基于無線網(wǎng)絡(luò)供水管道流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

【摘要】為了便于對(duì)管道型取水戶的用水情況進(jìn)行管理，水利部門管理人員應(yīng)當(dāng)建立能夠監(jiān)測(cè)水資源流量數(shù)據(jù)使用情況的系統(tǒng)，便于借助信息化的手段征集、整合與管理水資源的流量使用情況?；诖?，本文首先分析了無線網(wǎng)絡(luò)供水管道流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)情況，其次闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，最后研究了系統(tǒng)管道檢測(cè)站的設(shè)計(jì)方式，并在文中舉了北疆大型平原水庫(kù)成功建設(shè)的案例，希望具備一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】無線網(wǎng)絡(luò)；供水管道；流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

引言：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)走高，當(dāng)前我國(guó)日常生產(chǎn)生活中都需要消耗大量的水資源，一定程度上也存在著水資源浪費(fèi)的情況。而無線網(wǎng)絡(luò)下供水管道的流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)水資源監(jiān)管業(yè)務(wù)的現(xiàn)代化以及信息化，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K端設(shè)備能夠在各種安裝環(huán)境下，對(duì)多點(diǎn)集中的取水戶進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，繼而節(jié)約供水管道監(jiān)測(cè)的成本，使得水資源的利用情況能夠通過網(wǎng)絡(luò)上的直觀化數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來。

一、無線網(wǎng)絡(luò)供水管道流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

（一）水量信息采集

1.RS485智能數(shù)字端口

在無線網(wǎng)絡(luò)供水管道流量監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中，主要應(yīng)用的技術(shù)是當(dāng)下先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠通過對(duì)用水情況的數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析，再通過水位采集、傳輸網(wǎng)絡(luò)以及監(jiān)測(cè)平臺(tái)這三大部分，將采集分析到的水資源利用情況，運(yùn)用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳送給水量監(jiān)測(cè)的平臺(tái)中，繼而經(jīng)過平臺(tái)對(duì)于數(shù)據(jù)信息的儲(chǔ)存和處理后，為用戶提供水資源的應(yīng)用服務(wù)。由此，無線網(wǎng)絡(luò)下的供水管道流量檢測(cè)系統(tǒng)能夠通過對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息的采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)于實(shí)時(shí)在線狀態(tài)下水量信息的采集，其中采用的流量計(jì)RS232/485智能數(shù)字端口的基本構(gòu)造。

2.HART信號(hào)端口

在水量信息采集的過程中，通常可以采用的信息采集方式主要有間接監(jiān)測(cè)以及實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)這兩種，其中在線采集的系統(tǒng)中涵蓋著取水計(jì)量設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于取水點(diǎn)實(shí)時(shí)用水情況的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而將信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到需要取水?dāng)?shù)據(jù)信息的水務(wù)系統(tǒng)監(jiān)控中心，繼而完成無線網(wǎng)絡(luò)下取水信息的采集。要想取水點(diǎn)能夠進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，則需要保證使用的監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠滿足監(jiān)控的需求，通常需要配置國(guó)家計(jì)量監(jiān)督局制定的RS485數(shù)字通信接口采集儀器。而一些取水用戶的流量計(jì)儀表中只設(shè)置了HART輸出信號(hào)接口，還未配備RS-485智能數(shù)字端口，在這種情況下，工作人員就可以運(yùn)用HART-RS485型號(hào)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，來輸出RS485的信號(hào)，從而使得取水用戶流量計(jì)儀表中內(nèi)置的數(shù)據(jù)能夠被讀取和存儲(chǔ)，繼而便于無線供水管道流量監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用。

