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        解決方案solution

        水庫閘門遠程控制系統方案
        一、前言
               水利行業是一個歷史十分悠久的行業,也是信息十分密集的行業。隨著計算機技術、數字控制技術、網絡通訊技術的發展,工業自動控制系統已進入一個全新的時 代。采用新技術、新設備對水利工程項目的設備與管理進行現代化改造和智能化建設是歷史發展的必然趨勢。對社會主義建設和水利行業的發展前景有著深遠的意 義。水利現代化和智能化建設是實現資源共享,促進國民經濟協調發展的需要。信息化系統建成后,消除了信息孤島,減少了數據冗余,提高了信息的可靠性和科學 性。信息快速方便的信息傳遞為上級部門正確決策提供了保證,同時也提高了水庫現代化管理水平,提高了水庫的工作效率。同時也為水利信息化建設打下了基礎。 水庫,一般建在比較偏僻的山區,盡管現在交通發達,但對水庫運行管理來說仍然不便。一方面因為路途遙遠,工作人員每天在往返的路上浪費大量的時間和精力; 另一方面道路崎嶇,多是山路,行車危險,特別是雨季,道路泥濘,這給水庫的管理工作帶來很大的不便。特別是在汛期暴雨期間,可能造成山體滑坡,電線中斷等 事故,工作人員無法到達現場。此時更是防洪的關鍵時期,必須保證閘門的合理控制,才能有效的控制洪水,保證人民群眾生命、財產的安全。隨著現代通訊事業的 不斷發展,無線技術應用在控制領域中越來越成熟。利用GPRS網絡來實現遠程的通訊,從而達到用計算機來實現水庫閘門遠程控制的目的。

        二、 項目分析
        2.1,閘門遠程控制系統組成
        2.1.1 終端閘門控制系統
         采集閘門狀態信息,如閘門開度、水庫水位等,和執行各項中心發出的指令。
        2.1.2 無線傳輸設備
         鑒于終端閘門控制系統的接口和設備的工作環境等多種情況的要求,我們選擇廈門四信通訊有限公司的F2103 IP MODEM (DTU)。 采用RS-232/485接口、金屬外殼設計,它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數據通道、并行多數據通道,支持實時在線和按需在 線多種工作方式,如定時上下線和設備喚醒,并且支持APN網絡接入等功能不僅可以保障數據安全可靠還能讓客戶根據需傳輸節省資費。
        2.1.3 數據控制中心
         源始數據處理與管理中心,負責對終端上傳的數據進行分析、存儲,對分析結果做出判斷,并下達各種控制指令。
        2.2 系統總架構
         終端閘門控制系統數據采集設備通過RS232/485通訊接口與F2103串口連接,遠程數據中心服務器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網絡接入。
         通訊設備F2103通過GPRS網絡接入Internet連接到遠程數據中心服務器主機,建立透明數據通道。這樣采集終端產生的數據只要送到串 口,F2103就會把收到的數據不做任何處地發送到數據中心服務器主機。服務器主機收到終端上傳上來的各項源始數據后對數據進行綜合分析和各種判斷,并向 終端設備發出控制指令,服務器主機發出的控制指令通過通道傳輸到F2103后,F2103通過串口送到采集終端,從而實現了數據雙向透明傳輸。

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        2.3 系統功能
        2.3.1 中心控制室
         中心控制室是整個系統的調度中心,主要由工控機和上位機軟件等構成。工控機作為上位機對閘門進行遠程控制,以及對實時采集來的閘門開度、水庫水位進行數 據處理入庫等操作。通過水庫水位(H1)、閘門開度(H2)和實際H1 H2~Q、H~M、H~V曲線,計算機自動對比計算出放水流量、水庫庫容、庫面面積等??梢噪S時觀察水庫水位和蓄水量等參數的變化情況。計算機設計有標準 軟硬件接口,可以與水情自動遙測、大壩自動觀測等系統共同組成水庫運行調度系統。作為系統工作安全的要求,對閘門的操作有嚴格的使用權限,設有軟硬件隔 離,操作指令保護措施。閘門開度、操作時間、操作者姓名及時入庫保存,只有高級管理員才可以修改。這樣可以保證閘門操作的安全。
        2.3.2 現地控室
         現場地控室距離閘門現場比較近,主要有控制柜,工控機、GPRS IP MODEM(GPRS DTU)、不間斷電源、分控軟件、以及轉換模塊組成。工控機作為下位機功能基本與上位機相同,但操作級別比上位機低。下位機也有工控機主要是為增強系統的可靠性,即使上位機出現了故障,不致影響對閘門的操作。
        2.3.3 現場控制屏
         現場控制屏相當于閘門操作按鈕。它直接對閘門的上升、下降、停止進行控制。也是閘門開度的采集部分,負責將閘門開度值傳到下位機中。將開度儀傳來的模擬信號轉變成RS-485信號傳到下位機中,完成開度的采集傳輸工作。
        2.3.4 閘門開度儀
         閘門開度儀采用彈拉式開度儀,它是將測量柔絲的線位移轉換成碼盤的角位移,以達到用編碼器來測量線位移的目的。同時將閘門的開度轉換成模擬信號傳到現場控制屏里,完成測量工作。


