崇茂科技GPRS模块在水资源无线远程实时监控系统中的典型应用——

一 、概述
        我国是一个水资源短缺的国家，水资源总量居世界第六位，按人均水资源量计量，人均占有量为2500立方米，为世界人均水量的1/4，世界排名第110位，被联合国列为13个贫水国家之一。目前，全国668座城市中，有400多座城市缺水，年缺水量60多亿立方米。长期以来受“水资源取之不尽，用之不竭”的传统价值观念影响，水资源被长期无偿利用，导致人们的节水意识低下，造成了巨大的水资源浪费和水资源非持续开发利用。水资源日益短缺，合理开发、利用水资源，保护生态环境，维护人与自然的和谐，已经成为二十一世纪人类共同的使命。缓解我国水资源紧缺的局面，关键在于提高用水效率，建立节水型经济。节水型经济的主要标志应该是，发展素质好、产值高、用水少和排污少的产业，并形成合理的产业结构；工业布局要适应水资源条件；要提高农业用水效率，发展用水少的作物；要使工农业产品用水定额与排水定额达到国内外先进水平；普及先进的生活节水设备；加强水的多次重复利用，发展污水资源化等。
        针对上述情况，为加强城市水资源管理部门的管理力度，切实提高水资源的利用效率，最大限度的杜绝水资源的浪费情况，哈尔滨远达自动控制工程有限公司开发出这套“水资源无线远程实时监控系统”。
      “水资源无线远程实时监控系统”是对工业用水情况（自备水井）进行远程监测的智能化监控系统，系统在用水单位设备上安装一个远程控制器（RTU），通过仪表实现对水井流量、水井水位、管网压力、水泵电流、水泵电压的采集，同时实现水泵启停、电动阀开闭等控制。
        系统通过无线通讯方式与水资源管理中心联网，实时监测各用水单位。如用水单位出现人为断电、外加水泵，水表损坏等情况，系统显示故障并报警。水资源管理中心可根据需要，控制水泵启停，对欠缴水资源费的用户，工作人员可向领导汇报后，远程控制用水单位的电动阀门、水泵启停，实现水资源管理与监控的自动化、一体化。
        同时，监控系统具有实时显示用水数据、动态监测水井运行状况、自动生成统计报表、图表等功能。

  二、系统特点
1) 无线数据传输。用水单位分布广，通过布线控制不仅成本高，而且难度很大，很难推广。无线控制有效解决了这难题。既达到了管理的目的，同时降低了投入成本，使系统的规划及实现成为可能。
2) 实时性。本系统在工作状态下，管理部门可在任何时间查看用水单位现场的实际情况。系统会将用水单位的阀门状态，水泵状态，实时水量状态等参数反映到中心控制管理室，并存储。
3) 准确性。由于系统具备了实时性，时刻监视终端设备的运行情况，所以终端设备的任何异常动作都会被准确捕捉。例如，水泵自动启动或停止，流量突然增大，阀门人为关闭等。
4) 语音报警。系统在运行过程中，值班人员也不可能盯住监控软件而一刻不停。本系统对此采取了人性化设计，提供了丰富的报警参数。管理者依据不同权限，设定报警参数后，系统依据这些参数进行自动声音报警，及时提醒值班人员采取措施。
5) 远程控制。管理者可根据管理职能的需要，在不到用水单位现场的情况下，对其实现用水控制。例如，启动（或停止）水泵，打开（或关闭）阀门，提高了管理力度。
6) 用水量统计。计算机的出现节省了大量的人力物力，简化了许多繁杂的工作。管理者只需在本系统上，敲敲点点，即可第一时间掌握用户的实时用水量、每天用水量、每星期用水量、每月用水量等管理部门需要的数据材料。
7) 查询。查询对象可包括：阀门、水泵、用水量、违纪处分情况等。
8) 报表。周报表、月报表、年报表。也可依据用户不同的需求进行有针对性的开发。

  三、系统结构
管理层-监控及通讯层-设备层
   
  
  
图1-1水资源远程实时监测系统结构图
  从结构图可以看出，系统分三层。设备层、监控及通讯层、中心管理层。
设备层：仪表、阀门、水泵等执行机构；
监控及通讯层：读取仪表数据、监控阀门、水泵等状态，执行管理层发出的指令，并上传设备层的异常情况；
管理层：综合管理。
  
四、系统组成
1、硬件部分
通讯计算机、数据管理计算机、GPRS通讯设备、终端控制单元、仪器仪表设备五部分组成。
1）通讯计算机
负责中心与远程终端的数据采集及控制。显示用水单位的实时状态、GPRS在线状态、阀门状态、水泵运行状态、检测报警状态、发出中心控制指令、定时将数据转存到数据服务器。本机安装“水资源无线远程监控软件”。
2）数据管理计算机
数据库设在本机。负责数据的查询、统计、报表、用户管理、违纪记录管理、用水单位管理、数据库维护等功能。安装数据库软件，系统运行管理软件。
3）GPRS通讯设备
GPRS通讯设备是终端和管理中心联系的通道，如同手机。每一个监控单元配置一台GPRS设备及SIM卡（开通GPRS功能的手机卡）。中心通过一个固定IP与所有的远程进行通讯。
4）终端控制单元（RTU）
现场的采集及执行机构。读取现场设备数据及状态，并将其送到中心管理室。同时，执行中心指令。
5）仪器仪表
包含脉冲水表、水位计、水泵启动设备
2、软件部分
1）监控软件
“水资源无线远程监控软件”是中心控制室和远程终端通讯的纽带。负责数据处理、分类汇总、异常捕捉、报警设定及产生、发出控制指令、数据上传至数据库等功能。其主界面如图1-2所示。
  
  图1-2水资源无线远程监控软件主界面
  功能项目如下：
l 报警设置
l 采集周期设置
l 水泵控制
l 阀门控制
l 模拟量数据校准
l 单点呼叫
l 终端信息配置
“水资源无线远程监控软件”< 终端信息配置> 分界面如图1-3，1-4所示。
  
  图1-3水资源无线远程监控软件分界面
  
  图1-4水资源无线远程监控软件分界面
  2）数据库及管理软件
      数据库采用微软中型数据库SQL Server2000，其稳定性、可靠性、容量、可操作性皆可，是一种成熟的数据库技术，为用户普遍使用。“水资源综合管理系统”软件负责对该数据库的操作。系统软件主界面如图1-5所示。
  
  图1-5水资源无线远程管理软件主界面
  功能项目如下：
l 数据查询
Ø 模糊查询
Ø 条件查询
l 运行统计
l SIM卡管理
l 用户管理
l 数据维护
l 报表系统
Ø 日报表
Ø 周报表
Ø 月报表
Ø 年报表
l 数据备份
l 数据库转换
  3）终端RTU软件
        终端RTU软件是一款实时运行软件，控制器启动后，软件即开始运行。负责实时监测终端设备运行情况，并侦听中心控制室下达的控制或采集指令。该软件设置了现场出现异常情况立即上报功能，使得整个系统的准确性及及时性得到保障。由于该软件嵌入在终端RTU中运行，属嵌入式软件，无图形界面，为用户不可见，因此该软件同RTU捆绑，总称RTU控制器。