4G RTU 农业灌区引水远程监控系统方案 概述 水资源短缺已经成为全球性的问题，随着经济的发展，日益增长的用水需求与水资源短 缺之间的矛盾迫使世界各国都在寻求解决的有效办法。因此，采用现代化手段，建设水资源 实时监控系统，动态掌握区域水资源变化及利用情况，最大限度的调控使用效率，是促进经 济社会可持续发展的迫切需要。灌区所具有的工程分散性、水情雨情变化性、农作物需水时 效性、灌溉供水动态性、灌区性质特殊性等方面的特点，使灌区的水管理工作十分艰巨。 灌 区管理手段的先进程度，不仅反映我国科学技术的发展水平，也是确保灌区工程安全运行、 实现水资源优化配置、提高用水效率、保障灌区持续发展的实际需要。 灌区引水监控系统 的主要目的是解决引水工程各环节监测点的数据采集和监控。 该系统由监控中心和各个水源监测点组成，各个水源监测点的数据采集终端 （CM550-5XX）可监视和采集水位、压力、流速、等各种数据，供控制中心及有关部门分 析和决策取用，提高工作效率，保证引水质量，满足灌区的用水量的需求。 灌区引水监控系统可以对远程现场的运行设 备进行监视和控制，以实现引水管道压力、 水流速的数据传送及阀门开关的自动控制，降低了故障率和提高了对系统的反应时间。便于 及时迅速的了解及控制远端水源井、引水管道及阀门，低故障率和检修的时间，减少停水次 数。各水源监测点的数据采集终端可自动采集引水管道压力、水流速的实时数据与开关状态 等数据，信息传输到灌区的监控中心，监控中心通过对传输回的数据进行分析，可找到出故 障的地点，从而当一个远端出现故障时，能在最短的时间内解决问题，恢复供水，提高了整 体的服务水平，从而实现了灌区引水的信息化、现代化。 系统组成: 灌区引水监测系统主要由中心控制站、手机、现场传感器（流速计、水位计等）、厦门 才茂通信提供的数据采集、传输、控制于一体的 CM550-5XX GPRS RTU、灌区引水监测 软件组成。 (系统拓扑图) 1．中心控制站： 服务器申请配置固定 IP 地址，采用移动通信公司提供的专线，与 GPRS 网络相连。由 于专线可提供较高的带宽，当引水监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。 中心监 控站服务器采用动态 IP 地址（可以申请花生壳软件采用域名的方式），当监控点数量增加， 中心不用扩容即可满足需求（适合监控点数在几十个左右的）。 监控中心服务器接收到 GPRS 网络终端传来的连接申请先进行认证，认证通过后接受传 来的数据并进行处理。远程监控中心实现整个引水远程监控系统各监控点状态数据的采集和 处理，通过系统中集成的强大软逻辑（Softlogic）功能可对所 有数据执行高级算法处理。 将结果值发回现场或通过内嵌的 SQL 语言、OPC、ODBC 等标准接口发送给第三方系统或 数据库，以实现数据的充分共享，交叉访问以及应用的高度独立性。 2．才茂 CM550-5XX 产品介绍 1）基本原理: 通过 RS—485 总线将数字传感器（也可采用模拟输出传感器）与无线智能测控终端连为 一体，构成现场监控单元。无线测控终端内置：CPU 模块、数据存储模块、控制模块、 GPRS/CDMA 数据通信模块。可现场接入多路模拟量、 一、提供设备状态指示灯，方便设备维护； 二、宽电压供电范围：5V-36V； 三、带 RS232、RS485； 四、内置大容量 SPI-flash(容量可选 1Mbit-64Mbit)，实现数据的长时间本机保存（需定制）； 五、4 路模拟量输入，采集精度: 12bit 六、传输支持多种协议，我公司自定协议和 Modbus 协议(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美 支持； 七、数据传输采用 GSM 模块可实现功能： 1）GPRS 断线自动重连； 2）根据需要最多可同时连接 6 个中心服务器； 3）支持固定 IP、域名解析和 APN 专网的寻址方式； 4）支持 TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP 等协议； 5）支持的节点数，只要服务器资源允许，理论上不限； 6）减少布线的成本和施工的麻烦； 7）支持短信数据传输、短信参数配置功能； 8）支持电话和短信唤醒功能； 八、支持专用软件进行本地和远程参数配置及维护； 九、支持本地和远程固件升级； 3.配置 GPRS 激活号码，通话号码，监听号码 【查询命令】 *CM#02# 【配置命令】 *CM#02#激活号码#通话号码#监听号码# 【参数说明】 参数名称 参数类型 备注 激活号码 Str16 11 位手机号 通话号码 Str16 11 位手机号 监听号码 Str16 11 位手机号 若配置手机号码长度小于 3，认为是非法号码。 3）GPRS 传输特点： 基于灌区分布点多面广，其远程采集大多仍沿用有线传输方式，线路维护量很大。