        三、項目架構實施方案
        3.1 無線通訊設備F2103與終端采集設備連接

        F2103支持RS232/485接口,可以通過RS232/485接口與終端連接。接口定義如下:

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        3.2 數據控制中心服務器網絡接入方式
        3.2.1專線接入
         中心采用APN專線, 所有點都采用內網固定IP 客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡,雙方互聯路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接,在GGSN與移動公司互聯路由器之間采用GRE隧道。
         為客戶分配專用的APN,普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN,防止其他非法用戶的進入。
         用戶在內部建立RADIUS服務器,作為內部用戶接入的遠程認證服務器(或在APN路由器內,啟用路由器本地認證功能)。只有通過認證的用戶才允許接入,用以保證用戶內部安全。
         用戶在內部建立DHCP服務器(或在APN路由器內,啟用DHCP功能),為通過認證的用戶分配用戶內部地址。移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密,避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
         雙方采用防火墻進行隔離,并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
         此種方案無論實時性,安全性和穩定性較前一種方案都有大大提高,適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。
        3.2.2 ADSL撥號連接(動態公網IP地址)
         中心采用ADSL等INTELNET公網連接,采用公網動態IP+DNS解析服務的??蛻粝?與DNS服務商聯系開通動態域名,IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器,再由 DNS服務器找到中心公網動態IP,建立連接。此種方式可以大大節約公網固定IP的費用,但穩定性受制于DNS服務器的穩定,所以要尋找可靠的DNS服務 商。此種方案適合小規模應用。
        3.2.3 通過固定公網IP連接
         中心采用ADSL等INTELNET公網連接,采用公網固定IP服務的。此種方案先向INT ERNET運營商申請ADSL等寬帶業務,中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發起連接。 運行可靠穩定,推薦此種方案。
        3.2.4 數據中心軟件平臺構建
         中心端軟件的構建有多種方式,對于傳入數據的方式的不同,我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現中心端的數據接收和現場設備的管理。


        目前四信提供三種方式的中心接口:

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         首先是對于組態軟件,目前很多組態軟件廠家已經集成了我們的驅動了,可以直接配置使用;其次對于原本是讀串口的程序,提供一個虛擬串口軟 (TCP2COM);最后是對于想開發自己獨有的數據中心軟件的客戶,會提供一個動態鏈接庫及四信公司的數據中心軟件,不僅開放源碼還全程協助客戶進行自 己數據中心軟件和功能的開發??蛻艨赡芡ㄟ^動態鏈接庫快速開發一個靈活的,穩定的,功能齊全的終端管理和數據交互的中心軟件

        四、方案特點
        1、傳輸模塊采用無線接入GPRS網絡,目前GPRS網絡已覆蓋到全國各地甚至偏遠山區也有覆蓋,因此水庫監測站可以在不受地理位置影響的情況下正常接入GPRS網絡,為數據中心提供數據傳輸通信通道。
        2、傳輸模塊具有可靠的網絡連接,智能防掉線,支持在線檢測,在線維護,掉線自動重拔,確保設備永遠在線,確保通信通道正常,為數據中心提供準備、實時的偵測數據。
        3、維護和管理人員可以任意可以上網的地點,經過網絡認證和身份認證后,對系統進行日常維護和數據監控。傳輸模塊經過簡單配置即可使用;體積小方便安裝。支持遠程參數的配置修改、控制,可以不必到現場修改設備工作數,為整個系統的運作節省了大量的人力物力。
        4、傳輸模塊采用工業級設計,金屬外殼,外接電源DC 12V/500mA;通信電流:<250mA (12V);工作環境溫度 -25~+65ºC;儲存溫度 -40~+85ºC;相對濕度 95%(無凝結);多重軟硬件看門狗設計。
        5、終端傳輸模塊支持多種激活方式,如語音電話、短信、數據等;終端設備故障或異常時,自動發短信報警信息給維護人員。
        6、傳輸模塊采用主備份中心和自動回復主中心功能,并同時支持多中心并發功能(最多5個),數據中心支持多種網絡接入方式,如APN、固定IP、動態IP、動態域名等。
        7、四信可為客戶提供二次開發包和多語言版本數據中心服務器軟件以便客戶的需要進行二次開發;同時針對客戶的需求,提供多種技術支持,包括產品網絡組網方案設計、技術人員技術培訓、軟件開發全程技術配合、設備現場調試技術支持等服務。

        五、方案總結
         此系統在GRPS無線網絡平臺的基礎上,實現了上位機與下位機的實時無線通訊,從而實現了遠程水庫閘門的控制。經過長期運行證明該系統設計合理,運行穩定可靠,給水庫的管理工作帶來了方便,對水庫的防洪調度起到了積極的作用。

        關鍵字: 閘門 控制系統 水庫

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