灌區(qū)流量信息化方案——灌區(qū)閘門自控信息化

一、［摘要］

本方案介紹了灌區(qū)閘門自控信息化中流量信息化方案的硬件構(gòu)成、軟件架構(gòu)、功能特點、優(yōu)勢等。系統(tǒng)采用威控科技RTU-2600和RTU-1600（低功耗）系列智能測控終端作為監(jiān)控系統(tǒng)硬件核心，通訊上采用有線和無線結(jié)合的方式，服務(wù)器端采用基于MicrosoftSQLServer2005數(shù)據(jù)庫和VB.Net,ASP.Net開發(fā)的基于WebEnable的流量信息系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了遠(yuǎn)程水量計量，實時監(jiān)控監(jiān)測點的運行流量，根據(jù)遠(yuǎn)程返回的數(shù)據(jù)工作人員不到現(xiàn)場也可以監(jiān)測灌區(qū)分水口流量情況，并對出現(xiàn)的不正常情況（流量不穩(wěn)定等）及時做出相應(yīng)的處理。

二、項目背景

灌區(qū)水情數(shù)據(jù)自動監(jiān)測和運行控制是灌區(qū)用水智能化管理的基礎(chǔ)，亦是數(shù)字化灌區(qū)建設(shè)的重要組成部分。它對于及時準(zhǔn)確掌握灌區(qū)水情、調(diào)度配置灌溉水量、控制閘涵啟閉、提高灌區(qū)用水管理決策水平均具有重要意義。灌區(qū)水情自動監(jiān)測的內(nèi)容包括河渠及閘涵的水位、流量、含沙量，閘涵泵的運行狀態(tài)以及地下水的水位及含鹽量、土壤含水量、降雨量等。

原有灌區(qū)擁有1114個斗口和138個支口，目前的情況是多半采用人工計量的方法，信息發(fā)送不及時，讀取信息需要花費大量人力物力，勞動強度大，信息的準(zhǔn)確性和及時性不強。原有的閘門封閉性差，造成水量損失，閘門的啟閉由人工操作來完成。灌區(qū)的通訊方面，在主干鋪設(shè)了光纜，在灌區(qū)內(nèi)采用模擬的無線信號實現(xiàn)了固定和移動電話網(wǎng)。

灌區(qū)閘門自控信息化的基本需求為：
1．在1114個斗口實現(xiàn)信息遠(yuǎn)傳，傳水位信號，所依賴的通訊方式可選擇固定電話網(wǎng)和移動網(wǎng)；
2．調(diào)度中心通過B/S服務(wù)器接收水位信號，發(fā)布信息，數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)流量監(jiān)控和水量統(tǒng)計；
3．在138個支口實現(xiàn)閘門控制及信息遠(yuǎn)傳，部分支口實現(xiàn)視頻監(jiān)控；
4．對于138個支口還需要選用合理的機械設(shè)備和強電自控執(zhí)行設(shè)備；
5．支口的通訊依賴主干的光纜；
由于預(yù)算的原因，本文描述灌區(qū)1252個分水口的流量信息化方案，同時附件給出了閘門自控信息化方案。

三、灌區(qū)流量信息化系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)項目需求情況整個系統(tǒng)被分成三大部分，一部分是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置，實時將現(xiàn)場水位等數(shù)據(jù)采集到智能監(jiān)控終端內(nèi)，同時根據(jù)現(xiàn)場情況實現(xiàn)采集點現(xiàn)場的自動報警，防止事故的發(fā)生；第二部分是上位機監(jiān)測中心，它實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的接收、存儲、顯示、報表打印輸出等信息管理工作和進(jìn)行特殊情況的監(jiān)控中心預(yù)警，其Web發(fā)布功能使得用戶可以方便的通過IE訪問實時和歷史數(shù)據(jù)；最后一部分是將檢測到的水位等數(shù)據(jù)以手機短信息的方式直接發(fā)送到管理人員的移動電話上，使管理人員隨時隨地都能夠了解到現(xiàn)場的情況。

