基于机智云平台的泵站智能巡检系统

本文是由开发者设计开发的一款泵站智能巡检系统。该系统改变了常规的专人值守的工作模式，实现泵站运行状态的远程智能巡检工作，达到自动监测、故障报警、提前预测等功能。

随着我国水利事业不断发展，泵站在水利调用、工业生产等方面的应用日益增长。目前对泵站运行状态的监测仍然处于人工巡检为主的半自动化状态，这种方式有明显的区域局限性，对泵站工作人员通勤也会造成不便且无法及时获取泵站信息。

根据泵站智能巡检系统的应用需求，结合机智云平台完成了系统的远程通信组网。通过 WiFi 无线通信模块，将采集的泵站状态信息通过单片机串口上传至云端服务器或APP 应用软件；可在 APP 查看泵站的工作运行状态，实现泵站远程信息化的管理，达到管理模式的创新，提高工作人员的管理水平和工作效率，对分散的泵站状态巡检应用具有重要意义。

系统框架结构图

泵站巡检系统的功能设计

泵站的智能巡检系统是指在智能终端可实时查看泵站的运行状态、系统的健康运行情况，通过命令控制自动化设备执行相应操作；同时具有异常报警、状态分析及历史存储的综合自动化系统。根据对泵站的需求统计，此系统需具备以下功能来完成对泵站运行状态的智能巡检工作。

1. 泵站信息采集功能

巡检系统通过泵站现场各类传感器实时获取泵站运行状态信息，如：泵站水流速、水池水位、机组工作温度、轴承转速、电压电流等信息，便于实时查看泵站的状态信息。

2. 数据的传输功能

泵站与主机之间通过良好的数据通信，将采集的泵站状态信息和外部环境状态信息准确的发送至主机监控设备，主机再通过网络通信发送至终端设备，实现对泵站设备的远程控制管理及泵站信息的共享。

3. 数据处理功能

系统对泵站的各个部件和设备状态进行综合分析评价，对不符合变量设定值的劣质信息状态，根据不同等级类别发出警告信息，并记录故障报警信息；建立数据存储中心便于数据进行分类分时整理，便于查询历史工作状态、历史操作记录、预测未来泵站工作趋势。

4. 数据的显示功能

采集到的泵站状态信息经处理后，发送至控制中心的显示屏上。在显示屏上直观监测到泵站当前的运行状态，并能够获取泵站的历史状态参数、历史曲线图、相关操作记录等。

5. 控制功能

当主机对泵站发出控制信号后，按控制命令的规定对泵站的电动机组设备、继电器、断路器、阀门等设备进行对应的启停操作。

6. 远程监测

技术人员或者上级管理部门对泵站运行情况、控制管理可以通过远程终端设备实时查询泵站的状态信息，方便随时随地的了解泵站的运行状况，实现远程监控。当泵站运行出现罕见问题时，还可通过终端设备对问题进行学术诊断。

硬件结构

根据泵站状态巡视监测的功能，泵站状态巡检系统的硬件结构可以分为现场从机数据采集层、主机控制层、远程管理层。

软件结构

本系统的软件设计遵循软件工程设计的模块化思想，该思想使软件结构清晰有序，简单明了，易于编程设计也便于增添功能。将泵站巡检系统的功能模块化，分为数据采集通信模块、无线通信模块、故障报警模块、数据分析处理模块、移动应用终端等组成。

机智云固件GAgent

在完成WiFi的通信设计中，为了实现硬件与机智云平台的相互通信，须在 WiFi 模块上植入通讯固件 GAgent，并通过 Gizwits 协议接入机智云云端服务器。机智云GAgent 具有良好的通讯性能且不受平台的约束，被广泛用于设备数据、机智云端、APP 之间做通信桥梁。

将机智云GAgent 固件烧录进ESP8266 模块中，实现与云端的通信，可以将串口数据转发给云端数据上传至 APP 端，也可以将云端数据通过 WiFi 模块传送至单片机供设备使用。

WiFi通信流程图

移动端 APP 的设计

为了方便对泵站运行状态的远程实时监控，可以将数据传输至服务器，通过移动终端对泵站状态进行监测并控制泵、阀的启停，实现泵站的现代信息化运行，达到管理模式创新。当泵站运行出现疑难故障问题时，还可以请专家根据远程实时状态进行科学分析，便于及时发现问题、解决问题。

机智云平台是智能硬件开发与云服务平台，可以面向个人、企业开放使用。机智云还提供 APP 与微信小程序的 SDK，只需要在该基础上进行修改，即可以对移动端应用进行开发。

1、APP 开发平台

泵站巡检系统的移动端 APP由机智云平台提供自助式的智能硬件开发和开放的云服务器，包括机智云端、机智云设备端和 SDK。机智云平台作为国内最大的智能硬件自主开发和云服务平台主要涉及设备、云服务和手机三大部分。

机智云中 WiFi 设备包含两个部分，一部分 GAgent 的作用是数据的转发，它是设备数据、云服务和手机之间的数据桥梁；另一部分 MCU 的作用是直接与硬件设备的通讯。

对于设备接入云端服务器有两种方式，本泵站巡检系统采用的是 MCU 方案，主要对该方案展开研究，机智云的接入导向如下图所示。将传感器采集到的状态信息通过总线方式发送至 MCU，智能硬件获取的信息通过 MCU 串口协议连接的通信模块 WiFi 发送至云端 API，WiFi 模块 GAgent 部分的作用就是发送数据。

MCU与云端通信

2、APP 开发流程

对于泵站巡检系统来说，要在移动端 APP 上实现对泵站运行状态实时查询，对运行设备的控制管理，对历史状态的查询，警示提醒功能等。实现的第一步需要把存储在MCU 中的传感器采集到的泵站状态信息通过 WiFi 设备的 GAgent 功能发送至云端。首先将实体设备建立 Product Key，创建新的档案，系统自动生成 Product Key，如下图完成数据点的创建。

在产品档案中创建一个应用，添加设备端数据通信口，设置数据传输形式。

在基本信息中找到 Product Key 对应的 Product Secret 的密钥，复制粘贴到 MCU 开发中的空白处，使得传感器数据点与 MCU 连接，生成源代码。将代码下载至本地，打开下载的文件复制 Gizwits 文件夹到泵站巡检系统的 KEIL 文件夹中，植入与机智云平台的连接代码。

创建硬件设备端与机智云云端服务器的连接后，要进行 APP 的开发设计，良好的APP 软件可以更方便更直观的观测到泵站的状态，带来良好的用户体验，同时也会发挥出设备的价值，逐渐丰富对泵站的智能化设计。

在手机 APP 开发过程中，可以根据不同的需求在源码中添加模块。还可以通过 UI界面设计，使的 APP 界面变得美观整洁。通过设计人机交互显示，可在显示设备实时显示泵站运行的状态信息；并研究设计移动终端 APP，使其实现通过 WiFi 无线网络将泵站信息传输至远程终端设备。

系统设计成品展示

总结

通过建立远距离分散式泵站群的巡检管理系统，实现泵站运行数据的远程实时通信，泵站状态提前预测、故障状态报警等自动化控制功能，以减少人员值班或无人值班为目标的泵站稳定运行系统。

基于机智云平台创建 APP，建立主机与 APP 之间的双向通信模式。针对系统采集的信号类型不同，对信号进行转换，实现远程监测泵站状态，远程调控。工作人员通过登录移动 APP 账号，可对泵站运行状态信息进行实时查询。