淺談無(wú)錫嚴(yán)埭港水利樞紐水情監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：傳統(tǒng)水利監(jiān)測(cè)技術(shù)手段較落后，且功能單一效率不高，水利自動(dòng)化監(jiān)測(cè)采用復(fù)合監(jiān)控裝置，結(jié)合現(xiàn)代通訊技術(shù)及智能手機(jī)移動(dòng)平臺(tái)，升級(jí)成最新一代的水情自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，滿足了現(xiàn)代大型泵站對(duì)水利自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的要求。

關(guān)鍵詞：水情監(jiān)測(cè)；水位儀；傳感器；GPRS；手機(jī)監(jiān)控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.253

1 前言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和現(xiàn)代水利的不斷發(fā)展，水利自動(dòng)化的重要作用越來(lái)越被人們所認(rèn)識(shí)，它能夠大大地提高水利管理者的工作效率，目前國(guó)內(nèi)，在水情監(jiān)控方面，基于Android和GPRS的監(jiān)控系統(tǒng)少見，水位監(jiān)測(cè)主要靠單一水位儀或水位尺讀取，水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)測(cè)多處于人工取樣分析的階段，這就帶來(lái)一系列問題，如：操作不便，費(fèi)力耗時(shí)，精度不高。本文所介紹的監(jiān)控系統(tǒng)將Android手機(jī)平臺(tái)和GPRS通信技術(shù)與DSP、Internet網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，組建無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2 樞紐情況介紹

嚴(yán)埭港水利樞紐是無(wú)錫市城市防洪八大樞紐之一，由泵站、節(jié)制閘和船閘和上下游連接建筑物等組成。泵站裝機(jī)流量為70m/s，安裝5臺(tái)立式軸流泵，單機(jī)流量為14m3/s，配630W同步電動(dòng)機(jī)，總裝機(jī)容量3150W。節(jié)制閘分2孔凈寬12m，用升臥式閘門。船閘規(guī)模16（20）×135m，上、下閘首型式同節(jié)制閘。整個(gè)樞紐于2009年通過竣工驗(yàn)收并正式投入運(yùn)行。

3 泵站自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介

泵站自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象包括5臺(tái)主泵、2臺(tái)節(jié)制閘啟閉設(shè)備、清污設(shè)備、5臺(tái)主泵出水側(cè)工作門和事故門啟閉機(jī)、2臺(tái)技術(shù)供水泵、10kV高壓開關(guān)柜、2臺(tái)站用變等。對(duì)水情的監(jiān)測(cè)目前僅為機(jī)械式的水位儀，數(shù)據(jù)僅傳輸?shù)缴衔粰C(jī)電腦讀取，至于調(diào)水水質(zhì)、流速等情況主要靠現(xiàn)場(chǎng)工作人員目測(cè)，具有不精準(zhǔn)性和人員局限性，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成冗余以太網(wǎng)，由上位機(jī)監(jiān)控，并應(yīng)留有接口與控制中心相連。整個(gè)系統(tǒng)目前實(shí)現(xiàn)嚴(yán)埭港水利樞紐的運(yùn)行自動(dòng)化，但離水情實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度自動(dòng)化，達(dá)到少人值守，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值班的管理水平尚有距離。

4 新水情監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)主要由水文參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊、GPRS通信模塊、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器，以及一些Android手機(jī)客戶端模塊，所述監(jiān)控模塊包括水位檢測(cè)裝置、溫度、濁度、pH值和其他參數(shù)的水的流速和調(diào)理電路。液晶構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控模塊，液晶上的數(shù)據(jù)能夠被工作人員讀取。遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊用于通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)Android客戶端接收數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)通信，手機(jī)Android客戶端與服務(wù)器主要完成數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、網(wǎng)絡(luò)通信功能。

