水庫(kù)閘門(mén)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)方案

1、水庫(kù)閘門(mén)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)方案發(fā)布時(shí)間：2011-01-05 一、前言 水利行業(yè)是一個(gè)歷史十分悠久的行業(yè)，也是信息十分密集的行業(yè)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)已進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。采用新技術(shù)、新設(shè)備對(duì)水利工程項(xiàng)目的設(shè)備與管理進(jìn)行現(xiàn)代化改造和智能化建設(shè)是歷史發(fā)展的必然趨勢(shì)。對(duì)社會(huì)主義建設(shè)和水利行業(yè)的發(fā)展前景有著深遠(yuǎn)的意義。水利現(xiàn)代化和智能化建設(shè)是實(shí)現(xiàn)資源共享，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的需要。信息化系統(tǒng)建成后，消除了信息孤島，減少了數(shù)據(jù)冗余，提高了信息的可靠性和科學(xué)性。信息快速方便的信息傳遞為上級(jí)部門(mén)正確決策提供了保證，同時(shí)也提高了水庫(kù)現(xiàn)代化管理水平，提高了水庫(kù)的工作效

2、率。同時(shí)也為水利信息化建設(shè)打下了基礎(chǔ)。水庫(kù)，一般建在比較偏僻的山區(qū)，盡管現(xiàn)在交通發(fā)達(dá)，但對(duì)水庫(kù)運(yùn)行管理來(lái)說(shuō)仍然不便。一方面因?yàn)槁吠具b遠(yuǎn)，工作人員每天在往返的路上浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力；另一方面道路崎嶇，多是山路，行車危險(xiǎn)，特別是雨季，道路泥濘，這給水庫(kù)的管理工作帶來(lái)很大的不便。特別是在汛期暴雨期間，可能造成山體滑坡，電線中斷等事故，工作人員無(wú)法到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。此時(shí)更是防洪的關(guān)鍵時(shí)期，必須保證閘門(mén)的合理控制，才能有效的控制洪水，保證人民群眾生命、財(cái)產(chǎn)的安全。隨著現(xiàn)代通訊事業(yè)的不斷發(fā)展，無(wú)線技術(shù)應(yīng)用在控制領(lǐng)域中越來(lái)越成熟。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的通訊，從而達(dá)到用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)水庫(kù)閘門(mén)遠(yuǎn)程控制的目的。二、

3、 項(xiàng)目分析21,閘門(mén)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)組成211 終端閘門(mén)控制系統(tǒng) 采集閘門(mén)狀態(tài)信息，如閘門(mén)開(kāi)度、水庫(kù)水位等，和執(zhí)行各項(xiàng)中心發(fā)出的指令。212 無(wú)線傳輸設(shè)備 鑒于終端閘門(mén)控制系統(tǒng)的接口和設(shè)備的工作環(huán)境等多種情況的要求，我們選擇廈門(mén)四信通訊有限公司的F2103 IP MODEM(DTU)。采用RS-232/485接口、金屬外殼設(shè)計(jì)，它具有體積小、功耗低、配置使用簡(jiǎn)單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道，支持實(shí)時(shí)在線和按需在線多種工作方式，如定時(shí)上下線和設(shè)備喚醒，并且支持APN網(wǎng)絡(luò)接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費(fèi)。213 數(shù)據(jù)控制中心 源始數(shù)據(jù)處理與管理中心，負(fù)責(zé)對(duì)

4、終端上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)，對(duì)分析結(jié)果做出判斷，并下達(dá)各種控制指令。22 系統(tǒng)總架構(gòu) 終端閘門(mén)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過(guò)RS232/485通訊接口與F2103串口連接，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網(wǎng)絡(luò)接入。 通訊設(shè)備F2103通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)接入Internet連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，建立透明數(shù)據(jù)通道。這樣采集終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)只要送到串口，F(xiàn)2103就會(huì)把收到的數(shù)據(jù)不做任何處地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)。服務(wù)器主機(jī)收到終端上傳上來(lái)的各項(xiàng)源始數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和各種判斷，并向終端設(shè)備發(fā)出控制指令，服務(wù)器主機(jī)發(fā)出的控制指令通過(guò)通道傳輸?shù)紽2103后，F(xiàn)2103通

5、過(guò)串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。23 系統(tǒng)功能231 中心控制室 中心控制室是整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)度中心，主要由工控機(jī)和上位機(jī)軟件等構(gòu)成。工控機(jī)作為上位機(jī)對(duì)閘門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以及對(duì)實(shí)時(shí)采集來(lái)的閘門(mén)開(kāi)度、水庫(kù)水位進(jìn)行數(shù)據(jù)處理入庫(kù)等操作。通過(guò)水庫(kù)水位（H1）、閘門(mén)開(kāi)度（H2）和實(shí)際H1 H2Q、HM、HV曲線，計(jì)算機(jī)自動(dòng)對(duì)比計(jì)算出放水流量、水庫(kù)庫(kù)容、庫(kù)面面積等?？梢噪S時(shí)觀察水庫(kù)水位和蓄水量等參數(shù)的變化情況。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)軟硬件接口，可以與水情自動(dòng)遙測(cè)、大壩自動(dòng)觀測(cè)等系統(tǒng)共同組成水庫(kù)運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)。作為系統(tǒng)工作安全的要求，對(duì)閘門(mén)的操作有嚴(yán)格的使用權(quán)限，設(shè)有軟硬件隔離，操作指令保護(hù)措施。閘門(mén)開(kāi)

