GPRS RTU農業灌區引水遠程監控系統方案

　　概述:

　　水資源短缺已經成為全球性的問題，隨著經濟的發展，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辦法。因此，采用現代化手段，建設水資源實時監控系統，動態掌握區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發展的迫切需要。灌區所具有的工程分散性、水情雨情變化性、農作物需水時效性、灌溉供水動態性、灌區性質特殊性等方面的特點，使灌區的水管理工作十分艱巨。 灌區管理手段的先進程度，不僅反映我國科學技術的發展水平，也是確保灌區工程安全運行、實現水資源優化配置、提高用水效率、保障灌區持續發展的實際需要。 灌區引水監控系統的主要目的是解決引水工程各環節監測點的數據采集和監控。

　　該系統由監控中心和各個水源監測點組成，各個水源監測點的數據采集終端(JY-RTU4100)可監視和采集水位、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，滿足灌區的用水量的需求。

　　灌區引水監控系統可以對遠程現場的運行設 備進行監視和控制，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應時間。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等數據，信息傳輸到灌區的監控中心，監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，提高了整體的服務水平，從而實現了灌區引水的信息化、現代化。

　　系統組成:

　　灌區引水監測系統主要由中心控制站、手機、現場傳感器(流速計、水位計等)、廈門瑞申自動化公司提供的數據采集、傳輸、控制于一體的JY-RTU4100 GPRS RTU、灌區引水監測軟件組成。

　　(系統拓撲圖)

　　1.中心控制站：

　　服務器申請配置固定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，當引水監控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求。 中心監控站服務器采用動態 IP 地址(可以申請花生殼軟件采用域名的方式)，當監控點數量增加，中心不用擴容即可滿足需求(適合監控點數在幾十個左右的)。

　　監控中心服務器接收到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。遠程監控中心實現整個引水遠程監控系統各監控點狀態數據的采集和處理，通過系統中集成的強大軟邏輯(Softlogic)功能可對所 有數據執行高級算法處理。將結果值發回現場或通過內嵌的SQL語言、OPC、ODBC等標準接口發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。

　　2.聚英電子JY-RTU4100 GPRS RTU產品介紹

　　1)基本原理:

　　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，構成現場監控單元。無線測控終端內置：CPU模塊、數據存儲模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數據通信模塊?？涩F場接入多路模擬量、

　　一、提供設備狀態指示燈，方便設備維護;二、寬電壓供電范圍：5V-30V;三、帶RS232、RS485;四、內置大容量SPI-flash(容量可選1Mbit-64Mbit)，實現數據的長時間本機保存(需定制);五、4路模擬量輸入，采集精度: 12bit六、傳輸支持多種協議，我公司自定協議和Modbus協議(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持;七、數據傳輸采用GSM模塊可實現功能： 1)GPRS斷線自動重連; 2)根據需要最多可同時連接6個中心服務器; 3)支持固定IP、域名解析和APN專網的尋址方式; 4)支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協議; 5)支持的節點數，只要服務器資源允許，理論上不限; 6)減少布線的成本和施工的麻煩; 7)支持短信數據傳輸、短信參數配置功能; 8)支持電話和短信喚醒功能;八、支持專用軟件進行本地和遠程參數配置及維護;九、支持本地和遠程固件升級;3.配置GPRS 激活號碼，通話號碼，監聽號碼

　　【查詢命令】 *JY#02#

　　【配置命令】 *JY#02#激活號碼#通話號碼#監聽號碼#

　　【參數說明】

　　參數名稱 參數類型 備注

　　激活號碼 Str16 11 位手機號

　　通話號碼 Str16 11 位手機號

　　監聽號碼 Str16 11 位手機號

　　若配置手機號碼長度小于3，認為是非法號碼。

　　【示例參考】

　　示例①：配置激活號碼為：13811111112

　　配置通話號碼為：13811111113

　　配置監聽號碼為：13811111114

　　發送>>*JY#02#138111111112#138111111113#138111111114#

　　回復<<*JY:2#:通話號碼: 13811111112, 監聽號碼: 138111111113,激活號碼: 13811111114

　　示例②：查看當前配置信息

　　發送>>JY#02#

　　回復<<*JY:2#:通話號碼: 13811111112, 監聽號碼: 138111111113,激活號碼: 13811111114

　　3)GPRS傳輸特點：

　　基于灌區分布點多面廣，其遠程采集大多仍沿用有線傳輸方式，線路維護量很大。由于電話線公用，通訊時經常發生沖突，既影響了數據的傳輸也對灌區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、穩定的運行也有一定的影響。為保證傳輸質量，若采用專線方式，投資成本太高;采用GPRS無線數字網的通訊方式，很好地解決了遠程灌區引水信息采集的瓶頸問題。

　　GPRS 是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM系統上發展起來的一種承載業務，目的是為GSM用戶提供分組形式的數據業務。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達到了 100%，在邊遠地區也達到了 80%以上，實際應用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合遠程監測行業的通信需求，完全取代過去傳統的有線、

　　MODEM、X.25、數傳電臺、短信等通信.

(JY-RTU4100產品拓撲圖)

　　系統功能及特點：

　　1.功能：

　　灌區引水遠程監控系統是基于GRPS無線通信網絡的專業監控系統，可以實現大規模(幾百至幾千個監控子站)的遠程無線監控，通過多線程的完全并發通

　　信，采用高性能的服務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擬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：遠程監測中心可通過無線數傳通道定時向所有現場測控單元發出監測命令，實現對水源井、引水管道的定時數據監測。

　　◎ 按需數據采集：遠程監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;

　　◎ 通道質量監視及故障診斷，通訊流量計算;

　　◎ 可支持多種通訊規約、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、通訊規約、數據召喚周期等;

　　◎ 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到水源井終端;

　　◎ 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;

　　◎ 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);

　　◎ 權限管理：所有系統操作均有授權控制;

　　◎ 計算功能：支持常用函數功能;

　　◎ 細膩的圖像和逼真的動畫顯示;

　　◎ 功能齊全的數據采集界面;

　　◎ 報警發生時，可自動推出報警畫面;

　　◎ 生成各采集參數的時間曲線;

　　◎ 歷史數據綜合查詢及實時數據顯示;

　　◎ 報表的生成及打印;

　　◎ web發布功能;

　　◎ 遙控啟/停井;

　　2.特點：

　　1)系統的實用性：

　　灌區引水遠程監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：

　　灌區引水遠程監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控中心進行集中監視和遠程調度，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，具有無可比擬的優勢。

　　3)系統的開放性：

　　灌區引水遠程監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：

　　灌區引水遠程監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，以辨別故障所在。此外多年的經驗和較強的專業性，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：

　　灌區引水遠程監控系統可以根據監管單位的需要，進行高級開發，增加或減少功能模塊、監控點數量，可以自動發出報警，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：

　　本系統以灌區引水過程為背景，使用GPRS RTU提出了一套基于PC機的自動供水計算機監控系統設計方案?，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的管理水平。系統的開發時間短，成本低，節能效益明顯。適合廣大灌區引水工程進行技術改造。