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

分類：技術教程日期：2012-02-22 00:00:00 來源：山東大學控制科學與工程學院孟憲朋何小虎《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，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備維修人員的數(shù)量，提高人員效率，保證醫(yī)院高效運行。

　　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)，電梯運行系統(tǒng),三幢樓實行單獨控制。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，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%；延長設備使用壽命；節(jié)約能源，每年水電費可節(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)濟價值為8萬左右；達到短期投資，長期收益的目的，并且可以適應未來發(fā)展的需求；系統(tǒng)的可擴展性更加靈活，系統(tǒng)集成之后，接口更具有開放性，許多標準技術，比如網(wǎng)絡接口，網(wǎng)絡協(xié)議等都能注入系統(tǒng)，使系統(tǒng)的容量加大化，運行的穩(wěn)定性加強；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)冗余設計實現(xiàn)更加合理化和實用化，這些都能延長設備的使用壽命、降低故障率、提高醫(yī)院的整體維護和管理效率，較少無謂的能源損耗。為了實現(xiàn)醫(yī)院的標準化、智能化，數(shù)字化管理，系統(tǒng)集成勢在必行。

　　二系統(tǒng)分析

　　技術可行性研究過程中，系統(tǒng)分析員應采集系統(tǒng)性能、可靠性、可維護性和可生產(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備、技術、方法和過程；分析項目開發(fā)在技術方面可能擔負的風險以及技術問題對開發(fā)成本的影響。

　　本系統(tǒng)涉及的技術主要是數(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)庫應用服務器以及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)總體設計

　　1 系統(tǒng)結構規(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，每一臺下位機都是平等的。上位機為了能識別下位機，需要對每一臺下位機進行編址，即一個類似于以太網(wǎng)卡MAC地址的十六進制編號。這個地址編號在該RS485總線上是獨一無二的。當上位機需要監(jiān)控目標下位機時，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都將接收到這個地址幀，并進行判斷。若目標地址與自身相符，說明該下位機被選中，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，上位機詢問了下位機，下位機才給予應答，收到應答后，數(shù)據(jù)交換才繼續(xù)進行下去。這樣的方式可以避免多個下位機間沒有次序的數(shù)據(jù)通信，擾亂整個網(wǎng)絡上數(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)場設備也很多,各物理量相應的采集器與上位機通訊并傳送數(shù)據(jù)，采集器不可能時時刻刻不停的給上位機傳送數(shù)據(jù)，同時上位機也不能老是在接受數(shù)據(jù)。上位機與采集器采用主從結構，也就是上位機給采集器相應的控制碼（具體的編碼見圖1），該控制碼對應著某一科室的某一表，各采集器收到控制碼之后，將相應控制碼對應的科室的對應表值信息傳送到上位機。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 編碼設計

　　編碼的設計包括采集器的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的存放格式，采集器向上位機傳送數(shù)據(jù)的格式以及上位機給下位機的控制碼的格式。比如科室號的編碼。采集器向上位機傳送數(shù)據(jù)的格式和上位機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)下位機往上位機傳送的數(shù)據(jù)格式

圖1-2下位機往上位機傳送的數(shù)據(jù)編碼

圖1-3上位機控制碼

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與采集器的主從結構。

　　第一階段：手動處理串口事件

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

　　（2）設計思路：當接受緩沖區(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（其中一臺微機）上利用串口調(diào)試助手手動發(fā)送數(shù)據(jù)幀（符合下位機向上位機傳送數(shù)據(jù)的編碼格式），上位機運行程序，并且在串口事件處理窗口中選擇手動接受按鈕。

　　（4）模擬結果：電量、水量、采集時間、溫度，濕度等值都能采集到相應的數(shù)據(jù)庫中存儲，上位機監(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。達到預期設計的要求—系統(tǒng)能否運行。

　　（5）缺點：靈活性差，采集時間不能設定，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（模擬采集器）發(fā)送數(shù)據(jù)改為定時發(fā)送，上位機串口事件處理窗口中選擇定時接受復選框。模擬結果達到預期的要求—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（采集器）數(shù)據(jù)采集

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

　　（2）設計思路和具體實現(xiàn)

　　下位機串口調(diào)試助手用于從下位機往上位機傳送數(shù)據(jù)幀，上位機串口調(diào)試助手用于從上位機向下位機傳送控制碼；同時下位機上裝有下位機程序和數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中存放著科室號以及相應的表值表碼，該數(shù)據(jù)庫就是起著模擬多臺從機作用。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。下位機程序的作用是接受上位機的控制碼，讀取控制碼數(shù)據(jù)幀中的表碼值，在表值表碼數(shù)據(jù)庫中查詢相應表碼的記錄，將表值傳送給上位機。上位機程序接受數(shù)據(jù)幀，進行數(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并能存入數(shù)據(jù)庫相應的數(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)備份與恢復模塊和報表，剩余的驗證重點集中在數(shù)據(jù)記錄查詢模塊、數(shù)據(jù)圖表模塊。驗證的結果是數(shù)據(jù)記錄查詢模塊運行結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的縱坐標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)。