（二）水量信息處理

在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)取水點(diǎn)水量使用的數(shù)據(jù)信息后，還應(yīng)需要對(duì)水量信息進(jìn)行處理。在這一過程中，傳輸水量信息的方式主要是GPRS信道與省級(jí)中心通信，之后便可以將收集到的取水點(diǎn)用水信息通過無線網(wǎng)絡(luò)輸送到水務(wù)中心服務(wù)器。通常來說，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)第一時(shí)間采集到數(shù)據(jù)信息時(shí)，就應(yīng)當(dāng)定時(shí)將信息進(jìn)行上報(bào)，盡量避免在數(shù)據(jù)上傳的高峰期傳送信息，以免遇到傳輸擁堵的狀況，損害數(shù)據(jù)上傳的實(shí)時(shí)性。采集水量監(jiān)測(cè)信息的時(shí)候，可以采用超限上報(bào)與人工召測(cè)相結(jié)合的方式，在按照1h間隔定時(shí)輪詢的頻次，依次將每個(gè)取水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)的上傳。

二、無線網(wǎng)絡(luò)供水管道流量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）供水管道流量監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求

供水管道流量監(jiān)控系統(tǒng)中涵蓋著數(shù)據(jù)采集終端、發(fā)動(dòng)終端以及流量計(jì)量設(shè)備等多個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)，在運(yùn)行過程中多個(gè)結(jié)構(gòu)的同時(shí)正常運(yùn)行，才能保證取水量自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作的順利完成。這一過程中對(duì)于流量監(jiān)控的系統(tǒng)具有功能方面的要求，需要系統(tǒng)能夠在用水過程中，對(duì)水位、閘位以及取水流速等信息進(jìn)行自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)，并且還要求系統(tǒng)具備自動(dòng)召測(cè)及報(bào)信的智能功能。其次，流量監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)具備對(duì)當(dāng)前取水點(diǎn)以及遠(yuǎn)程參數(shù)的配置，進(jìn)而在監(jiān)測(cè)取水點(diǎn)運(yùn)行中頻段以及時(shí)段的同時(shí)，發(fā)揮對(duì)當(dāng)前取水點(diǎn)以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的下載功能。

（二）供水管道流量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

供水管流量監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，常常要根據(jù)用戶實(shí)際的取水情況進(jìn)行，按照我國(guó)居民水資源的利用情況，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常會(huì)以多點(diǎn)集中取水戶作為設(shè)計(jì)的參考，針對(duì)取水點(diǎn)比較集中的情況，再將多臺(tái)傳感器連入到一臺(tái)RTU中。其中供水管道流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要設(shè)備的配置大致如下表所示：

而在設(shè)計(jì)過程中，往往還要結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行考量?？剂康焦こ讨袎屋S線長(zhǎng)17km，并且其中壩的最高高度為28m，壩基為深厚覆蓋層軟基等條件，相關(guān)人員設(shè)計(jì)供水管流量監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)時(shí)，首先在高處設(shè)置了能夠觀測(cè)大壩原型的系統(tǒng)，用于保證施工過程中的安全性，其次又深入研究了大壩在變形、接觸土壓力性狀以及滲流等方面存在的規(guī)律和特點(diǎn)，繼而首先完成了大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從監(jiān)測(cè)結(jié)果中能夠分析出大壩的降量為715mm，而壩基的沉降量比例處于87%上下，進(jìn)一步說明了監(jiān)測(cè)結(jié)果的正確性，從而發(fā)揮出了供水管流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在判斷工程質(zhì)量方面具備的科學(xué)性。

三、無線網(wǎng)絡(luò)供水管道流量監(jiān)控系統(tǒng)的管道檢測(cè)站設(shè)計(jì)

（一）數(shù)據(jù)采集終端的安裝和調(diào)試

1.終端設(shè)備

數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備的工作目標(biāo)，主要是對(duì)水資源監(jiān)測(cè)儀器與傳感器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，這些信息中涵蓋著取水點(diǎn)的用水量、水位以及閘門的開度等情況，之后數(shù)據(jù)采集終端就可以首先對(duì)這些重要信息進(jìn)行存儲(chǔ)與檢測(cè)。在上傳終端數(shù)據(jù)的時(shí)候，還要按照水利部在水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方面的要求上傳通信協(xié)議，以便發(fā)揮無線網(wǎng)絡(luò)供水管道流量監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備，所具有的工程參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)以及多種通信方式的功能。

