基于無線遙測終端GPRS-RTU在農業(yè)灌區(qū)引水遠程監(jiān)控解決方案

基于無線遙測終端GPRSRTU在農業(yè)灌區(qū)引水遠程監(jiān)控解決方案引言隨著經濟的開展和人口的增加，人類對水資源的需求不斷增加，再加上存在對水資源的不合理開采和利用，很多國家和地區(qū)出現不同程度的缺水問題。水資源短缺已經成為全球性的問題，隨著經濟的開展，日益增長的用水需求與水資源短缺之間的矛盾迫使世界各國都在尋求解決的有效方法。因此，采用現代化手段，建設水資源實時監(jiān)控系統，動態(tài)掌握區(qū)域水資源變化及利用情況，最大限度的調控使用效率，是促進經濟社會可持續(xù)開展的迫切需要。灌區(qū)所具有的工程分散性、水情雨情變化性、農作物需水時效性、灌溉供水動態(tài)性、灌區(qū)性質特殊性等方面的特點，使灌區(qū)的水管理工作十分艱巨。灌區(qū)管理手段的先進程度，不僅反映我國科學技術的開展水平，也是確保灌區(qū)工程平安運行、實現水資源優(yōu)化配置、提高用水效率、保障灌區(qū)持續(xù)開展的實際需要。

灌區(qū)引水監(jiān)控系統的主要目的是解決引水工程各環(huán)節(jié)監(jiān)測點的數據采集和監(jiān)控。關鍵字：無線RTU；工業(yè)級RTU；水利監(jiān)控；2、系統組成該系統由監(jiān)控中心和各個水源監(jiān)測點組成，各個水源監(jiān)測點的數據采集終端〔CM550-52G〕可監(jiān)視和采集水位、壓力、流速、等各種數據，供控制中心及有關部門分析和決策取用，提高工作效率，保證引水質量，滿足灌區(qū)的用水量的需求。3、應用前景由于農業(yè)灌區(qū)用途的特殊性決定了灌區(qū)建設的特點是被測點多、分散、覆蓋面廣、通信距離遠，需集中管理。并且隨著農業(yè)的急速開展，對其網絡拓撲要求具有靈活性和擴展性的結構，因此，農業(yè)灌區(qū)通信方式的選擇應考慮如下問題：〔1〕通信的可靠性——通信系統要長期經受惡劣環(huán)境和較強的電磁干擾或噪音干擾的考驗，并保持通信的暢通。〔2〕建設費用——在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設費用及長期使用和維護的費用?！?〕雙向通信——不僅能實現信息量的上傳，還要實現控制量的下達?！?〕多業(yè)務的數據傳輸速率——隨著以后終端業(yè)務量的不斷增長，主站到子站、子站到終端之間通信對實現多業(yè)務的數據傳輸速率要求越來越高。〔5〕通信的靈活性和可擴展性——由于農區(qū)灌溉具有控制點面多、面廣和分散的特點，要求采用標準的通信協議，隨著“ALLIP〞網絡技術趨勢的開展以及電力運營業(yè)務的不斷增長，需要考慮基于IP的業(yè)務承載，同時要求便于安裝施工、調試、運行、維護。4、通訊方式通信是系統監(jiān)控的一個重點和難點，區(qū)域不同、條件不同，可應用的通信方式也不同，一般通信方式主要有有線方式和無線方式：〔1〕有線方式有線方式主要有：有線以太網〔RJ45線、光纖〕、工業(yè)串行總線〔RS485、RS232、CAN總線〕。有線以太網主要優(yōu)點是數據傳輸可靠、網絡容量大，缺點是布線復雜、擴展性差、施工本錢高、靈活性差。工業(yè)串行總線〔RS485、RS232、CAN總線〕優(yōu)點是數據傳輸可靠，設計簡單，缺點是布網復雜、擴展性差、施工本錢高、靈活性差、通信容量低?！?〕無線方式無線方式主要采用移動運營商的無線網絡數據接入業(yè)務，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4GLTE網絡等。無線方式的優(yōu)點是：本錢低廉、建設工程周期短、適應性強、擴展性好、維護方便并且擴展容易?；诖耍?G/3G/4G無線數據傳輸技術，基于效勞端應用寬帶有線網絡提供固定IP或者動態(tài)IP〔可用域名綁定〕以及端口號，將這些效勞端參數設置在才茂通信無線傳輸終端DTU上，利用它能夠自動解析域名地址，連接到效勞端的管理平臺，可以為農區(qū)灌溉行業(yè)提供實時的數據采集、傳輸、發(fā)布、遠程管理與控制、實現遠程無線數據傳輸的完美解決方案。5、系統組成及組網方案灌區(qū)引水監(jiān)控系統可以對遠程現場的運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現引水管道壓力、水流速的數據傳送及閥門開關的自動控制，降低了故障率和提高了對系統的反響時間。便于及時迅速的了解及控制遠端水源井、引水管道及閥門，低故障率和檢修的時間，減少停水次數。各水源監(jiān)測點的數據采集終端可自動采集引水管道壓力、水流速的實時數據與開關狀態(tài)等數據，信息傳輸到灌區(qū)的監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數據進行分析，可找到出故障的地點，從而當一個遠端出現故障時，能在最短的時間內解決問題，恢復供水，提高了整體的效勞水平，從而實現了灌區(qū)引水的信息化、現代化。

