基于无线遥测终端2G/3G/4G RTU在农业灌区引水远程监控解决方案

1、引言

     随着经济的发展和人口的增加，人类对水资源的需求不断增加，再加上存在对水资源的不合理开采和利用，很多国家和地区出现不同程度的缺水问题。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。 

关键字：无线 RTU；工业级RTU；水利监控；

2、系统组成

    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（CM550-52G）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。

3、应用前景

    由于农业灌区用途的特殊性决定了灌区建设的特点是被测点多、分散、覆盖面广、通信距离远，需集中管理。并且随着农业的急速发展，对其网络拓扑要求具有灵活性和扩展性的结构，因此，农业灌区通信方式的选择应考虑如下问题：

 （1） 通信的可靠性——通信系统要长期经受恶劣环境和较强的电磁干扰或噪音干扰的考验，并保持通信的畅通。

 （2） 建设费用——在满足可靠性的前提下，综合考虑建设费用及长期使用和维护的费用。

 （3） 双向通信——不仅能实现信息量的上传，还要实现控制量的下达。

 （4） 多业务的数据传输速率——随着以后终端业务量的不断增长，主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高。

 （5） 通信的灵活性和可扩展性——由于农区灌溉具有控制点面多、面广和分散的特点，要求采用标准的通信协议，随着“ALL IP”网络技术趋势的发展以及电力运营业务的不断增长，需要考虑基于IP的业务承载，同时要求便于安装施工、调试、运行、维护。

4、通讯方式

    通信是系统监控的一个重点和难点，区域不同、条件不同，可应用的通信方式也不同，一般通信方式主要有有线方式和无线方式：

（1）有线方式

   有线方式主要有：有线以太网（RJ45线、光纤）、工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）。

   有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大，缺点是布线复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差。

   工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）优点是数据传输可靠，设计简单，缺点是布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。

（2）无线方式

   无线方式主要采用移动运营商的无线网络数据接入业务，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4G LTE网络等。

无线方式的优点是：成本低廉、建设工程周期短、适应性强、扩展性好、维护方便并且扩展容易。

    基于此，利用2G/3G/4G无线数据传输技术，基于服务端应用宽带有线网络提供固定IP或者动态IP（可用域名绑定）以及端口号，将这些服务端参数设置在才茂通信无线传输终端DTU上，利用它能够自动解析域名地址，连接到服务端的管理平台，可以为农区灌溉行业提供实时的数据采集、传输、发布、远程管理与控制、实现远程无线数据传输的完美解决方案。

5、系统组成及组网方案

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  RTU、灌区引水监测软件组成。

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2G/3G/4G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2G/3G/4G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.厦门才茂通信CM550系列  DTU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。

  *支持虚拟数据专用网（APN/VPDN）。

  *支持双数据中心备份及多数据中心（8个）接受数据，最大支持发送中心达256个。

  *智能防掉线，支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线。

  *远程唤醒：支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接。

  *支持固定IP通信方式；支持DDNS动态域名通信方式。

  *支持6路计数器输入。

  *支持8路开关输入量。

  *支持8路模拟输入量。

  *支持4路数字输出量。

  *支持2路PWM输出。

  *支持4路继电器输出。

  *支持1路串口RS232通信。

  *支持1路RS485通信。

  *支持1路以太网。（硬件带以太网接口的才有此功能）

  *支持1路USB接口。（硬件带以太网接口的才有此功能）

  *支持扩展无线RTU管理平台协议。

  *支持远程配置，远程控制，远程升级。

  *支持WEB配置。

  *支持telnet功能。

  *支持网口本地软件升级，升级速度快速。

  *支持GPS/北斗定位（非标配，采购时需额外告知）。

  *支持ZIGBEE 低功耗的近距离无线组网通讯（非标配，采购时需额外告知）。

  *同时支持LINUX、UNIX和WINDOWS操作系统。

2）2G/3G/4G 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2G/3G/4G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。 

3）.系统功能及特点

1．功能： 

    灌区引水远程监控系统是基于2G/3G/4G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，JY-RTU4100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。 

6、才茂RTU无线远程测控终端介绍

才茂CM550系列智能无线远程测控终端(以下简称无线RTU）是厦门才茂通信科技有限公司经过多年的实践及工程应用，为满足市场需求而自主研发的集数据采集、远程控制与无线通讯功能为一体的无线终端控制产品。该系列产品集成了模拟信号采集，开关量输入，开关量输出，脉冲计数，支持以太网通信，串口通信，RS485通信和4G/3G/2G无线数据通信于一体的高性能测控装置，可以直接接入各种传感器、标准变送器信号、仪表等输出的模拟信号、电平信号、干触点、脉冲信号等，是实施无线测控的最佳选择。