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，建设农业灌溉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，再加上近年了国家加大对水利项目的建设，农村水利设施数量成倍上升等因素，使农田灌区的小水窖、小水池、小水渠、小泵站等小水利设施的实时监测和动态管理工作变得十分艰巨。 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（RS6021G）可监视和采集水位、压力、流量、含沙量等各种数据，供控制中心及有关部门分析和决策取用，提高用水效率，保证引水质量，满足灌区的用水量的需求。同时为节水灌溉技术的实施打下坚实基础。　

 大（中）型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，以实现灌区引水泵站机组运行参数、水位、流量等数据实时监测及闸门开关的自动控制，降低了故障率和提高了对系统的反应时间。系统自动获取远端泵站、引水渠道及闸门状态等各种实时数据，使管理者迅速及时地了解和掌握灌区情况,及时作出决策,有利于水资源合理配置,使灌区在用水量少的情况下获得最大收益。

小型农田水利设施点多面广，末级渠系纵横交错，同样承担着我国广大农产区域的灌溉、防汛抗旱、水资源调度等重要任务，并为切实解决农业排灌水资源利用最后一公里问题提供有力的民生保障。小型农田灌溉水资源远程测控系统可以实时监测小水池、小水窑、小水渠、小塘坝等灌溉水源地的水位、用水量、水质（含沙量）等数据，支持数据定时上报、历史数据查询、数据动态分析、异常事件报警等，可以实现远程控制引水渠电子闸门的开启关闭。还可以实时监测土壤墒情信息，根据土壤温湿度和光照的变化，指导决策灌溉水资源的集蓄和调度。用信息化手段构筑小型农田水利设施远程管理平台，为农业节水灌溉提供有力保证。

系统组成:

水资源远程测控系统主要由数据监控中心软件、现场传感器（水位计、水质传感器等）、厦门瑞申自动化公司提供的集数据采集、传输、控制于一体的水资源测控终端、太阳能电源系统组成。

                               (系统拓扑图)

1．数据监控中心：

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．瑞申水资源测控终端 （GPRS RTU）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）与瑞申无线智能测控终端连为一体，构成现场监控单元。瑞申无线测控终端内置：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、开关量、继电器信号等数据，然后直接通过GPRS无线模块将现场数据与远程控制中心连接，将采集数据实时发送到远程数据库服务器，并存储到数据库中。 通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能方便地对引水泵站、引水渠(管)道要素如水位、含沙量、流量等数据的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。除数据远程采集、实时监控外，系统还可实现远程手机报警，并通过用户手机远程控制现场设备。

2）功能特点：

◎ 支持多种电源接入方式，完善的太阳能保护控制系统；

◎ 采集传输控制一体化，提高了系统可靠性，降低了成本； 

◎ 采用超低功耗高性能的嵌入式处理器，数据采样精度小于2‰；

◎ 内嵌看门狗，不死机，掉线自动恢复； 

◎ 配备多种接口资源：包括模拟信号采集、开关量采集、脉冲信号输入、继电器控制输出等；

◎ 继电器可设置报警联动；

◎ 支持一路RS232/RS485（支持MODBUS协议）方式的用户数据接口，可接入电子式传感器、PLC等各种设备；

◎低功耗GPRS实时在线传输方式； 

◎ GPRS 远程在线参数设置功能；

◎ 监控中心远程控制现场设备；

◎ 可向用户设定的管理员手机发送短信报警信息；

◎  模拟量分时段报警；

◎ 用户可以编程的量程转换和报警上下限设定；

◎ 内设工业时钟，精确记时；

◎ 自动定时上报和事件触发上报功能；

◎ 内置大容量FLASH存储器，数据自动记录，支持历史数据检索；（可选水文版）

◎ 水情数据变幅增量终端实时报警; （可选水文版）

◎ 电池电压远程监测和预警；（可选水文版）

◎ 电池和环境温度远程监测和报警； 

◎ 加强型数据接口保护处理；（可选水文版）

◎ 板载工业级GSM/GPRS通信模块，方便用户选择GSM/GPRS组网方式；

◎ 提供用户设置软件，开放式接口，方便与组太软件及其他软件连接；

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、短信等通信方式。

（RS6011G产品拓扑图）

系统功能及特点：

1．功能：
　　灌区水资源信息远程测控系统是基于GRPS无线通信网络的专业监控系统，可以实现大规模（几百至上千个监控子站）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，实现对水源地、引水渠（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、引水渠道的数据；

◎ 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/停泵、远程开关闸门；

2．特点：

1）系统的实用性：

灌区水资源信息远程管理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：

灌区水资源信息远程管理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：

灌区水资源信息远程管理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：

灌区水资源信息远程管理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：

灌区水资源信息远程管理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，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，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。