概述:
水資源短缺已經(jīng)成為全球性的問題，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)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(xiàn)代化手段，建設(shè)水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，動態(tài)掌握區(qū)域水資源變化及利用情況，最大限度的調(diào)控使用效率，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需要。灌區(qū)所具有的工程分散性、水情雨情變化性、農(nóng)作物需水時(shí)效性、灌溉供水動態(tài)性、灌區(qū)性質(zhì)特殊性等方面的特點(diǎn)，使灌區(qū)的水管理工作十分艱巨。灌區(qū)管理手段的先進(jìn)程度，不僅反映我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平，也是確保灌區(qū)工程安全運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置、提高用水效率、保障灌區(qū)持續(xù)發(fā)展的實(shí)際需要。
灌區(qū)引水監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是解決引水工程各環(huán)節(jié)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)由監(jiān)控中心和各個(gè)水源監(jiān)測點(diǎn)組成，各個(gè)水源監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端（RS
灌區(qū)引水監(jiān)控系統(tǒng)可以對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)引水管道壓力、水流速的數(shù)據(jù)傳送及閥門開關(guān)的自動控制，降低了故障率和提高了對系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。便于及時(shí)迅速的了解及控制遠(yuǎn)端水源井、引水管道及閥門，低故障率和檢修的時(shí)間，減少停水次數(shù)。各水源監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集終端可自動采集引水管道壓力、水流速的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，信息傳輸?shù)焦鄥^(qū)的監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對傳輸回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到出故障的地點(diǎn)，從而當(dāng)一個(gè)遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時(shí)，能在最短的時(shí)間內(nèi)解決問題，恢復(fù)供水，提高了整體的服務(wù)水平，從而實(shí)現(xiàn)了灌區(qū)引水的信息化、現(xiàn)代化。
系統(tǒng)組成:
灌區(qū)引水監(jiān)測系統(tǒng)主要由中心控制站、手機(jī)、現(xiàn)場傳感器（流速計(jì)、水位計(jì)等）、廈門瑞申自動化公司提供的數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制于一體的RS
(系統(tǒng)拓?fù)鋱D)
1．中心控制站：
服務(wù)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(wǎng)絡(luò)相連。由于專線可提供較高的帶寬，當(dāng)引水監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求。
中心監(jiān)控站服務(wù)器采用動態(tài)IP地址（可以申請花生殼軟件采用域名的方式），當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量增加，中心不用擴(kuò)容即可滿足需求（適合監(jiān)控點(diǎn)數(shù)在幾十個(gè)左右的）。
監(jiān)控中心服務(wù)器接收到GPRS網(wǎng)絡(luò)終端傳來的連接申請先進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證通過后接受傳來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。
遠(yuǎn)程監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)整個(gè)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)各監(jiān)控點(diǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和處理，通過系統(tǒng)中集成的強(qiáng)大軟邏輯（Softlogic）功能可對所有數(shù)據(jù)執(zhí)行高級算法處理。將結(jié)果值發(fā)回現(xiàn)場或通過內(nèi)嵌的SQL語言、OPC、ODBC等標(biāo)準(zhǔn)接口發(fā)送給第三方系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享，交叉訪問以及應(yīng)用的高度獨(dú)立性。
2．瑞申RS
1）基本原理:
