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

基于無線遙測終端GPRSRTU在農(nóng)業(yè)灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控解決方案引言隨著經(jīng)濟(jì)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(xiàn)不同程度的缺水問題。水資源短缺已經(jīng)成為全球性的問題，隨著經(jīng)濟(jì)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(xiàn)代化手段，建設(shè)水資源實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，動態(tài)掌握區(qū)域水資源變化及利用情況，最大限度的調(diào)控使用效率，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)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(nóng)作物需水時效性、灌溉供水動態(tài)性、灌區(qū)性質(zhì)特殊性等方面的特點(diǎn)，使灌區(qū)的水管理工作十分艱巨。灌區(qū)管理手段的先進(jìn)程度，不僅反映我國科學(xué)技術(shù)的開展水平，也是確保灌區(qū)工程平安運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)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(shí)際需要。

灌區(qū)引水監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是解決引水工程各環(huán)節(jié)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。關(guān)鍵字：無線RTU；工業(yè)級RTU；水利監(jiān)控；2、系統(tǒng)組成該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個水源監(jiān)測點(diǎn)組成，各個水源監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端〔CM550-52G〕可監(jiān)視和采集水位、壓力、流速、等各種數(shù)據(jù)，供控制中心及有關(guān)部門分析和決策取用，提高工作效率，保證引水質(zhì)量，滿足灌區(qū)的用水量的需求。3、應(yīng)用前景由于農(nóng)業(yè)灌區(qū)用途的特殊性決定了灌區(qū)建設(shè)的特點(diǎn)是被測點(diǎn)多、分散、覆蓋面廣、通信距離遠(yuǎn)，需集中管理。并且隨著農(nóng)業(yè)的急速開展，對其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟缶哂徐`活性和擴(kuò)展性的結(jié)構(gòu)，因此，農(nóng)業(yè)灌區(qū)通信方式的選擇應(yīng)考慮如下問題：〔1〕通信的可靠性——通信系統(tǒng)要長期經(jīng)受惡劣環(huán)境和較強(qiáng)的電磁干擾或噪音干擾的考驗(yàn)，并保持通信的暢通?！?〕建設(shè)費(fèi)用——在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設(shè)費(fèi)用及長期使用和維護(hù)的費(fèi)用。〔3〕雙向通信——不僅能實(shí)現(xiàn)信息量的上傳，還要實(shí)現(xiàn)控制量的下達(dá)?！?〕多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率——隨著以后終端業(yè)務(wù)量的不斷增長，主站到子站、子站到終端之間通信對實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高?！?〕通信的靈活性和可擴(kuò)展性——由于農(nóng)區(qū)灌溉具有控制點(diǎn)面多、面廣和分散的特點(diǎn)，要求采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，隨著“ALLIP〞網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨勢的開展以及電力運(yùn)營業(yè)務(wù)的不斷增長，需要考慮基于IP的業(yè)務(wù)承載，同時要求便于安裝施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)。4、通訊方式通信是系統(tǒng)監(jiān)控的一個重點(diǎn)和難點(diǎn)，區(qū)域不同、條件不同，可應(yīng)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(wǎng)〔RJ45線、光纖〕、工業(yè)串行總線〔RS485、RS232、CAN總線〕。有線以太網(wǎng)主要優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大，缺點(diǎn)是布線復(fù)雜、擴(kuò)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(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸可靠，設(shè)計(jì)簡單，缺點(diǎn)是布網(wǎng)復(fù)雜、擴(kuò)展性差、施工本錢高、靈活性差、通信容量低。〔2〕無線方式無線方式主要采用移動運(yùn)營商的無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4GLTE網(wǎng)絡(luò)等。無線方式的優(yōu)點(diǎn)是：本錢低廉、建設(shè)工程周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展性好、維護(hù)方便并且擴(kuò)展容易?；诖?，利用2G/3G/4G無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，基于效勞端應(yīng)用寬帶有線網(wǎng)絡(luò)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(shù)設(shè)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(nóng)區(qū)灌溉行業(yè)提供實(shí)時的數(shù)據(jù)采集、傳輸、發(fā)布、遠(yuǎn)程管理與控制、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐昝澜鉀Q方案。5、系統(tǒng)組成及組網(wǎng)方案灌區(qū)引水監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)引水管道壓力、水流速的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反響時間。便于及時迅速的了解及控制遠(yuǎn)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(shù)。各水源監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集引水管道壓力、水流速的實(shí)時數(shù)據(jù)與開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)焦鄥^(qū)的監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到出故障的地點(diǎn)，從而當(dāng)一個遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時，能在最短的時間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供水，提高了整體的效勞水平，從而實(shí)現(xiàn)了灌區(qū)引水的信息化、現(xiàn)代化。

