軍區(qū)總醫(yī)院系統(tǒng)集成上位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

分類：技術(shù)教程日期：2012-02-22 00:00:00 來源：山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院孟憲朋何小虎《控制與傳動》第6期

【摘要】通過使用電能虧損監(jiān)控系統(tǒng)、給水監(jiān)控系統(tǒng)、中央空調(diào)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)四個子系統(tǒng)集成的上位監(jiān)控管理系統(tǒng)能使醫(yī)院管理者快速高效的完成醫(yī)院的日常管理，提高統(tǒng)一調(diào)度的能力，解決了控制部門分散，資金整合力差的問題，避免了由于系統(tǒng)分散所造成的人力、物力浪費(fèi)，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)資源的共享，大量減少操作管理人員和設(shè)備維修人員的數(shù)量，提高人員效率，保證醫(yī)院高效運(yùn)行。

　　一引言

　　軍區(qū)總醫(yī)院的總體現(xiàn)狀是：目前醫(yī)院的樓宇監(jiān)控系統(tǒng)是各個樓宇單獨(dú)的控制系統(tǒng)。師職樓、醫(yī)技樓，住院部三幢樓內(nèi)都有各自的安防監(jiān)控系統(tǒng)、給水監(jiān)控系統(tǒng)、電能損耗監(jiān)控系統(tǒng)、中央空調(diào)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)，電梯運(yùn)行系統(tǒng),三幢樓實行單獨(dú)控制。分散的控制不僅不能實現(xiàn)各個子系統(tǒng)之間的資源共享功能，反而造成了大量人力物力的浪費(fèi)，增大管理者統(tǒng)一管理的難度。

　　而集成化的醫(yī)院管理能大大提高資源整合力度和人員的工作效率，滿足現(xiàn)代化醫(yī)院管理的要求。有調(diào)查表明：經(jīng)過各個子系統(tǒng)的集成，能節(jié)約人事成本30%；延長設(shè)備使用壽命；節(jié)約能源，每年水電費(fèi)可節(jié)約10%-15%，若每年用電100萬度，則每年可直接節(jié)約電量10萬度以上，經(jīng)濟(jì)價值為8萬左右；達(dá)到短期投資，長期收益的目的，并且可以適應(yīng)未來發(fā)展的需求；系統(tǒng)的可擴(kuò)展性更加靈活，系統(tǒng)集成之后，接口更具有開放性，許多標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，比如網(wǎng)絡(luò)接口，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等都能注入系統(tǒng)，使系統(tǒng)的容量加大化，運(yùn)行的穩(wěn)定性加強(qiáng)；另外，系統(tǒng)集成后，醫(yī)院的自動化水平能得到很大程度的提高，方便綜合協(xié)調(diào)個子系統(tǒng)的工作，減低誤操作率，系統(tǒng)冗余設(shè)計實現(xiàn)更加合理化和實用化，這些都能延長設(shè)備的使用壽命、降低故障率、提高醫(yī)院的整體維護(hù)和管理效率，較少無謂的能源損耗。為了實現(xiàn)醫(yī)院的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化，數(shù)字化管理，系統(tǒng)集成勢在必行。

　　二系統(tǒng)分析

　　技術(shù)可行性研究過程中，系統(tǒng)分析員應(yīng)采集系統(tǒng)性能、可靠性、可維護(hù)性和可生產(chǎn)性方面的信息；分析實現(xiàn)系統(tǒng)功能和性能所需要的各種設(shè)備、技術(shù)、方法和過程；分析項目開發(fā)在技術(shù)方面可能擔(dān)負(fù)的風(fēng)險以及技術(shù)問題對開發(fā)成本的影響。

　　本系統(tǒng)涉及的技術(shù)主要是數(shù)據(jù)庫和一門可視化開發(fā)的編程語言以及數(shù)據(jù)庫訪問接口，目前流行的幾種數(shù)據(jù)庫主要包括：Access數(shù)據(jù)庫，SQLServer數(shù)據(jù)庫，ORACLE數(shù)據(jù)庫應(yīng)用服務(wù)器以及MySQL數(shù)據(jù)庫，上述幾種數(shù)據(jù)庫都能滿足本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲要求。