通過RS—485總線將數(shù)字傳感器（也可采用模擬輸出傳感器）與瑞申無線智能測控終端連為一體，構(gòu)成現(xiàn)場監(jiān)控單元。瑞申無線測控終端內(nèi)置：CPU模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、控制模塊、GPRS/CDMA數(shù)據(jù)通信模塊。可現(xiàn)場接入多路模擬量、開關(guān)量、繼電器信號等數(shù)據(jù)，然后直接通過GPRS無線模塊將現(xiàn)場數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程控制中心連接，將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并存儲到數(shù)據(jù)庫中。 通過該系統(tǒng)，即使在遠(yuǎn)離觀測現(xiàn)場的異地，也能方便地對水源井、引水管道要素如水位、含沙量、流速等數(shù)據(jù)的采集讀取，真正實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享的功能。除數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控外，系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手機(jī)報(bào)警，并通過用戶手機(jī)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備。
2）功能特點(diǎn)：
◎ 采集傳輸控制一體化，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了成本；
◎ 采用超低功耗高性能的嵌入式處理器，數(shù)據(jù)采樣精度小于2‰；
◎ 內(nèi)嵌看門狗，不死機(jī)，掉線自動恢復(fù)；
◎ 配備多種接口資源：包括模擬信號采集、開關(guān)量采集、脈沖信號輸入、繼電器控制輸出等；
◎ 繼電器可設(shè)置報(bào)警聯(lián)動；
◎ 支持一路RS232/RS485（只支持MODBUS協(xié)議）方式的用戶數(shù)據(jù)接口，可接入電子式傳感器、PLC等各種設(shè)備；
◎ 短信數(shù)據(jù)傳輸或GPRS實(shí)時(shí)在線傳輸方式；
◎ GPRS 遠(yuǎn)程在線設(shè)置和短信息遠(yuǎn)程設(shè)置功能；
◎ 支持終端遠(yuǎn)程進(jìn)入休眠模式，并可用多種方式喚醒；
◎ 監(jiān)控中心及手機(jī)遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備；
◎ 可向用戶設(shè)定的手機(jī)發(fā)送短信報(bào)警信息；
◎ 模擬量分時(shí)段報(bào)警；
◎ 用戶可以編程的量程轉(zhuǎn)換和報(bào)警上下限設(shè)定；
◎ 內(nèi)設(shè)工業(yè)時(shí)鐘，精確記時(shí)；
◎ 自動定時(shí)上報(bào)和事件觸發(fā)上報(bào)功能；
◎ 內(nèi)置大容量FLASH存儲器，數(shù)據(jù)自動記錄，支持歷史數(shù)據(jù)檢索；
◎ 板載工業(yè)級GSM/GPRS通信模塊，方便用戶選擇GSM/GPRS組網(wǎng)方式；
◎ 提供用戶設(shè)置軟件，開放式接口，方便與組太軟件及其他軟件連接；
3）GPRS傳輸特點(diǎn)：
基于灌區(qū)分布點(diǎn)多面廣，其遠(yuǎn)程采集大多仍沿用有線傳輸方式，線路維護(hù)量很大。由于電話線公用，通訊時(shí)經(jīng)常發(fā)生沖突，既影響了數(shù)據(jù)的傳輸也對灌區(qū)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(jī)正常、穩(wěn)定的運(yùn)行也有一定的影響。為保證傳輸質(zhì)量，若采用專線方式，投資成本太高；采用GPRS無線數(shù)字網(wǎng)的通訊方式，很好地解決了遠(yuǎn)程灌區(qū)引水信息采集的瓶頸問題。
GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)上發(fā)展起來的一種承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS拋棄了傳統(tǒng)的獨(dú)占電路交換模式，采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無線信道，同一無線信道又可以由多個(gè)用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬最高可達(dá)171.2Kb/s。目前中國移動的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達(dá)到了100%，在邊遠(yuǎn)地區(qū)也達(dá)到了80%以上，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在20-40Kb/s，特別適合遠(yuǎn)程監(jiān)測行業(yè)的通信需求，完全取代過去傳統(tǒng)的有線、MODEM、X.25、數(shù)傳電臺、短信等通信方式。
（RS
系統(tǒng)功能及特點(diǎn)：
1．功能：
灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是基于GRPS無線通信網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模（幾百至幾千個(gè)監(jiān)控子站）的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控，通過多線程的完全并發(fā)通信，采用高性能的服務(wù)器以及高性能的遠(yuǎn)程測控終端，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測、遙信、遙控、遙脈、遙調(diào)需要，可以在幾秒鐘時(shí)間內(nèi)獲取成百上千個(gè)子站的各種數(shù)據(jù)，并完成遙控、遙調(diào)功能，具有許多系統(tǒng)無法比擬的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度以及接近于零故障和零維護(hù)的高可靠性。系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的功能如下：