系統(tǒng)組成:

灌區(qū)引水監(jiān)測系統(tǒng)主要由中心控制站、、現(xiàn)場傳感器〔流速計(jì)、水位計(jì)等〕、廈門才茂通信提供的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)相連。由于專線可提供較高的帶寬，當(dāng)引水監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)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(dāng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求〔適合監(jiān)控點(diǎn)數(shù)在幾十個左右的〕。

監(jiān)控中心效勞器接收到GPRS網(wǎng)絡(luò)終端傳來的連接申請先進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證通過后接受傳來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)整個引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)各監(jiān)控點(diǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和處理，通過系統(tǒng)中集成的強(qiáng)大軟邏輯〔Softlogic〕功能可對所有數(shù)據(jù)執(zhí)行高級算法處理。將結(jié)果值發(fā)回現(xiàn)場或通過內(nèi)嵌的SQL語言、OPC、ODBC等標(biāo)準(zhǔn)接口發(fā)送給第三方系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享，交叉訪問以及應(yīng)用的高度獨(dú)立性。

廈門才茂通信CM550-52GGPRSDTU產(chǎn)品介紹1〕根本原理:

通過RS—485總線將數(shù)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(gòu)成現(xiàn)場監(jiān)控單元。*支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)〔APN/VPDN〕。*支持雙數(shù)據(jù)中心備份及多數(shù)據(jù)中心〔8個〕接受數(shù)據(jù)，最大支持發(fā)送中心達(dá)256個。*智能防掉線，支持在線檢測，在線維持，掉線自動重?fù)?，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。*遠(yuǎn)程喚醒：支持短信、語音、數(shù)據(jù)等喚醒方式以及超時斷開網(wǎng)絡(luò)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(jì)數(shù)器輸入。*支持8路開關(guān)輸入量。*支持8路模擬輸入量。*支持4路數(shù)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(wǎng)?！灿布б蕴W(wǎng)接口的才有此功能〕*支持1路USB接口。〔硬件帶以太網(wǎng)接口的才有此功能〕*支持?jǐn)U展無線RTU管理平臺協(xié)議。*支持遠(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程升級。*支持WEB配置。*支持telnet功能。*支持網(wǎng)口本地軟件升級，升級速度快速。*支持GPS/北斗定位〔非標(biāo)配，采購時需額外告知〕。*支持ZIGBEE低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊〔非標(biāo)配，采購時需額外告知〕。*同時支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系統(tǒng)。2〕GPRS傳輸特點(diǎn)基于灌區(qū)分布點(diǎn)多面廣，其遠(yuǎn)程采集大多仍沿用有線傳輸方式，線路維護(hù)量很大。由于線公用，通訊時經(jīng)常發(fā)生沖突，既影響了數(shù)據(jù)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(jī)正常、穩(wěn)定的運(yùn)行也有一定的影響。為保證傳輸質(zhì)量，假設(shè)采用專線方式，投資本錢太高；采用GPRS無線數(shù)字網(wǎng)的通訊方式，很好地解決了遠(yuǎn)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(wù)(GeneralPacketRadioService)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上開展起來的一種承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS拋棄了傳統(tǒng)的獨(dú)占電路交換模式，采用分組交換技術(shù)，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(dá)171.2Kb/s。目前中國移動的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎到達(dá)了100%，在遙遠(yuǎn)地區(qū)也到達(dá)了80%以上，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合遠(yuǎn)程監(jiān)測行業(yè)的通信需求，完全取代過去傳統(tǒng)的有線、MODEM、X.25、數(shù)傳電臺、短信等通信.