由于 电话线公用，通讯时经常发生冲突，既影响了数据的传输也对灌区部门的正常工作造成了干 扰，并且此种方式对通讯部门程控交换机正常、稳定的运行也有一定的影响。为保证传输质 量，若采用专线方式，投资成本太高；采用 GPRS 无线数字网的通讯方式，很好地解决了远 程灌区引水信息采集的瓶颈问题。 GPRS 是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有 GSM 系 统上发展起来的一种承载业务，目的是为 GSM 用户提供分组形式的数据业务。GPRS 抛弃 了传统的独占电路交换模式，采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一 无线信道又可以由多个用户共享，有效地利用了信道资源，带宽最高可达 171.2Kb/s。目前 中国移动的 GPRS 覆盖范围在中心城市几乎达到了 100%，在边远地区也达到了 80%以 上，实际应用带宽大约在 20-40Kb/s，特别适合远程监测行业的通信需求，完全取代过去传 统的有线、 MODEM、X.25、数传电台、短信等通信. (RTU CM550-5XX 产品拓扑图） 系统功能及特点： 1．功能： 灌区引水远程监控系统是基于 GRPS 无线通信网络的专业监控系统，可以实现大规模 （几百至几千个监控子站）的远程无线监控，通过多线程的完全并发通信，采用高性能的服 务器以及高性能的远程测控终端，能实现远距离遥测、遥信、遥控、遥脉、遥调需要，可以 在几秒钟时间内获取成百上千个子站的各种数据，并完成遥控、遥调功能，具有许多系统无 法比拟的实时响应速度以及接近于零故障和零维护的高可靠性。系统具体实现的功能如下： ◎ 数据定时采集：远程监测中心可通过无线数传通道定时向所有现场测控单元发出监测命 令，实现对水源井、引水管道的定时数据监测。 ◎ 按需数据采集：远程监测中心可在任何时刻请求召唤一口或多口水源井、引水管道的数 据； ◎ 通讯控制功能：启动/停止对水源井、引水管道终端的数据采集、切换终端使用的通道等； ◎ 通道质量监视及故障诊断，通讯流量计算； ◎ 可支持多种通讯规约、多种通讯通道； ◎ 添加/删除水源井终端，修改终端通讯参数，如地址、通讯规约、数据召唤周期等； ◎ 修改水源井终端参数，如各种报警限值等，并将必要的参数下发到水源井终端； ◎ 事项报警处理功能：系统对模拟量可分别设置报警上、下限，有效上、下限，当数据越 限值时可生成报警记录，并且能保存报警记录； ◎ 数据保存周期可按不同数据类型设置为逢变即存、10 分钟、30 分钟、60 分钟（保存 周期应大于等于采集周期）； ◎ 权限管理：所有系统操作均有授权控制； ◎ 计算功能：支持常用函数功能； ◎ 细腻的图像和逼真的动画显示； ◎ 功能齐全的数据采集界面； ◎ 报警发生时，可自动推出报警画面； ◎ 生成各采集参数的时间曲线； ◎ 历史数据综合查询及实时数据显示； ◎ 报表的生成及打印； ◎ web 发布功能； ◎ 遥控启/停井； 2．特点： 1）系统的实用性： 灌区引水远程监控系统应用计算机处理所有数据，不仅可以得到瞬时曲线，还可以对数 据进行处理得到所需各种图表，而不必工作人员亲临监测现场，大大降低了工作人员的劳动 强度，而且便于管理部门及时了解情况，进一步的分析并及时采取响应措施。 2）系统的实时性： 灌区引水远程监控系统采用最新的通信和软硬件技术，建立了清晰和合理的系统架构， 可以实现多线程的远程并发通信，在几秒时间内，可以让成百上千台的深井数据实时传送到 监控中心进行集中监视和远程调度，实现故障信息的及时报警，运用通信手段实现停机故障 的及时处理。数据量巨大，提供了强大的实时数据库作为系统的支撑，比起传统的电台轮询 等方式，具有无可比拟的优势。 3）系统的开放性： 灌区引水远程监控系统是一套成熟的开放式的系统。所谓的开放，就是指协议等方面采 用标准的协议，可以进行系统或模块的扩展，便于长期的升级和维护，延长系统的寿命，通 过更新部件，能让系统一直存在下去，而不至于整个系统瘫痪，造成大量的投资损失。 4）系统的易维护性： 灌区引水远程监控系统具有极低的故障率，所以相应的维护量非常之小。系统的构架非 常清晰，具有多个调试工具，以辨别故障所在。此外多年的经验和较强的专业性，保证了整 个系统的高可靠性和低故障率。 5）系统的强大功能： 灌区引水远程监控系统可以根据监管单位的需要，进行高级开发，增加或减少功能模块、 监控点数量，可以自动发出报警，可以自动弹出故障画面，并自动打印。现场测控单元可以 存储数据，在掉电时自动保存。 总结： 本系统以灌区引水过程为背景，使用 GPRS RTU 提出了一套基于 PC 机的自动供水计算 机监控系统设计方案。现场调试证明，该方案切实可行，CM550-5XX 既保证了水渠道的不 间断供水又提高了灌区的管理水平。系统的开发时间短，成本低，节能效益明显。适合广大 灌区引水工程进行技术改造。