◎ 數(shù)據(jù)定時(shí)采集：遠(yuǎn)程監(jiān)測中心可通過無線數(shù)傳通道定時(shí)向所有現(xiàn)場測控單元發(fā)出監(jiān)測命令，實(shí)現(xiàn)對水源井、引水管道的定時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測。
◎ 按需數(shù)據(jù)采集：遠(yuǎn)程監(jiān)測中心可在任何時(shí)刻請求召喚一口或多口水源井、引水管道的數(shù)據(jù)；
◎ 通訊控制功能：啟動/停止對水源井、引水管道終端的數(shù)據(jù)采集、切換終端使用的通道等；
◎ 通道質(zhì)量監(jiān)視及故障診斷，通訊流量計(jì)算；
◎ 可支持多種通訊規(guī)約、多種通訊通道；
◎ 添加/刪除水源井終端，修改終端通訊參數(shù)，如地址、通訊規(guī)約、數(shù)據(jù)召喚周期等；
◎ 修改水源井終端參數(shù)，如各種報(bào)警限值等，并將必要的參數(shù)下發(fā)到水源井終端；
◎ 事項(xiàng)報(bào)警處理功能：系統(tǒng)對模擬量可分別設(shè)置報(bào)警上、下限，有效上、下限，當(dāng)數(shù)據(jù)越限值時(shí)可生成報(bào)警記錄，并且能保存報(bào)警記錄；
◎ 數(shù)據(jù)保存周期可按不同數(shù)據(jù)類型設(shè)置為逢變即存、10 分鐘、30 分鐘、60 分鐘（保存周期應(yīng)大于等于采集周期）；
◎ 權(quán)限管理：所有系統(tǒng)操作均有授權(quán)控制；
◎ 計(jì)算功能：支持常用函數(shù)功能；
◎ 細(xì)膩的圖像和逼真的動畫顯示；
◎ 功能齊全的數(shù)據(jù)采集界面；
◎ 報(bào)警發(fā)生時(shí)，可自動推出報(bào)警畫面；
◎ 生成各采集參數(shù)的時(shí)間曲線；
◎ 歷史數(shù)據(jù)綜合查詢及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示；
◎ 報(bào)表的生成及打??；
◎ web發(fā)布功能；
2．特點(diǎn)：
1）系統(tǒng)的實(shí)用性：
灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)處理所有數(shù)據(jù)，不僅可以得到瞬時(shí)曲線，還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到所需各種圖表，而不必工作人員親臨監(jiān)測現(xiàn)場，大大降低了工作人員的勞動強(qiáng)度，而且便于管理部門及時(shí)了解情況，進(jìn)一步的分析并及時(shí)采取響應(yīng)措施。
2）系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性：
灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用最新的通信和軟硬件技術(shù)，建立了清晰和合理的系統(tǒng)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多線程的遠(yuǎn)程并發(fā)通信，在幾秒時(shí)間內(nèi)，可以讓成百上千臺的深井?dāng)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心進(jìn)行集中監(jiān)視和遠(yuǎn)程調(diào)度，實(shí)現(xiàn)故障信息的及時(shí)報(bào)警，運(yùn)用通信手段實(shí)現(xiàn)停機(jī)故障的及時(shí)處理。數(shù)據(jù)量巨大，提供了強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫作為系統(tǒng)的支撐，比起傳統(tǒng)的電臺輪詢等方式，具有無可比擬的優(yōu)勢。
3）系統(tǒng)的開放性：
灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一套成熟的開放式的系統(tǒng)。所謂的開放，就是指協(xié)議等方面采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，可以進(jìn)行系統(tǒng)或模塊的擴(kuò)展，便于長期的升級和維護(hù)，延長系統(tǒng)的壽命，通過更新部件，能讓系統(tǒng)一直存在下去，而不至于整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，造成大量的投資損失。
4）系統(tǒng)的易維護(hù)性：
灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有極低的故障率，所以相應(yīng)的維護(hù)量非常之小。系統(tǒng)的構(gòu)架非常清晰，具有多個(gè)調(diào)試工具，以辨別故障所在。此外多年的經(jīng)驗(yàn)和較強(qiáng)的專業(yè)性，保證了整個(gè)系統(tǒng)的高可靠性和低故障率。
5）系統(tǒng)的強(qiáng)大功能：
灌區(qū)引水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)管單位的需要，進(jìn)行高級開發(fā)，增加或減少功能模塊、監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量，可以自動發(fā)出報(bào)警，可以自動彈出故障畫面，并自動打印?，F(xiàn)場測控單元可以存儲數(shù)據(jù)，在掉電時(shí)自動保存。
總結(jié)：
本系統(tǒng)以灌區(qū)引水過程為背景，提出了一套基于PC機(jī)的自動供水計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)場調(diào)試證明，該方案切實(shí)可行，既保證了水渠道的不間斷供水又提高了灌區(qū)的管理水平。系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間短，成本低，節(jié)能效益明顯。適合廣大灌區(qū)引水工程進(jìn)行技術(shù)改造。