現(xiàn)場水位數(shù)據(jù)的實時采集，通過以太網(wǎng)、GPRS、PSTN、ADSL等方式發(fā)送到監(jiān)控中心。水位計通過模擬量接口和威控科技智能測控終端RTU-2600或者RTU-1600相連接。數(shù)據(jù)采集到智能終端后，經(jīng)過數(shù)據(jù)打包，再利用以上通訊方式發(fā)送到遠(yuǎn)端的監(jiān)控中心服務(wù)器上，監(jiān)控中心服務(wù)器裝有服務(wù)器端軟件，對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析、顯示。出于對信息安全、科學(xué)管理的需要，給有數(shù)據(jù)訪問需求的部門或人員配置訪問數(shù)據(jù)的不同用戶名和權(quán)限，用戶通過IE實時查看并配置監(jiān)測到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。另一方面，現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)通過智能終端內(nèi)部的程序設(shè)定可以直接發(fā)送到相關(guān)管理人員的移動電話上，通過這種主動的方式實現(xiàn)隨時隨地匯報現(xiàn)場信息。

四、系統(tǒng)示意圖

RTU-2600或者RTU-1600采集收集到的數(shù)據(jù)直接通過以太網(wǎng)、GPRS、PSTN、ADSL等方式傳送到監(jiān)控中心。下圖為GPRS方式樣圖。

五、灌區(qū)流量信息化系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)

1．現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸硬件
（1）遠(yuǎn)程測控終端
威控科技可編程遠(yuǎn)程測控終端將采集、控制、通訊三種功能合為一體，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集和傳輸，它是整個系統(tǒng)的前端核心。利用自身所具有的開關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)采集接口采集數(shù)據(jù)，并通過自身所配備的以太網(wǎng)、GPRS、PSTN、ADSL通訊接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)端監(jiān)控中心。由于此智能終端提供了方便的二次開發(fā)C語言平臺，可以開發(fā)各種復(fù)雜的算法并且可與組態(tài)軟件的無縫連接。我們通過智能終端內(nèi)部的編程可以將傳感器或智能儀表傳輸上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行一些處理再發(fā)送至遠(yuǎn)端管理中心，并且實現(xiàn)間歇性數(shù)據(jù)傳輸，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髁抠Y費。智能儀表可以通過RS-485接口或者模擬量接口直接和智能終端進(jìn)行通訊。
（2）通訊方式的選擇
a.灌區(qū)有移動網(wǎng)的情況下優(yōu)先選用GPRS通訊方式。
b.灌區(qū)無移動網(wǎng)的情況下，選用固定電話PSTN或者ADSL通訊方式，其中PSTN方式另配威控科技DCM-100嵌入式通訊模塊，ADSL方式配ADSLModem。
c.在主干具備光纜通訊條件，使用以太網(wǎng)通訊方式。
（3）現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示、操作終端使用串口通訊方式和Microsoft超級終端。
其作用為方便灌區(qū)管理人員或者工作人員在現(xiàn)場對設(shè)備進(jìn)行一些參數(shù)的設(shè)置和調(diào)整。包括數(shù)據(jù)傳輸間隔、查詢當(dāng)前水位數(shù)據(jù)等。
（4）現(xiàn)場箱體
（5）電源供電
a.現(xiàn)場具備AC220，可用開關(guān)電源供電，用RTU-2600。
b.現(xiàn)場無法供電，可用蓄電池供電，定期更換，更換周期為2年，用威控科技低功耗RTU-1600，休眠時功耗可到100uA。
（6）水位傳感器
傳統(tǒng)的水位采集方法是人工從安放在河渠岸邊的水尺上讀數(shù)據(jù)，后來采用了以機械或電氣傳動的模擬式自動水位計?，F(xiàn)在自動數(shù)傳監(jiān)測系統(tǒng)中，已廣泛應(yīng)用了水位傳感器。用于河渠水位測量的傳感器有：浮子式水位傳感器、水位跟蹤式傳感器、超聲波水位傳感器、壓力式水位傳感器等。
超聲波水位計屬于非接觸式的傳感器，測量精度高，運行穩(wěn)定，但是部署比較麻煩，要求有足夠的發(fā)射角才能工作。由于現(xiàn)場目前只是在測量井里裝備了連通器，所以如果要使用超聲波水位計必須要擴(kuò)大連通器的直徑，這給施工帶來很多不便。
由于灌區(qū)為黃河水質(zhì)，含沙量大，所以采用壓力式水位傳感器，在有自由出流條件的監(jiān)測渠段，直接測出水位，再利用Q～H曲線進(jìn)行查算得到流量數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得水量統(tǒng)計。

