理器将管压信息进行线性标定等预处理后通过工业以太网传输至上位机管理信息系统，并在管理层的用户界面上进行展示。管理员可通过采集的数据监测营区热水管网实时压力、温度，及时作出调整。（3）用户用热自动计量智能供暖管控系统对营区总用热量和各分户用热量进行自动计

64、量和计费管理。在需要进行用热计量的场所安装支持Modbus协议的热量表，热量表将根据中央处理器预置的周期来定时采集、传输热量表读数，并通过RS485现场总线将热量表读数实时传输至数字营区测控分机，由测控分机PLC将数据通过工业以太网传输26至上位机管理信息系统，并在管理层的用户界面上进行统计汇总后展示，实现远程抄表和计费管理。管理员可以根据上位机中智能供暖管控系统用户界面实时掌握营区各用户用热情况，做出相应控制处理。（4）供暖管网智能控制智能供暖管控系统可根据预定的策略自动调节阀门的开度，实现供暖管网的智能管理。在营区供暖管路和供暖终端等需要进行远程控制的管道处安装支持Modbus协议或模拟量控制的电动调节阀，电动调节阀通过RS485现场总线等传输线路将当前开度传送给测控分机并展示在上位机系统用户界面。测控分机采集阀门的当前状态，根据系统预置的控制策略如温度控制、压力控制、用户欠费等情况，判断是否达到阀门动