遠(yuǎn)程無(wú)線水源井群集中監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用方案

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(duì)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(lái)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(guò)無(wú)線GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控泵站，實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)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(cè)控器，實(shí)現(xiàn)對(duì)水表流量、水井水位、管網(wǎng)壓力及對(duì)用戶水泵的電流、電壓的采集，以及對(duì)水泵的啟停、電動(dòng)閥的開(kāi)閉等控制，通過(guò)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)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(duì)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(cè)量精度，使運(yùn)行人員在值班室中心泵房通過(guò)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(chǎng)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(guò)權(quán)限的設(shè)置，對(duì)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(wú)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(tái)和現(xiàn)場(chǎng)井位控制分站：

◇中心主站監(jiān)控平臺(tái)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(cè)、查詢、遙調(diào)、運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)、控制、存儲(chǔ)、分析、報(bào)警等多項(xiàng)功能。

◇現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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。它與中心主站監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)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(guò)中國(guó)移動(dòng)的無(wú)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(duì)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(tái)遠(yuǎn)方遙控箱，控制箱內(nèi)核心設(shè)備為RTU和DTU。RTU采集現(xiàn)場(chǎng)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(tái)，監(jiān)控平臺(tái)將獲得的信息進(jìn)行存儲(chǔ)，分析，轉(zhuǎn)發(fā)，輸出等動(dòng)作?；跓o(wú)線網(wǎng)絡(luò)的水源井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可直接通過(guò)GPRS通信控制器，實(shí)現(xiàn)主控中心與泵站之間的無(wú)線數(shù)據(jù)通路。

第三部分：無(wú)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(jiǎn)單分為有線和無(wú)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(wú)線傳輸則包括超短波數(shù)傳電臺(tái)、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(yíng)成本較高，不便于大規(guī)模使用；與之相比，無(wú)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(jiǎn)單、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。SQ-JW遠(yuǎn)程無(wú)線水源井群集中監(jiān)控系統(tǒng)主要推廣無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)和GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)的控制模式。

（1）基于無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)

數(shù)傳電臺(tái)是通過(guò)無(wú)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(tái)數(shù)據(jù)傳輸方式是指監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)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(hào)，通過(guò)特定頻率的電臺(tái)發(fā)射出去，接收端解調(diào)恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)的方式。它是傳統(tǒng)的無(wú)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(duì)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(cè)，并能夠遠(yuǎn)程控制。信號(hào)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(wú)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(wú)需輪巡，很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。設(shè)備安裝簡(jiǎn)單、建設(shè)周期短、覆蓋范圍廣。

（3）兩種模式的簡(jiǎn)單對(duì)比表

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(duì)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(guò)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(guò)大、缺相、水位過(guò)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(duì)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(chǎng)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(lái)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(hào)輸出的變量變送器。

第五部分：監(jiān)測(cè)軟件數(shù)據(jù)平臺(tái)

SQ-JW遠(yuǎn)程無(wú)線水源井群集中監(jiān)測(cè)軟件采用組態(tài)王開(kāi)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(shì)曲線；對(duì)用戶而言，組態(tài)王操作簡(jiǎn)單易學(xué)且編程簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)升級(jí)，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(kāi)發(fā)環(huán)境。另外，高性能實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，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(chǔ)、恢復(fù)功能，全新的、靈活的報(bào)表設(shè)計(jì)工具，支持通過(guò)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(lái)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(cè)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(jiǎn)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(cè)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)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(chǎng)井位控制分站將采集到的水源井位參數(shù)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)、GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街髡局锌仄脚_(tái)，用戶可以從中心主站終端查看水源井現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過(guò)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(guò)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(chǎng)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(jí)和參數(shù)設(shè)置。