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(diǎn)、優(yōu)勢(shì)等。系統(tǒng)采用威控科技RTU-2600和RTU-1600（低功耗）系列智能測(cè)控終端作為監(jiān)控系統(tǒng)硬件核心，通訊上采用有線和無(wú)線結(jié)合的方式，服務(wù)器端采用基于Microsoft SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)和VB.Net, ASP.Net開發(fā)的基于Web Enable的流量信息系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程水量計(jì)量，實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)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(chǎng)也可以監(jiān)測(cè)灌區(qū)分水口流量情況，并對(duì)出現(xiàn)的不正常情況（流量不穩(wěn)定等）及時(shí)做出相應(yīng)的處理。 二、 項(xiàng)目背景 灌區(qū)水情數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和運(yùn)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(duì)于及時(shí)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(dòng)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括河渠及閘涵的水位、流量、含沙量，閘涵泵的運(yùn)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(gè)斗口和138個(gè)支口，目前的情況是多半采用人工計(jì)量的方法，信息發(fā)送不及時(shí)，讀取信息需要花費(fèi)大量人力物力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，信息的準(zhǔn)確性和及時(shí)性不強(qiáng)。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(lái)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(wú)線信號(hào)實(shí)現(xiàn)了固定和移動(dòng)電話網(wǎng)。 灌區(qū)閘門自控信息化的基本需求為： 1． 在1114個(gè)斗口實(shí)現(xiàn)信息遠(yuǎn)傳，傳水位信號(hào)，所依賴的通訊方式可選擇固定電話網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)； 2． 調(diào)度中心通過(guò)B/S服務(wù)器接收水位信號(hào)，發(fā)布信息，數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)流量監(jiān)控和水量統(tǒng)計(jì)； 3． 在138個(gè)支口實(shí)現(xiàn)閘門控制及信息遠(yuǎn)傳，部分支口實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控； 4． 對(duì)于138個(gè)支口還需要選用合理的機(jī)械設(shè)備和強(qiáng)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(gè)分水口的流量信息化方案，同時(shí)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(jì) 根據(jù)項(xiàng)目需求情況整個(gè)系統(tǒng)被分成三大部分，一部分是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)水位等數(shù)據(jù)采集到智能監(jiān)控終端內(nèi)，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)現(xiàn)采集點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)報(bào)警，防止事故的發(fā)生；第二部分是上位機(jī)監(jiān)測(cè)中心，它實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)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(guò)IE訪問(wèn)實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)；最后一部分是將檢測(cè)到的水位等數(shù)據(jù)以手機(jī)短信息的方式直接發(fā)送到管理人員的移動(dòng)電話上，使管理人員隨時(shí)隨地都能夠了解到現(xiàn)場(chǎng)的情況。 現(xiàn)場(chǎng)水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，通過(guò)以太網(wǎng)、GPRS、PSTN、ADSL等方式發(fā)送到監(jiān)控中心。水位計(jì)通過(guò)模擬量接口和威控科技智能測(cè)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(guò)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(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、顯示。出于對(duì)信息安全、科學(xué)管理的需要，給有數(shù)據(jù)訪問(wèn)需求的部門或人員配置訪問(wèn)數(shù)據(jù)的不同用戶名和權(quán)限，用戶通過(guò)IE實(shí)時(shí)查看并配置監(jiān)測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。另一方面，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)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(dòng)電話上，通過(guò)這種主動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(chǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸硬件 （1）遠(yuǎn)程測(cè)控終端 威控科技可編程遠(yuǎn)程測(cè)控終端將采集、控制、通訊三種功能合為一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，它是整個(gè)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(guò)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(yǔ)言平臺(tái)，可以開發(fā)各種復(fù)雜的算法并且可與組態(tài)軟件的無(wú)縫連接。我們通過(guò)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(lái)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(shí)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(fèi)。