《電子技術(shù)應(yīng)用》
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遠(yuǎn)程無線水源井群集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
CEChina
摘要: 第一部分:客戶需求(1)應(yīng)用背景隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,現(xiàn)代社會(huì)各行各業(yè)對水資源的需求劇增,地下水是一種不可或缺的寶貴資源,加上水源井地理位置分布的離散性,導(dǎo)致水源井的管理變得既重要又復(fù)雜。傳統(tǒng)工作人員定時(shí)查看以及后來的架設(shè)光纖、鋪設(shè)電纜的監(jiān)控方式,都由于成本、時(shí)延及管理等局限不能很好的滿足
Abstract:
Key words :

第一部分:客戶需求

1應(yīng)用背景
   隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,現(xiàn)代社會(huì)各行各業(yè)對水資源的需求劇增,地下水是一種不可或缺的寶貴資源,加上水源井地理位置分布的離散性,導(dǎo)致水源井的管理變得既重要又復(fù)雜。傳統(tǒng)工作人員定時(shí)查看以及后來的架設(shè)光纖、鋪設(shè)電纜的監(jiān)控方式,都由于成本、時(shí)延及管理等局限不能很好的滿足水源井監(jiān)控需求。在此背景下,通過無線GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控泵站實(shí)現(xiàn)無人值守的水源井監(jiān)控應(yīng)運(yùn)而生,并得到了廣泛應(yīng)用。

       

2無線水源井群集中監(jiān)控系統(tǒng)

      我公司自主研發(fā)的SQ-JW遠(yuǎn)程無線水源井群集中監(jiān)控系統(tǒng)是集傳感技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)控管理系統(tǒng)。它是在水源井位或用水單位設(shè)備上安裝一個(gè)水資源測控器,實(shí)現(xiàn)對水表流量、水井水位、管網(wǎng)壓力及對用戶水泵的電流、電壓的采集,以及對水泵的啟停、電動(dòng)閥的開閉等控制,通過無線數(shù)傳電臺或GPRS/3G通訊方式與水資源管理中心計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng),實(shí)時(shí)對各用水單位進(jìn)行監(jiān)管和控制。 

     該系統(tǒng)能夠成功的解決人工遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止水源井水泵的不便與危險(xiǎn),同時(shí)大大地提高了測量精度,使運(yùn)行人員在值班室中心泵房通過計(jì)算機(jī)可隨時(shí)直觀地監(jiān)視和控制水源地各井位泵運(yùn)行狀況。另外,現(xiàn)場分站相關(guān)設(shè)備可將采集到的水源地各井位運(yùn)行參數(shù)傳輸?shù)街蛋嗍揖W(wǎng)控中心,網(wǎng)控人員視情況,通過權(quán)限的設(shè)置,對水源地各井位進(jìn)行控制,極大的提高了水源井整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行管理水平。本系統(tǒng)適用于供水單位以及電廠、鋼廠等大型企業(yè)遠(yuǎn)程控制管理自備水源井。

第二部分:系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理

1)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

     SQ-JW遠(yuǎn)程無線水源井群集中監(jiān)控系統(tǒng)主要包括:值班室中心主站監(jiān)控平臺和現(xiàn)場井位控制分站:

    ◇中心主站監(jiān)控平臺由工控機(jī)、系統(tǒng)監(jiān)控軟件、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備共同構(gòu)成,能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測、查詢、遙調(diào)、運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)、控制、存儲、分析、報(bào)警等多項(xiàng)功能。

              

◇現(xiàn)場井位控制分站主要由數(shù)據(jù)采集模塊、電磁流量計(jì)、壓力變送器、液位傳感器、電磁閥、測控儀表、數(shù)據(jù)接發(fā)儀、避雷器、電源控制器、繼電器單元、配電控制機(jī)柜及安裝附件組成。與中心主站監(jiān)控平臺通過無線數(shù)傳電臺或GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)方式連接到一起。水源地各井位泵房為分站,中心泵房統(tǒng)領(lǐng)各分站,通過中國移動(dòng)的無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的通訊,從而最終實(shí)現(xiàn)對各井位泵的遠(yuǎn)程集中監(jiān)視和控制。

        

2)系統(tǒng)工作原理

     在水源地各個(gè)井位安裝一臺遠(yuǎn)方遙控箱,控制箱內(nèi)核心設(shè)備為RTUDTURTU采集現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)信息,DTU將此信息從控制箱經(jīng)移動(dòng)公網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng),最終傳至值班室中心主站監(jiān)控平臺,監(jiān)控平臺將獲得的信息進(jìn)行存儲,分析,轉(zhuǎn)發(fā),輸出等動(dòng)作。基于無線網(wǎng)絡(luò)的水源井監(jiān)測系統(tǒng)可直接通過GPRS通信控制器,實(shí)現(xiàn)主控中心與泵站之間的無線數(shù)據(jù)通路。