系統組成:

灌區(qū)引水監(jiān)測系統主要由中心控制站、、現場傳感器〔流速計、水位計等〕、廈門才茂通信提供的數據采集、傳輸、控制于一體的CM550-52G

GPRS?RTU、灌區(qū)引水監(jiān)測軟件組成。1．中心控制站：

效勞器申請配置固定IP地址，采用移動通信公司提供的專線，與GPRS網絡相連。由于專線可提供較高的帶寬，當引水監(jiān)控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。

中心監(jiān)控站效勞器采用動態(tài)IP地址〔可以申請花生殼軟件采用域名的方式〕，當監(jiān)控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求〔適合監(jiān)控點數在幾十個左右的〕。

監(jiān)控中心效勞器接收到GPRS網絡終端傳來的連接申請先進行認證，認證通過后接受傳來的數據并進行處理。遠程監(jiān)控中心實現整個引水遠程監(jiān)控系統各監(jiān)控點狀態(tài)數據的采集和處理，通過系統中集成的強大軟邏輯〔Softlogic〕功能可對所有數據執(zhí)行高級算法處理。將結果值發(fā)回現場或通過內嵌的SQL語言、OPC、ODBC等標準接口發(fā)送給第三方系統或數據庫，以實現數據的充分共享，交叉訪問以及應用的高度獨立性。

廈門才茂通信CM550-52GGPRSDTU產品介紹1〕根本原理:

通過RS—485總線將數字傳感器〔也可采用模擬輸出傳感器〕與無線智能測控終端連為一體，構成現場監(jiān)控單元。*支持虛擬數據專用網〔APN/VPDN〕。*支持雙數據中心備份及多數據中心〔8個〕接受數據，最大支持發(fā)送中心達256個。*智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線。*遠程喚醒：支持短信、語音、數據等喚醒方式以及超時斷開網絡連接。*支持固定IP通信方式；支持DDNS動態(tài)域名通信方式。*支持6路計數器輸入。*支持8路開關輸入量。*支持8路模擬輸入量。*支持4路數字輸出量。*支持2路PWM輸出。*支持4路繼電器輸出。*支持1路串口RS232通信。*支持1路RS485通信。*支持1路以太網。〔硬件帶以太網接口的才有此功能〕*支持1路USB接口?！灿布б蕴W接口的才有此功能〕*支持擴展無線RTU管理平臺協議。*支持遠程配置，遠程控制，遠程升級。*支持WEB配置。*支持telnet功能。*支持網口本地軟件升級，升級速度快速。*支持GPS/北斗定位〔非標配，采購時需額外告知〕。*支持ZIGBEE低功耗的近距離無線組網通訊〔非標配，采購時需額外告知〕。*同時支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系統。2〕GPRS傳輸特點基于灌區(qū)分布點多面廣，其遠程采集大多仍沿用有線傳輸方式，線路維護量很大。由于線公用，通訊時經常發(fā)生沖突，既影響了數據的傳輸也對灌區(qū)部門的正常工作造成了干擾，并且此種方式對通訊部門程控交換機正常、穩(wěn)定的運行也有一定的影響。為保證傳輸質量，假設采用專線方式，投資本錢太高；采用GPRS無線數字網的通訊方式，很好地解決了遠程灌區(qū)引水信息采集的瓶頸問題。

GPRS是通用分組無線業(yè)務(GeneralPacketRadioService)的英文簡稱，是在現有GSM系統上開展起來的一種承載業(yè)務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業(yè)務。GPRS拋棄了傳統的獨占電路交換模式，采用分組交換技術，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬最高可達171.2Kb/s。目前中國移動的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎到達了100%，在遙遠地區(qū)也到達了80%以上，實際應用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合遠程監(jiān)測行業(yè)的通信需求，完全取代過去傳統的有線、MODEM、X.25、數傳電臺、短信等通信.