　　可視化編程語言主要有VisualBasic，VisualC++，Java等，其中VisualBasic，VisualC++都能與Access數(shù)據(jù)庫、SQLServer數(shù)據(jù)庫等建立無縫鏈接。

　　三系統(tǒng)總體設(shè)計

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)規(guī)劃

　　本系統(tǒng)（如圖2所示）采用主從工作模式，通信總線上并掛著多臺下位機(jī)，每一臺下位機(jī)都是平等的。上位機(jī)為了能識別下位機(jī)，需要對每一臺下位機(jī)進(jìn)行編址，即一個類似于以太網(wǎng)卡MAC地址的十六進(jìn)制編號。這個地址編號在該RS485總線上是獨(dú)一無二的。當(dāng)上位機(jī)需要監(jiān)控目標(biāo)下位機(jī)時，首先發(fā)出具有編號的地址幀于RS485總線上，此時總線上的每一臺下位機(jī)都將接收到這個地址幀，并進(jìn)行判斷。若目標(biāo)地址與自身相符，說明該下位機(jī)被選中，要求接收發(fā)送監(jiān)控數(shù)據(jù)，即收發(fā)數(shù)據(jù)幀信息，否則，退出并回到接收地址幀狀態(tài)。數(shù)據(jù)的交換過程(包括建立連接和交換數(shù)據(jù))采用一問一答的方式，上位機(jī)詢問了下位機(jī)，下位機(jī)才給予應(yīng)答，收到應(yīng)答后，數(shù)據(jù)交換才繼續(xù)進(jìn)行下去。這樣的方式可以避免多個下位機(jī)間沒有次序的數(shù)據(jù)通信，擾亂整個網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的傳輸。

　　本系統(tǒng)中由于軍區(qū)總醫(yī)院所含科室較多，水表，電表，溫度傳感器，濕度傳感器等現(xiàn)場設(shè)備也很多,各物理量相應(yīng)的采集器與上位機(jī)通訊并傳送數(shù)據(jù)，采集器不可能時時刻刻不停的給上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)，同時上位機(jī)也不能老是在接受數(shù)據(jù)。上位機(jī)與采集器采用主從結(jié)構(gòu)，也就是上位機(jī)給采集器相應(yīng)的控制碼（具體的編碼見圖1），該控制碼對應(yīng)著某一科室的某一表，各采集器收到控制碼之后，將相應(yīng)控制碼對應(yīng)的科室的對應(yīng)表值信息傳送到上位機(jī)。這樣既能避免數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟煌暾裕痔岣吡藬?shù)據(jù)采集的效率和正確性。

　　2 編碼設(shè)計

　　編碼的設(shè)計包括采集器的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的存放格式，采集器向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)的格式以及上位機(jī)給下位機(jī)的控制碼的格式。比如科室號的編碼。采集器向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)的格式和上位機(jī)給采集器控制碼格式是由硬件（采集器）的數(shù)據(jù)傳輸格式?jīng)Q定的。下面列出主要參數(shù)的編碼。

圖1-1科室號編碼

　　(2)下位機(jī)往上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)格式

圖1-2下位機(jī)往上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)編碼

圖1-3上位機(jī)控制碼

圖2系統(tǒng)層次圖

　　四系統(tǒng)模擬現(xiàn)場調(diào)試

　　系統(tǒng)調(diào)試時，缺少實際硬件（電表、水表、溫度傳感器、濕度傳感器，攝像頭），沒法進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。所以只能在實驗室模擬上位監(jiān)控。模擬分三個階段，選擇的依據(jù)是串口事件處理子模塊中的手動處理和自動采集要求以及上位機(jī)與采集器的主從結(jié)構(gòu)。

　　第一階段：手動處理串口事件

　　（1）模擬設(shè)備：兩臺微機(jī)，一條RS232串口線；模擬軟件：串口調(diào)試助手

　　（2）設(shè)計思路：當(dāng)接受緩沖區(qū)接受到11個字節(jié)（一幀數(shù)據(jù)）時，將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中。

　　（3）具體實現(xiàn)：在下位機(jī)（其中一臺微機(jī)）上利用串口調(diào)試助手手動發(fā)送數(shù)據(jù)幀（符合下位機(jī)向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)的編碼格式），上位機(jī)運(yùn)行程序，并且在串口事件處理窗口中選擇手動接受按鈕。