          

第三部分:無線控制模式

     目前水源井集中監(jiān)控系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)通信可簡單分為有線和無線兩大類,其中有線通信主要包括架設(shè)光纜、電纜或租用電話線等,而無線傳輸則包括超短波數(shù)傳電臺、GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)及衛(wèi)星通信等。在供水行業(yè),由于各管網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)分布范圍廣、數(shù)量多、距離遠(yuǎn),個(gè)別點(diǎn)還地處偏僻,因此架設(shè)光纜、鋪設(shè)電纜難度大、不切合實(shí)際且運(yùn)營成本較高,不便于大規(guī)模使用;與之相比,無線通信方式則顯得非常靈活,它具有投資較少、建設(shè)周期短、運(yùn)行維護(hù)簡單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。SQ-JW遠(yuǎn)程無線水源井群集中監(jiān)控系統(tǒng)主要推廣無線數(shù)傳電臺和GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)的控制模式。

1)基于無線數(shù)傳電臺

     數(shù)傳電臺是通過無線電波遠(yuǎn)距離傳輸接發(fā)數(shù)據(jù),它由發(fā)送機(jī)、接收機(jī)、傳感器,可編程邏輯控制器,接受發(fā)射電線等幾部分組成。電臺數(shù)據(jù)傳輸方式是指監(jiān)測系統(tǒng)通過調(diào)制解調(diào)器把采集到的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換成音頻信號,通過特定頻率的電臺發(fā)射出去,接收端解調(diào)恢復(fù)原來的信號的方式。它是傳統(tǒng)的無線監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的通信方式。適用于遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)、山區(qū)架線難度大的地方,可對水井水位、溫度、管網(wǎng)壓力、水表流量及電流、電壓等進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測,并能夠遠(yuǎn)程控制。信號穩(wěn)定,應(yīng)用靈活,安裝方便。

         

2)基于GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)

     基于全透明的GPRS/3G數(shù)據(jù)傳輸模式采用先進(jìn)的無線射頻技術(shù)基帶調(diào)制技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)具有數(shù)傳誤碼率低實(shí)時(shí)在線、按量計(jì)費(fèi)、快捷登錄、高速傳輸、自如切換等特點(diǎn)。GPRS/3G具有良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力,能夠同時(shí)收取、處理多個(gè)(所有)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù),無需輪巡,很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。設(shè)備安裝簡單、建設(shè)周期短、覆蓋范圍廣。

              

3)兩種模式的簡單對比表

比較內(nèi)容        控制模式

GPRS/3G數(shù)據(jù)終端

無線數(shù)傳電臺

覆蓋范圍

全國

20KM

運(yùn)行費(fèi)用

按流量計(jì)費(fèi)

一般無費(fèi)用

數(shù)據(jù)傳輸速度

高速

普通

可靠性

較高

一般

群收群發(fā)

支持

不支持

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

支持

不支持

維護(hù)成本

較低

一般

 

第四部分:可實(shí)現(xiàn)的控制功能

1)井位參數(shù)及泵的運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視

 實(shí)時(shí)顯示各個(gè)井位的具體參數(shù)及泵的運(yùn)行效果,包括:水源井的水泵狀態(tài)啟停、運(yùn)行、故障,電參數(shù)、水井水位、泵的出口壓力、母管流量、以及深井泵電機(jī)的實(shí)際溫度等數(shù)據(jù)。

2)井位地理信息功能

     系統(tǒng)總界面可以按照每個(gè)泵站的實(shí)際方位成比例顯示,便于操作者對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及當(dāng)前運(yùn)行狀況一目了然。

                 

3)調(diào)配控制功能

 在中心泵房通過系統(tǒng)應(yīng)用界面遠(yuǎn)程控制泵電機(jī)的啟停狀態(tài),泵的運(yùn)行時(shí)間、工作電流、工作電壓、電壓等電參數(shù),支持水泵啟動(dòng)柜手動(dòng)、自動(dòng)控制。保護(hù)水泵設(shè)備,避免電流過大、缺相、水位過低等狀況發(fā)生。

4)歷史記錄功能

     將系統(tǒng)的必要狀態(tài)如啟、停、故障報(bào)警等進(jìn)行記錄,運(yùn)行人員可查詢歷史數(shù)據(jù)。對電機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控,出現(xiàn)線路故障例如超載、堵轉(zhuǎn)、缺相、欠載等或泵溫度等參數(shù)超標(biāo)報(bào)警并顯示、記錄到位,可設(shè)置、更改運(yùn)行參數(shù)功能。