新水位計(jì)采用靜磁柵激光液位計(jì)，集成非接觸式電壓量開關(guān)，采集器，變送器三種功能于一身，是一種測(cè)量液位的絕對(duì)位移傳感器，液位和浮力的變化影響導(dǎo)管內(nèi)浮筒上下位置改變，電子倉(cāng)內(nèi)激光計(jì)每150ms發(fā)送620-690nm可見紅色激光刀浮筒反射面，激光計(jì)每150ms接收浮筒反射面返回激光，并根據(jù)其相位、波長(zhǎng)公式計(jì)算出浮筒與激光計(jì)相對(duì)位置。在激光計(jì)測(cè)量水位的過程中，光束被保護(hù)在堅(jiān)固的不銹鋼保護(hù)套管中，不受外界阻斷和干擾，相比之前的機(jī)械浮子式水位監(jiān)控，克服了精度差，易受環(huán)境影響可靠性差的缺點(diǎn)，具有一采集單元在內(nèi)部，不受外部環(huán)境變化影響，二采用可靠激光反射原理，無(wú)論多深液位測(cè)量精度保持一致，三全不銹鋼導(dǎo)管結(jié)構(gòu)安裝簡(jiǎn)單可靠性強(qiáng)。采集到的水位信號(hào)，以RS485與上位機(jī)通訊。

溫度監(jiān)測(cè)采用WQ101沉入式水溫傳感器，溫度傳感器是低功耗兩線制配置，所有電子元件都放在海洋級(jí)不銹鋼外殼內(nèi)。PH監(jiān)測(cè)采用同系列PH傳感器WQ201以及濁度傳感器WQ730，該傳感器內(nèi)部是一個(gè)封裝的紅外線對(duì)管（一個(gè)發(fā)射、一個(gè)接收），當(dāng)光通過一定量的水，通過臟程度的光的量取決于水，水是臟的，較少的光是通過。光接收端將透射光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流，光通過光而電流大。通過測(cè)量接收機(jī)的當(dāng)前大小，我們可以計(jì)算出水污染水平。通過測(cè)量液體的散射率、發(fā)射率和電導(dǎo)率來(lái)測(cè)定液體的濁度。以上三種傳感器均是由美國(guó)Global Water公司生產(chǎn)的，質(zhì)量可靠，精度高，深得國(guó)內(nèi)廣大科研單位的喜愛。輸出為模擬電流信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理電路處理后經(jīng)RS485通訊到上位機(jī)中。PH值與濁度參數(shù)，是對(duì)水質(zhì)好壞的重要直接參考量，準(zhǔn)確度遠(yuǎn)高于靠水體表層的目測(cè)。

5 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)需要上電初始化，初始化程序主要用來(lái)初始化IO端口、定時(shí)器、AD轉(zhuǎn)換工作模式、串口、液晶和按鍵程序等。初始化完成后，系統(tǒng)就開始啟動(dòng)應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)采集根據(jù)初始化程序配置的參數(shù)開啟定時(shí)器中斷，定時(shí)采集AD轉(zhuǎn)換得到的水情參數(shù)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按照一定的格式打包后，通過GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程監(jiān)控中心上位機(jī)發(fā)送。

6 通訊與遠(yuǎn)程客戶端設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)中，其關(guān)鍵因素就是水情參數(shù)數(shù)據(jù)的GPRS傳輸，這也是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在系統(tǒng)中，GPRS模塊采用TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在測(cè)量點(diǎn)，在GPRS模塊的使用，包括為其配置相關(guān)的AT命令的需要：設(shè)置模塊的連接方式、波特率、域名和端口等。如果設(shè)置成功，然后GPRS模塊和服務(wù)器建立TCP連接，DSP可以發(fā)送數(shù)據(jù)到服務(wù)器通過水文參數(shù)的串行端口。

本系統(tǒng)采用的是手機(jī)端/服務(wù)器模式，服務(wù)器采用VB編程的監(jiān)控軟件，手機(jī)端采用JAVA語(yǔ)言編程，使用基于TCP協(xié)議的基于Socket來(lái)完成與服務(wù)器通信的IP /自己的SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)，最后編譯打包后生成的APK文件，在Android手機(jī)上可直接安裝，當(dāng)輸入正確的服務(wù)器名稱和相應(yīng)的端口號(hào)，安卓手機(jī)自動(dòng)接收發(fā)送到服務(wù)器的數(shù)據(jù)。

7 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)采用手機(jī)平臺(tái)和GPRS通信實(shí)現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控。該系統(tǒng)可以通過PC機(jī)和手機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水文參數(shù)，具有低成本的硬件優(yōu)勢(shì)，性價(jià)比非常高。通過試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)水文參數(shù)進(jìn)行高精度測(cè)量，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可操作性好，應(yīng)用前景十分廣闊，非常適合水利水文系統(tǒng)的水情監(jiān)測(cè)使用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張繼來(lái)（1981-），男，江蘇無(wú)錫人，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)榇笮捅谜尽?