.系統(tǒng)功能及特點(diǎn)1．功能：

灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是基于GRPS無線通信網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)?！矌装僦翈浊€監(jiān)控子站〕的遠(yuǎn)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(yuǎn)程測控終端，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測、遙信、遙控、遙脈、遙調(diào)需要，可以在幾秒鐘時間內(nèi)獲取成百上千個子站的各種數(shù)據(jù)，并完成遙控、遙調(diào)功能，具有許多系統(tǒng)無法比較的實(shí)時響應(yīng)速度以及接近于零故障和零維護(hù)的高可靠性。系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的功能如下：

◎數(shù)據(jù)定時采集：遠(yuǎn)程監(jiān)測中心可通過無線數(shù)傳通道定時向所有現(xiàn)場測控單元發(fā)出監(jiān)測命令，實(shí)現(xiàn)對水源井、引水管道的定時數(shù)據(jù)監(jiān)測。

◎按需數(shù)據(jù)采集：遠(yuǎn)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(shù)據(jù)；

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

◎通道質(zhì)量監(jiān)視及故障診斷，通訊流量計(jì)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(shù)，如地址、通訊規(guī)約、數(shù)據(jù)召喚周期等；

◎

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

◎

事項(xiàng)報警處理功能：系統(tǒng)對模擬量可分別設(shè)置報警上、下限，有效上、下限，當(dāng)數(shù)據(jù)越限值時可生成報警記錄，并且能保存報警記錄；

◎

數(shù)據(jù)保存周期可按不同數(shù)據(jù)類型設(shè)置為逢變即存、10分鐘、30分鐘、60分鐘〔保存周期應(yīng)大于等于采集周期〕；

◎

權(quán)限管理：所有系統(tǒng)操作均有授權(quán)控制；

◎

計(jì)算功能：支持常用函數(shù)功能；

◎

細(xì)膩的圖像和逼真的動畫顯示；◎

功能齊全的數(shù)據(jù)采集界面；

◎

報警發(fā)生時，可自動推出報警畫面；

◎生成各采集參數(shù)的時間曲線；

◎

歷史數(shù)據(jù)綜合查詢及實(shí)時數(shù)據(jù)顯示；

◎

報表的生成及打?。?/p>

◎web發(fā)布功能；

◎遙控啟/停井；2．特點(diǎn)：

1〕系統(tǒng)的實(shí)用性：

灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理所有數(shù)據(jù)，不僅可以得到瞬時曲線，還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到所需各種圖表，而不必工作人員親臨監(jiān)測現(xiàn)場，大大降低了工作人員的勞動強(qiáng)度，而且便于管理部門及時了解情況，進(jìn)一步的分析并及時采取響應(yīng)措施。

2〕系統(tǒng)的實(shí)時性：

灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用最新的通信和軟硬件技術(shù)，建立了清晰和合理的系統(tǒng)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多線程的遠(yuǎn)程并發(fā)通信，在幾秒時間內(nèi)，可以讓成百上千臺的深井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行集中監(jiān)視和遠(yuǎn)程調(diào)度，實(shí)現(xiàn)故障信息的及時報警，運(yùn)用通信手段實(shí)現(xiàn)停機(jī)故障的及時處理。數(shù)據(jù)量巨大，提供了強(qiáng)大的實(shí)時數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)的支撐，比起傳統(tǒng)的電臺輪詢等方式，具有無可比較的優(yōu)勢。3〕系統(tǒng)的開放性：

灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一套成熟的開放式的系統(tǒng)。所謂的開放，就是指協(xié)議等方面采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，可以進(jìn)行系統(tǒng)或模塊的擴(kuò)展，便于長期的升級和維護(hù)，延長系統(tǒng)的壽命，通過更新部件，能讓系統(tǒng)一直存在下去，而不至于整個系統(tǒng)癱瘓，造成大量的投資損失。

4〕系統(tǒng)的易維護(hù)性：

灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有極低的故障率，所以相應(yīng)的維護(hù)量非常之小。系統(tǒng)的構(gòu)架非常清晰，具有多個調(diào)試工具，以區(qū)分故障所在。此外多年的經(jīng)驗(yàn)和較強(qiáng)的專業(yè)性，保證了整個系統(tǒng)的高可靠性和低故障率。

5〕系統(tǒng)的強(qiáng)大功能：

灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)管單位的需要，進(jìn)行高級開發(fā)，增加或減少功能模塊、監(jiān)控點(diǎn)數(shù)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?，F(xiàn)場測控單元可以存儲數(shù)據(jù)，在掉電時自動保存。

總結(jié)：

本系統(tǒng)以灌區(qū)引水過程為背景，使用GPRSRTU提出了一套基于PC機(jī)的自動供水計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)場調(diào)試證明，該方案切實(shí)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(tǒng)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