2.技術(shù)要求

在安裝無線網(wǎng)絡(luò)供水管道流量監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)注意遵循安裝過程的要求以及指標(biāo)規(guī)定，在安裝數(shù)據(jù)采集端的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)選取能夠精簡(jiǎn)線纜的技術(shù)，以便能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的操作。同時(shí)，安裝數(shù)據(jù)采集端的時(shí)候要盡量考慮到干擾的因素，盡量選擇能夠附近不存在電磁干擾源，并且不會(huì)發(fā)生滲水、強(qiáng)震的地段進(jìn)行安裝，以便保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中具有穩(wěn)定的信號(hào)。其次，在安裝數(shù)據(jù)采集重點(diǎn)的時(shí)候，要充分考慮到機(jī)箱的接地情況，盡量選在接地電阻在5Ω以內(nèi)的區(qū)域，接地線最好選用截面積超過4mm，并且具有黃色和綠色兩種顏色的多股銅芯線，同時(shí)接地線的兩端應(yīng)當(dāng)用固定起來，可以用螺栓作為固定工具。

3.安裝步驟

在安裝數(shù)據(jù)采集終端的時(shí)候，首先應(yīng)當(dāng)將數(shù)據(jù)采集的終端進(jìn)行固定，可以選用螺絲作為操作工具，在離地一米以上的墻上確定適合安裝的位置，在采集終端機(jī)箱已經(jīng)固定到墻上時(shí)，首先要找到數(shù)據(jù)采集終端接地的螺栓，以便與地網(wǎng)中的接地極進(jìn)行連接。在確定終端機(jī)箱已經(jīng)固定完畢，并且接地螺栓也與接地極連接好之后，就可以按照詳細(xì)的說明書，在斷電的前提下，將數(shù)據(jù)采集終端的各極線路進(jìn)行接線，繼而完成數(shù)據(jù)采集終端的安裝步驟，在過程中一定要確保每個(gè)環(huán)節(jié)都按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，避免在安裝過程中埋下隱患。

4.調(diào)試步驟

等到安裝完畢后，接下來就要及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試。首先要斷開交流電中的開關(guān)，再將數(shù)據(jù)采集終端上的電源斷開，等待供電完成，之后就是要考量配置的參數(shù)是否存在誤差情況，需要重點(diǎn)查看其中的站號(hào)、傳感器類型以及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔等參數(shù)，再按照水資源管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)需求進(jìn)行設(shè)備的配置。

（二）流量計(jì)的安裝和調(diào)試

在安裝流量計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)選取能夠滿足長(zhǎng)度條件的直管段，確保流量計(jì)的前直管段長(zhǎng)度能夠超過管徑的五倍，并且后直管段長(zhǎng)度也要超出至少三倍。在地埋管道的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)為監(jiān)測(cè)儀器的安裝提供足夠的空間，也可以采用開挖安裝井的方式，過程中要注意考慮到排水的因素，如果無法對(duì)管道進(jìn)行加工，還可以采用外夾式安裝方式，之后便可以按照《水資源監(jiān)測(cè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試》的要求安裝與調(diào)試流量計(jì)。

結(jié)論：

綜上所述，建立無限網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于水資源利用情況的有效監(jiān)控，繼而對(duì)用水情況有科學(xué)全面的了解，便于發(fā)現(xiàn)供水管道等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)情況，并及時(shí)采取改善措施。在水資源不斷減少的當(dāng)下，水利業(yè)務(wù)部門應(yīng)當(dāng)善于運(yùn)用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)化的手段，來實(shí)現(xiàn)對(duì)于區(qū)域內(nèi)水資源的全面準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，進(jìn)而為水資源的分配及管理工作提供宏觀與微觀角度的保障，提升水資源的管理利用效率。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：谷?。?981—），工程師，從事水利信息化、閘門自動(dòng)控制、管道供水流量監(jiān)測(cè)、水情自動(dòng)測(cè)報(bào)等自動(dòng)化項(xiàng)目工作。