　　（4）模擬結(jié)果：電量、水量、采集時間、溫度，濕度等值都能采集到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中存儲，上位機(jī)監(jiān)控也能實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)圖表，實時曲線查詢功能。達(dá)到預(yù)期設(shè)計的要求—系統(tǒng)能否運(yùn)行。

　　（5）缺點(diǎn)：靈活性差，采集時間不能設(shè)定，只能滿足一對一的數(shù)據(jù)采集，缺乏實用性。

　　第二階段：定時采樣

　　大體過程和第一階段差不多，區(qū)別在于：在下位機(jī)（模擬采集器）發(fā)送數(shù)據(jù)改為定時發(fā)送，上位機(jī)串口事件處理窗口中選擇定時接受復(fù)選框。模擬結(jié)果達(dá)到預(yù)期的要求—向?qū)嶋H數(shù)據(jù)采集靠近。

　　第三階段：模擬實際的多臺從機(jī)（采集器）數(shù)據(jù)采集

　　（1）模擬設(shè)備：兩臺微機(jī)，一條RS232串口線；模擬軟件：下位機(jī)程序和數(shù)據(jù)庫，上位機(jī)程序和數(shù)據(jù)庫，上位機(jī)串口調(diào)試助手，下位機(jī)串口調(diào)試助手。

　　（2）設(shè)計思路和具體實現(xiàn)

　　下位機(jī)串口調(diào)試助手用于從下位機(jī)往上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)幀，上位機(jī)串口調(diào)試助手用于從上位機(jī)向下位機(jī)傳送控制碼；同時下位機(jī)上裝有下位機(jī)程序和數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中存放著科室號以及相應(yīng)的表值表碼，該數(shù)據(jù)庫就是起著模擬多臺從機(jī)作用。因為實際現(xiàn)場的各種表或傳感器的數(shù)字都來自某一具體的科室，采集器采集數(shù)據(jù)時，不僅采集了數(shù)值，同時還記錄了該表來自哪一幢樓，哪一層，哪一個科室，哪一個表，所以數(shù)據(jù)庫中的某一記錄，或者說某一表碼實際上代表了具體科室的具體表，也可以從采集器傳送的數(shù)據(jù)格式中看出。下位機(jī)程序的作用是接受上位機(jī)的控制碼，讀取控制碼數(shù)據(jù)幀中的表碼值，在表值表碼數(shù)據(jù)庫中查詢相應(yīng)表碼的記錄，將表值傳送給上位機(jī)。上位機(jī)程序接受數(shù)據(jù)幀，進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷后，讀取表碼表值，將這兩數(shù)據(jù)加上采集時間等參數(shù)保存到數(shù)據(jù)庫，供上位監(jiān)控（上位監(jiān)控主畫面如圖3所示）使用。

　　（3）模擬結(jié)果

　　首先數(shù)據(jù)采集功能能夠?qū)崿F(xiàn)，各種表值，傳感器值都能按要求采集到上位機(jī)并能存入數(shù)據(jù)庫相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，比如水表值保存到“水電空調(diào)數(shù)據(jù)”數(shù)據(jù)庫的WaterRealTime數(shù)據(jù)表中，空調(diào)的溫度值能采集到“三幢樓空調(diào)數(shù)據(jù)”數(shù)據(jù)表中，存入的數(shù)據(jù)不但有科室號、點(diǎn)表值、水表值、溫度值，還有采集時間。

　　其次上位監(jiān)控依次驗證各個功能模塊的實現(xiàn)情況。排除系統(tǒng)管理模塊、幫助模塊、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)模塊和報表，剩余的驗證重點(diǎn)集中在數(shù)據(jù)記錄查詢模塊、數(shù)據(jù)圖表模塊。驗證的結(jié)果是數(shù)據(jù)記錄查詢模塊運(yùn)行結(jié)果能夠查詢到查詢時刻之前的某一科室的所有記錄，包括用水、用電和空調(diào)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)圖表模塊重點(diǎn)驗證實時曲線功能，從X軸的刻度值與采集時間以及每個刻度對應(yīng)的縱坐標(biāo)值與采集值兩方面的比較驗證了實時曲線功能能夠?qū)崿F(xiàn)。