6、度、操作時(shí)間、操作者姓名及時(shí)入庫(kù)保存，只有高級(jí)管理員才可以修改。這樣可以保證閘門(mén)操作的安全。232 現(xiàn)地控室 現(xiàn)場(chǎng)地控室距離閘門(mén)現(xiàn)場(chǎng)比較近，主要有控制柜，工控機(jī)、GPRS IP MODEM(GPRS DTU)、不間斷電源、分控軟件、以及轉(zhuǎn)換模塊組成。工控機(jī)作為下位機(jī)功能基本與上位機(jī)相同，但操作級(jí)別比上位機(jī)低。下位機(jī)也有工控機(jī)主要是為增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，即使上位機(jī)出現(xiàn)了故障，不致影響對(duì)閘門(mén)的操作。233 現(xiàn)場(chǎng)控制屏 現(xiàn)場(chǎng)控制屏相當(dāng)于閘門(mén)操作按鈕。它直接對(duì)閘門(mén)的上升、下降、停止進(jìn)行控制。也是閘門(mén)開(kāi)度的采集部分，負(fù)責(zé)將閘門(mén)開(kāi)度值傳到下位機(jī)中。將開(kāi)度儀傳來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成RS-485信號(hào)傳到下位機(jī)中，完

7、成開(kāi)度的采集傳輸工作。234 閘門(mén)開(kāi)度儀 閘門(mén)開(kāi)度儀采用彈拉式開(kāi)度儀，它是將測(cè)量柔絲的線位移轉(zhuǎn)換成碼盤(pán)的角位移，以達(dá)到用編碼器來(lái)測(cè)量線位移的目的。同時(shí)將閘門(mén)的開(kāi)度轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)傳到現(xiàn)場(chǎng)控制屏里，完成測(cè)量工作。三、項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)施方案31 無(wú)線通訊設(shè)備F2103與終端采集設(shè)備連接F2103支持RS232/485接口，可以通過(guò)RS232/485接口與終端連接。接口定義如下：32 數(shù)據(jù)控制中心服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接入方式321專線接入 中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP 客戶中心通過(guò)一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互

8、聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。 為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)揂PN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。 用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過(guò)認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。 用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過(guò)認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過(guò)程中可能的泄漏。 雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過(guò)濾。 此種方案無(wú)論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較

9、前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。322 ADSL撥號(hào)連接（動(dòng)態(tài)公網(wǎng)IP地址） 中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的。客戶先 與DNS服務(wù)商聯(lián)系開(kāi)通動(dòng)態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器，再由 DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費(fèi)用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應(yīng)用。323 通過(guò)固定公網(wǎng)IP連接 中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固

10、定IP服務(wù)的。此種方案先向INT ERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)，中心有公網(wǎng)固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。 運(yùn)行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。324 數(shù)據(jù)中心軟件平臺(tái)構(gòu)建 中心端軟件的構(gòu)建有多種方式，對(duì)于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來(lái)幫助客戶快速地實(shí)現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理。目前四信提供三種方式的中心接口： 首先是對(duì)于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動(dòng)了，可以直接配置使用；其次對(duì)于原本是讀串口的程序，提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM）；最后是對(duì)于想開(kāi)發(fā)自己獨(dú)有的數(shù)據(jù)中心軟件的客戶，會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)及四信公司的數(shù)據(jù)中心軟件，不僅開(kāi)放

11、源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開(kāi)發(fā)?？蛻艨赡芡ㄟ^(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)快速開(kāi)發(fā)一個(gè)靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件四、方案特點(diǎn)1、傳輸模塊采用無(wú)線接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，目前GPRS網(wǎng)絡(luò)已覆蓋到全國(guó)各地甚至偏遠(yuǎn)山區(qū)也有覆蓋，因此水庫(kù)監(jiān)測(cè)站可以在不受地理位置影響的情況下正常接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，為數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)傳輸通信通道。2、傳輸模塊具有可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，智能防掉線，支持在線檢測(cè)，在線維護(hù)，掉線自動(dòng)重拔，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線，確保通信通道正常，為數(shù)據(jù)中心提供準(zhǔn)備、實(shí)時(shí)的偵測(cè)數(shù)據(jù)。3、維護(hù)和管理人員可以任意可以上網(wǎng)的地點(diǎn),經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證和身份認(rèn)證后,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行日常維護(hù)和數(shù)據(jù)監(jiān)控。傳輸模

12、塊經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單配置即可使用；體積小方便安裝。支持遠(yuǎn)程參數(shù)的配置修改、控制，可以不必到現(xiàn)場(chǎng)修改設(shè)備工作數(shù)，為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作節(jié)省了大量的人力物力。4、傳輸模塊采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，金屬外殼，外接電源DC 12V/500mA；通信電流：250mA (12V);工作環(huán)境溫度 -25+65C;儲(chǔ)存溫度 -40+85C;相對(duì)濕度 95%(無(wú)凝結(jié));多重軟硬件看門(mén)狗設(shè)計(jì)。5、終端傳輸模塊支持多種激活方式，如語(yǔ)音電話、短信、數(shù)據(jù)等；終端設(shè)備故障或異常時(shí)，自動(dòng)發(fā)短信報(bào)警信息給維護(hù)人員。6、傳輸模塊采用主備份中心和自動(dòng)回復(fù)主中心功能,并同時(shí)支持多中心并發(fā)功能(最多5個(gè))，數(shù)據(jù)中心支持多種網(wǎng)絡(luò)接入方式,如APN、固定IP、動(dòng)態(tài)IP、動(dòng)態(tài)域名等。7、四信可為客戶提供二次開(kāi)發(fā)包和多語(yǔ)言版本數(shù)據(jù)中心服務(wù)器軟件以便