六、灌區(qū)流量信息化系統(tǒng)功能

監(jiān)控系統(tǒng)按照功能可分為二部分：監(jiān)控中心（MCC）、本地站（LCM）。監(jiān)控中心（MCC）相對于管理站，本地站（LCM）相對于計量站。監(jiān)控中心（MCC）與本地站（LCM）之間采用混合組網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1、監(jiān)控中心（MCC）的主要功能：
1）系統(tǒng)登陸
提供登陸界面，用戶以不同身份登陸，訪問權(quán)限內(nèi)的界面和數(shù)據(jù)。
2）操作員管理
管理員可以添加、刪除、瀏覽所有用戶。
操作員管理
3）檔案管理
管理現(xiàn)場的區(qū)域檔案、終端檔案、計量點檔案以及設(shè)置抄表計劃。
配置檔案
4）全網(wǎng)監(jiān)視
在線監(jiān)視全網(wǎng)運行工況和具體參數(shù)，數(shù)據(jù)與現(xiàn)場保持同步，并用數(shù)字、趨勢圖、表格、棒圖等方式顯示數(shù)據(jù)。
GIS界面
數(shù)據(jù)查詢
直方圖
5）報警
對各類故障、事故、參數(shù)超限提供報警。
6）數(shù)據(jù)存儲
對實時數(shù)據(jù)、報警信息進(jìn)行存儲，可隨時調(diào)用、檢索、查詢、打印以供分析參考。
7）報表打印
可打印班、日、月、年生產(chǎn)報表、運行趨勢圖。
報表處理
2、本地站（LCM）的主要功能
LCM是指分水口測量站。LCM是自主的、功能完善的智能單元，是由智能遠(yuǎn)程測控終端和現(xiàn)場顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)采集傳感器及儀表組成，這些單元安裝在不同類型的計量站內(nèi)。
LCM的功能如下：
a.現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、流量累計計算?？蓪λ?、流量等參數(shù)實現(xiàn)就地監(jiān)視控制。
b.獨立完成本地調(diào)節(jié)，閉環(huán)監(jiān)控。
c.獨立完成開環(huán)控制，聯(lián)鎖控制。
d.配備必要的軟硬件及人機接口，可現(xiàn)場設(shè)定、修改參數(shù),可以最大限度地提計量站的自控水平。
e.設(shè)置各種報警參數(shù)、報警處理及報警確認(rèn)。
f.數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控中心計算機并接受監(jiān)控中心計算機指令，完成控制任務(wù)。
g.通過GSM短信息的方式向管理人員主動匯報現(xiàn)場實時流量，達(dá)到真正的無人職守作業(yè)。

七、關(guān)于系統(tǒng)整體可執(zhí)行性和安全性的描述

系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備均選用達(dá)到工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)且適合灌區(qū)監(jiān)控安全作業(yè)規(guī)范的硬件產(chǎn)品，在電器外部加套密封電器箱，到達(dá)防風(fēng)、防潮、防塵的作用。
上位機管理軟件采用MicrosoftSQLServer2005數(shù)據(jù)庫和VB.Net可視化編程軟件來設(shè)計、構(gòu)架。
系統(tǒng)運行如采用GPRS無線數(shù)傳的方式，需要向中國移動交納GPRS信息流量費用。根據(jù)系統(tǒng)運行情況和數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r現(xiàn)列無線運行費用如下：
GPRS月基本數(shù)據(jù)費5元，流量20MB；超過按0.01元/KB計收。
注：以上數(shù)據(jù)來自北京移動通訊公司，如需外地服務(wù)，漫游費請咨詢當(dāng)?shù)?860。
灌區(qū)節(jié)水改造、水情自動監(jiān)測、運行自動控制，應(yīng)是傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志，現(xiàn)代傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的重要手段。它對于節(jié)約用水和提高用水效率，解決水資源供需矛盾，實現(xiàn)水資源優(yōu)化配制和可持續(xù)利用具有革命性的意義?？梢韵嘈牛诜€(wěn)步引進(jìn)和積極消化吸收西方發(fā)達(dá)國家技術(shù)和經(jīng)驗的同時，一個有中國特色的、多樣化的灌區(qū)水情及運行自動監(jiān)控技術(shù)體系會很快發(fā)展起來。