遠程自來水監(jiān)控系統(tǒng)
一、HKS分散型自來水廠集中管理系統(tǒng)方案設(shè)計
系統(tǒng)硬件由若干個水廠測控分站和一個集控中心站,一套遠程管理系統(tǒng)組成。單個水廠測控分站的數(shù)量由需求確定,每個測控分站分別由RTU智能終端、變頻器、壓力變送器、 流量變送器、液位變送器、 全自動加藥消毒系統(tǒng)、視頻監(jiān)控報警系統(tǒng)、遠程通訊系統(tǒng)、 供電管理系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)組成。
二、儀表選型與數(shù)據(jù)采集
所有儀表選型選用符合《自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范》(SH3005-1999)規(guī)范標準的儀表,各站點選用相同系列,相同規(guī)格型號儀表;
該系統(tǒng)用到的計量儀表包括水表、流量變送器、投入式液位計,壓力變送器,電壓傳感器和電流傳感器。
2.1 水表
基本功能要求:測量取水量,通過信號線輸入給測控器。
隨著科學技術(shù)的發(fā)展,我國的水表制造水平也有了大幅度提高,但是現(xiàn)有水表不外乎主要有兩類,一類是方便收費、提高收費管理水平的智能型水表,如IC卡、TM卡、代碼表以及遠傳表等,此類表大多是在速度式水表的基礎(chǔ)上增加傳感器、數(shù)字模塊、電磁閥等配件改裝而成,由于增加了一些配件,靈敏度比同精度的速度式水表還略差;一類是提高水表靈敏度的高精度水表,如容積式、節(jié)水型表等,但是精度達到C級的容積式水表對水質(zhì)要求較高,只能用于純凈水管道,而節(jié)水型水表由于對原來的速度式水表機芯進行了革新,使其達到滴水計量的水平,流量性能基本達到C級以上計量精度,正在被大多數(shù)自來水公司廣泛使用。所以在水表的選型上盡量采用高精度、高靈敏度且又適合水質(zhì)要求的水表。
目前國內(nèi)水表市場中的節(jié)水型水表共有兩大類:一種是用磁力閥通過壓差瞬間開閥充水推動葉輪轉(zhuǎn)動而計量的防滴漏水表,它只是提高了水表的靈敏度,在計量性能方面并沒有明顯提高,而且由于水質(zhì)問題可能導致磁閥不能閉合,而失去防滴漏功能;另一種是江西三川水表股份有限公司的專利產(chǎn)品—節(jié)水型水表,它是通過改良原來速度式水表機芯結(jié)構(gòu)而達到“滴水計量”和提高水表計量精度的目的,對水質(zhì)要求不高,適用范圍較廣。
2.2 流量計
1.基本功能要求
a) 能夠測量累積流量、瞬時流量、流向;
b) 零漂自動修正功能;
c) 有脈沖輸出或485輸出信號;
流量計選型是指按照生產(chǎn)要求,從儀表產(chǎn)品供應的實際情況出發(fā),綜合地考慮測量的安全、準確和經(jīng)濟性,并根據(jù)被測流體的性質(zhì)及流動情況確定流量取樣裝置的方式和測量儀表的型式和規(guī)格。
2.3投入式液位計
基本功能:測量蓄水池液位,通過信號線輸入到測控器中;
2.4壓力變送器
基本功能:測量水壓,通過信號線將數(shù)據(jù)輸入到測控器中;
先確定系統(tǒng)中測量壓力的最大值,一般而言需要選擇一個具有比最大值還要大1.5倍左右的壓力量程的變送器。這主要是在許多系統(tǒng)中,尤其是水壓測量中,有峰值和持續(xù)不規(guī)則的上下波動,這種瞬間的峰值能破壞壓力傳感器。持續(xù)的高壓力值或稍微超出變送器的標定最大值會縮短傳感器的壽命,這樣做還會使精度下降。于是可以用一個緩沖器來降低壓力毛刺,但這樣會降低傳感器的響應速度。所以在選擇變送器時要充分考慮壓力范圍、精度與其穩(wěn)定性。
2.5電壓傳感器和電流傳感器
基本功能:測量電機電壓和電流參數(shù),通過信號線輸入到測控器中;
三、水廠終端控制器
3.1單片機功能模塊
說明
單片機接收三個模擬直流電壓信號,一路脈沖計數(shù)信號,四個I/O信號。通過RS232口與遠程計算機進行通訊。
實時時鐘;
單片機內(nèi)留有遠程計算機指令存儲空間。
3.2主要功能描述
定時供水啟停泵,遠程通過通訊模塊讀入,如不更改,永久保存。
啟泵后向上位機匯報電流、電壓、壓力、水表基礎(chǔ)數(shù)、水表瞬時流量,系統(tǒng)是否正常,啟泵的時間(年、月、日、時、分),所在位置(單片機)
停泵時匯報水表基礎(chǔ)數(shù)據(jù),所在位置,停泵時間(年、月、日、時、分)
響應上位機發(fā)來的即時開泵和停泵指令
根據(jù)上位機指令和報警開關(guān),采集和發(fā)送圖像(視頻模塊有此功能)設(shè)置電流報警閥值,該值應該有兩項內(nèi)容,一是啟動報警,采用延時方法,如規(guī)定時間到而電流仍超過一定值,則報警停啟.另一個是正常運行時監(jiān)視,設(shè)定一個電流值,限時停泵報警.