5)冬季配電箱具有空調(diào)自動(dòng)加熱功能

     本功能確保了現(xiàn)場控制箱電子元器件在嚴(yán)冬的正常運(yùn)行(-10加熱,-5停止加熱)從而保證了整個(gè)系統(tǒng)在惡劣條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

6)井位供電系統(tǒng)異常報(bào)警

    例如井位變壓器被盜屬于供電系統(tǒng)異常范疇,當(dāng)井位變壓器被盜時(shí),系統(tǒng)可輸出聲光報(bào)警,及時(shí)提供工作人員作出反應(yīng)。另外,井房停電、閑人進(jìn)入等狀況發(fā)生時(shí),可立即上報(bào)告警信息。

7)維護(hù)方便

     支持就地、遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù),及時(shí)更新設(shè)備,確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

8)備用冗余功能

     本系統(tǒng)具備多種標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議,為了避免設(shè)備故障及異常帶來不便,設(shè)備可進(jìn)行擴(kuò)展冗余,兼容任何廠家生產(chǎn)的脈沖水表或各種流量計(jì),及標(biāo)準(zhǔn)信號輸出的變量變送器。

第五部分:監(jiān)測軟件數(shù)據(jù)平臺

  SQ-JW遠(yuǎn)程無線水源井群集中監(jiān)測軟件采用組態(tài)王開發(fā)設(shè)計(jì),系統(tǒng)是中文界面,具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的特點(diǎn);并且可以實(shí)時(shí)地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線,能很直觀的顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)趨勢曲線;對用戶而言,組態(tài)王操作簡單易學(xué)且編程簡單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,能夠加快系統(tǒng)開發(fā)升級,降低研發(fā)成本。

        

     組態(tài)軟件在數(shù)據(jù)處理性能、容錯(cuò)能力、界面容器、報(bào)表等方面,具有方便、靈活的開發(fā)環(huán)境。另外,高性能實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)庫,強(qiáng)大的分布式報(bào)警、事件處理,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)斷線存儲、恢復(fù)功能,全新的、靈活的報(bào)表設(shè)計(jì)工具,支持通過移動(dòng)GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)與控制設(shè)備或其它遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)通訊,支持控制設(shè)備冗余、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)冗余等功能,使得系統(tǒng)整合起來尤為輕松自如。

1)友好的用戶登錄管理界面

  規(guī)定用戶的使用權(quán)限,添加刪除用戶,修改注冊用戶的信息。不用用戶提供不同的操作權(quán)限,非用戶不能登錄系統(tǒng),保證系統(tǒng)安全,操作簡單而富有人性化。

2)實(shí)時(shí)/歷史、曲線/報(bào)表數(shù)據(jù)分析

     按水源地的運(yùn)行需求,系統(tǒng)自動(dòng)生成管理所需要的各種報(bào)表,可將報(bào)表進(jìn)行打印并具有報(bào)表轉(zhuǎn)發(fā)功能。

         

 

         

 

3)多種形式報(bào)警功能

    工作人員根據(jù)水源井位各個(gè)泵房具體情況設(shè)置液位、壓力、流量等參數(shù)限值。在監(jiān)測過程中如發(fā)現(xiàn)有監(jiān)測結(jié)果超出設(shè)定的閾值時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提醒工作人員,報(bào)警形式包括:聲光報(bào)警、電話報(bào)警、短信報(bào)警、E-MAIL報(bào)警等。

           

 

           

 

4)遠(yuǎn)程控制

     現(xiàn)場井位控制分站將采集到的水源井位參數(shù)數(shù)據(jù)通過無線數(shù)傳電臺、GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街髡局锌仄脚_,用戶可以從中心主站終端查看水源井現(xiàn)場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并通過系統(tǒng)應(yīng)用界面遠(yuǎn)程控制泵電機(jī)的啟停和運(yùn)行狀態(tài)。

5)監(jiān)控終端

     監(jiān)控終端通過可視化、多媒體的人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)以下主要功能:①現(xiàn)場各個(gè)水源井狀況全面顯示、查詢,包括各種參數(shù)、泵的運(yùn)行效果以及歷史數(shù)據(jù)等;②向水源井分站系統(tǒng)發(fā)調(diào)度命令、調(diào)整設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況,確保整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行;③系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程軟件升級和參數(shù)設(shè)置。

第六部分:系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)

  ①根據(jù)安裝使用環(huán)境,可以選用普通控制柜體或防雨型的柜體;

  ②安裝地點(diǎn)有GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)信號;

  ③確定水位、壓力等變送器信號輸出類型,確定流量儀表的廠家、型號、信號輸出類型;

  ④選定水泵啟動(dòng)類型,確定水泵控制模式;

  ⑤閥門與泵的聯(lián)動(dòng)控制由水泵啟動(dòng)控制柜完成。

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