.系統功能及特點1．功能：

灌區(qū)引水遠程監(jiān)控系統是基于GRPS無線通信網絡的專業(yè)監(jiān)控系統，可以實現大規(guī)?！矌装僦翈浊€監(jiān)控子站〕的遠程無線監(jiān)控，通過多線程的完全并發(fā)通信，采用高性能的效勞器以及高性能的遠程測控終端，能實現遠距離遙測、遙信、遙控、遙脈、遙調需要，可以在幾秒鐘時間內獲取成百上千個子站的各種數據，并完成遙控、遙調功能，具有許多系統無法比較的實時響應速度以及接近于零故障和零維護的高可靠性。系統具體實現的功能如下：

◎數據定時采集：遠程監(jiān)測中心可通過無線數傳通道定時向所有現場測控單元發(fā)出監(jiān)測命令，實現對水源井、引水管道的定時數據監(jiān)測。

◎按需數據采集：遠程監(jiān)測中心可在任何時刻請求召喚一口或多口水源井、引水管道的數據；

◎通訊控制功能：啟動/停止對水源井、引水管道終端的數據采集、切換終端使用的通道等；

◎通道質量監(jiān)視及故障診斷，通訊流量計算；◎可支持多種通訊規(guī)約、多種通訊通道；

◎添加/刪除水源井終端，修改終端通訊參數，如地址、通訊規(guī)約、數據召喚周期等；

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修改水源井終端參數，如各種報警限值等，并將必要的參數下發(fā)到水源井終端；

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事項報警處理功能：系統對模擬量可分別設置報警上、下限，有效上、下限，當數據越限值時可生成報警記錄，并且能保存報警記錄；

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數據保存周期可按不同數據類型設置為逢變即存、10分鐘、30分鐘、60分鐘〔保存周期應大于等于采集周期〕；

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權限管理：所有系統操作均有授權控制；

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計算功能：支持常用函數功能；

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細膩的圖像和逼真的動畫顯示；◎

功能齊全的數據采集界面；

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報警發(fā)生時，可自動推出報警畫面；

◎生成各采集參數的時間曲線；

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歷史數據綜合查詢及實時數據顯示；

◎

報表的生成及打??；

◎web發(fā)布功能；

◎遙控啟/停井；2．特點：

1〕系統的實用性：

灌區(qū)引水遠程監(jiān)控系統應用計算機處理所有數據，不僅可以得到瞬時曲線，還可以對數據進行處理得到所需各種圖表，而不必工作人員親臨監(jiān)測現場，大大降低了工作人員的勞動強度，而且便于管理部門及時了解情況，進一步的分析并及時采取響應措施。

2〕系統的實時性：

灌區(qū)引水遠程監(jiān)控系統采用最新的通信和軟硬件技術，建立了清晰和合理的系統架構，可以實現多線程的遠程并發(fā)通信，在幾秒時間內，可以讓成百上千臺的深井數據實時傳送到監(jiān)控中心進行集中監(jiān)視和遠程調度，實現故障信息的及時報警，運用通信手段實現停機故障的及時處理。數據量巨大，提供了強大的實時數據庫作為系統的支撐，比起傳統的電臺輪詢等方式，具有無可比較的優(yōu)勢。3〕系統的開放性：

灌區(qū)引水遠程監(jiān)控系統是一套成熟的開放式的系統。所謂的開放，就是指協議等方面采用標準的協議，可以進行系統或模塊的擴展，便于長期的升級和維護，延長系統的壽命，通過更新部件，能讓系統一直存在下去，而不至于整個系統癱瘓，造成大量的投資損失。

4〕系統的易維護性：

灌區(qū)引水遠程監(jiān)控系統具有極低的故障率，所以相應的維護量非常之小。系統的構架非常清晰，具有多個調試工具，以區(qū)分故障所在。此外多年的經驗和較強的專業(yè)性，保證了整個系統的高可靠性和低故障率。

5〕系統的強大功能：

灌區(qū)引水遠程監(jiān)控系統可以根據監(jiān)管單位的需要，進行高級開發(fā)，增加或減少功能模塊、監(jiān)控點數量，可以自動發(fā)出報警，可以自動彈出故障畫面，并自動打印。現場測控單元可以存儲數據，在掉電時自動保存。

總結：

本系統以灌區(qū)引水過程為背景，使用GPRSRTU提出了一套基于PC機的自動供水計算機監(jiān)控系統設計方案?，F場調試證明，該方案切實可行，JY-RTU4100既保證了水渠道的不間斷供水又提高了灌區(qū)的管理水平。系統的開發(fā)時間短，本錢低，節(jié)能效益明顯。適合廣闊灌區(qū)引水工程