設(shè)置電壓報警,分為低電壓和高電壓均停泵,報警.
漏電停泵報警,按接收來自漏電開關(guān)的信號執(zhí)行報警停泵.所有報警閥值都是從遠端通過網(wǎng)絡(luò)來設(shè)置,所有報警和啟停泵及人為操作均向上位機匯報,報警要匯報報警內(nèi)容,如超壓,超電流等等.
停電報警和來電供水功能,如因停電未能及時供水,則供電后五分鐘自動按上次供水時間補充供水一次.
四、GPRS遠程無線通訊系統(tǒng)
4.1、GPRS簡介
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)展出來的一種新的承載業(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采用與GSM同樣的無線調(diào)制標準、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結(jié)構(gòu)、同樣的跳幀規(guī)則以同樣的TDMA幀結(jié)構(gòu),這種新的分組數(shù)據(jù)信道與當前的電路交換的話音業(yè)務(wù)信道及其相似,因此現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BSS)從一開始就可提供全面的GPRS覆蓋,GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù),而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源,從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。特別適用間斷的、突發(fā)性的和頻繁的少量的數(shù)據(jù)傳輸,也適用于偶爾的大量數(shù)據(jù)傳輸。GPRS理論帶寬可達171.2Kb /s,實際應用帶寬大約在10~70Kb/s,在此信道上提供TCP/IP連接,可以用于INTERNET連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢谩?/DIV>
方案一:中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接,采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)。
4.2 GPRS四種組網(wǎng)方式介紹
GPRS的應用非常廣泛,幾乎所有行業(yè)都能用到GPRS的無線數(shù)據(jù)傳輸。但每種行業(yè)的實際需求和復雜的應用環(huán)境都大不相同,所以每種行業(yè)都會有自己獨特的功能要求和組網(wǎng)方式。
如上圖所示,以下將一一對四種連接方案進行講解:
方案一:中心采用ADSL等INTELNET公網(wǎng)連接,采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)。
此種方案向先INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)。
1、 中心公網(wǎng)固定IP:監(jiān)控點直接向中心發(fā)起連接。運行可靠穩(wěn)定,推薦此種方案。
2、 中心公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù):客戶先與DNS服務(wù)商聯(lián)系開通動態(tài)域名,監(jiān)控點先采用域名尋址方式連接DNS服務(wù)器,再由DNS服務(wù)器找到中心公網(wǎng)動態(tài)IP,建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網(wǎng)固定IP的費用,但穩(wěn)定性受制于DNS服務(wù)器的穩(wěn)定,所以要尋找可靠的DNS服務(wù)商。此種方案適合小規(guī)模應用。
方案二:中心采用主副GPRS-DTU,采用移動內(nèi)網(wǎng)動態(tài)IP+移動DNS解析服務(wù)。
此種方案客戶先與移動DNS服務(wù)商聯(lián)系開通移動動態(tài)域名,監(jiān)控點先采用域名尋址方式連接移動DNS服務(wù)器,再由移動DNS服務(wù)器找到中心移動動態(tài)IP,建立連接。中心也用GPRS-DTU做接收端,但GPRS無線方式的中心不如有線方式的穩(wěn)定,所以采用主副兩個GPRS-DTU作冗余備份。主中心GPRS-DTU接收端掉線時,所有監(jiān)控點自動轉(zhuǎn)到副中心GPRS-DTU接收端。此種方式也可以大大節(jié)約固定IP的費用,但并不是所有移動公司都提供DNS解析服務(wù),所以要在有DNS解析服務(wù)的省市才能采用此種方案。此種方案適合小規(guī)模應用。此種方案時時性和穩(wěn)定性較差,不推薦使用。
方案三:中心采用主副GPRS-DTU,采用移動APN專網(wǎng)固定IP。
此種方案客戶先與移動申請APN專網(wǎng)業(yè)務(wù)。移動為客戶分配專用的APN,普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN,限制使用其他APN。得到APN后,給所有監(jiān)控點及中心分配移動內(nèi)部固定IP。此種方案中心也像方案二一樣采用主副兩個GPRS-DTU作接收端,冗余備份。但此種方案較方案二而言,無需DNS解析,本身具有移動內(nèi)網(wǎng)固定IP,減少中間環(huán)節(jié),穩(wěn)定性增強;且所有數(shù)據(jù)都在移動GPRS的APN內(nèi)網(wǎng)傳輸,無需經(jīng)過公網(wǎng),安全性增強。此種方案無需負擔寬度專線月租費用,性價比合理,推薦使用。
方案四:中心采用APN專線, 所有點都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP
此種方案客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網(wǎng)絡(luò),雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接,在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN,普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡僅開通該專用APN,限制使用其他APN。得到APN后,給所有監(jiān)控點及中心分配移動內(nèi)部固定IP。移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密,避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離,并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。 此種方案無論時時性,安全性和穩(wěn)定性較前三種方案都有大大提高,適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、時時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網(wǎng)方式。
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