智能儀表可以通過(guò)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(dòng)網(wǎng)的情況下優(yōu)先選用GPRS通訊方式。 b.灌區(qū)無(wú)移動(dòng)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ADSL Modem。 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(chǎng)數(shù)據(jù)顯示、操作終端使用串口通訊方式和Microsoft超級(jí)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(chǎng)對(duì)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(chǎng)箱體 （5）電源供電 a.現(xiàn)場(chǎng)具備AC220，可用開關(guān)電源供電，用RTU-2600。 b.現(xiàn)場(chǎng)無(wú)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(shí)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(lái)采用了以機(jī)械或電氣傳動(dòng)的模擬式自動(dòng)水位計(jì)?，F(xiàn)在自動(dòng)數(shù)傳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，已廣泛應(yīng)用了水位傳感器。用于河渠水位測(cè)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(jì)屬于非接觸式的傳感器，測(cè)量精度高，運(yùn)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(chǎng)目前只是在測(cè)量井里裝備了連通器，所以如果要使用超聲波水位計(jì)必須要擴(kuò)大連通器的直徑，這給施工帶來(lái)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(cè)渠段，直接測(cè)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(jì)。 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(duì)于管理站，本地站（LCM）相對(duì)于計(jì)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(wèn)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(chǎng)的區(qū)域檔案、終端檔案、計(jì)量點(diǎn)檔案以及設(shè)置抄表計(jì)劃。 配置檔案 4） 全網(wǎng)監(jiān)視 在線監(jiān)視全網(wǎng)運(yùn)行工況和具體參數(shù)，數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)保持同步，并用數(shù)字、趨勢(shì)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(bào)警 對(duì)各類故障、事故、參數(shù)超限提供報(bào)警。 6） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警信息進(jìn)行存儲(chǔ)，可隨時(shí)調(diào)用、檢索、查詢、打印以供分析參考。 7） 報(bào)表打印 可打印班、日、月、年生產(chǎn)報(bào)表、運(yùn)行趨勢(shì)圖。 報(bào)表處理 2、本地站（LCM）的主要功能 LCM是指分水口測(cè)量站。LCM是自主的、功能完善的智能單元，是由智能遠(yuǎn)程測(cè)控終端和現(xiàn)場(chǎng)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(jì)量站內(nèi)。 LCM的功能如下： a. 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、流量累計(jì)計(jì)算?？蓪?duì)水位、流量等參數(shù)實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)視控制。 b. 獨(dú)立完成本地調(diào)節(jié)，閉環(huán)監(jiān)控。 c. 獨(dú)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(jī)接口，可現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定、修改參數(shù),可以最大限度地提計(jì)量站的自控水平。 e. 設(shè)置各種報(bào)警參數(shù)、報(bào)警處理及報(bào)警確認(rèn)。 f. 數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)并接受監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)指令，完成控制任務(wù)。 g. 通過(guò)GSM短信息的方式向管理人員主動(dòng)匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)流量，達(dá)到真正的無(wú)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(chǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備均選用達(dá)到工業(yè)級(jí)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(jī)管理軟件采用Microsoft SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫(kù)和VB.Net可視化編程軟件來(lái)設(shè)計(jì)、構(gòu)架。 系統(tǒng)運(yùn)行如采用GPRS無(wú)線數(shù)傳的方式，需要向中國(guó)移動(dòng)交納GPRS信息流量費(fèi)用。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況和數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r現(xiàn)列無(wú)線運(yùn)行費(fèi)用如下： GPRS月基本數(shù)據(jù)費(fèi) 5 元，流量 20MB ；超過(guò)按 0.01 元 /KB 計(jì)收。 注：以上數(shù)據(jù)來(lái)自北京移動(dòng)通訊公司，如需外地服務(wù)，漫游費(fèi)請(qǐng)咨詢當(dāng)?shù)?860。 灌區(qū)節(jié)水改造、水情自動(dòng)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行自動(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的重要手段。它對(duì)于節(jié)約用水和提高用水效率，解決水資源供需矛盾，實(shí)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。可以相信，在穩(wěn)步引進(jìn)和積極消化吸收西方發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，一個(gè)有中國(guó)特色的、多樣化的灌區(qū)水情及運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)體系會(huì)很快發(fā)展起來(lái)。