松林店鎮(zhèn)輸水管道末端孤立監(jiān)測點電源及通訊構想

【摘要】結合保定市南水北調配套工程涿州市松林店鎮(zhèn)輸水管道末端孤立監(jiān)測點電源及無線通訊方案設計，綜合分析南水北調配套工程水廠以上輸水管道工程管道沿線孤立水利檢測點供電電源可采用太陽能供電，通訊可采用無線電臺實現(xiàn)現(xiàn)場與監(jiān)控工作站之間的無線通訊。

【關鍵詞】孤立監(jiān)測點；無線通訊；電源；UPS；太陽能

1、簡介

保定市南水北調配套工程涿州市松林店鎮(zhèn)輸水管道末端設置孤立監(jiān)測點，用于檢測輸水管道流量及壓力。松林店鎮(zhèn)末端計量點距離各降壓站較遠，采用太陽能供電系統(tǒng)作為檢測設備的主要供電電源，設置UPS電源作為檢測設備的備用電源。采用無線通訊方式將流量、壓力檢測數(shù)據(jù)及配套的太陽能供電系統(tǒng)和UPS電源工作狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送到鄰近的南水北調配套工程監(jiān)控工作站。

2、數(shù)據(jù)檢測與無線數(shù)據(jù)傳輸需求

依據(jù)水力檢測要求，在松林店鎮(zhèn)輸水管道末端設置水力監(jiān)測點，檢測輸水管道流量、壓力。由于松林店鎮(zhèn)末端計量點負荷容量較小，距離各降壓站較遠，附件電網分布情況不利于引接低壓電源，設置降壓站投資較高，擬采用太陽能供電系統(tǒng)作為其供電系統(tǒng)，另配套UPS電源作為各設備的備用電源。

松林店鎮(zhèn)輸水管道末端，需分別進行管道流量、壓力（AI模擬量輸入檢測）及相應太陽能供電系統(tǒng)和UPS電源工作狀態(tài)檢測，并將檢測結果傳送到鄰近的監(jiān)控工作站。需檢測的數(shù)據(jù)點不超過8個AI、8個DI。擬采用無線數(shù)據(jù)通訊將檢測結果傳送到附近的監(jiān)控工作站，交由監(jiān)控工作站的PLC可編程控制器進行數(shù)據(jù)處理。

3、電源需求及方案配置

保定市南水北調配套工程涿州市松林店鎮(zhèn)輸水管道末端孤立監(jiān)測點主要負荷包括DN900電磁流量計（二級負荷，5W），壓力變送器（二級負荷，3W），無線通訊設備（二級負荷，10W），照明設備（三級負荷，15W）。孤立監(jiān)測點距離配套工程各降壓站較遠，且附近低壓電網尚不完善，無法為檢測設備提供高保證率的電源。該站負荷容量較小，采用太陽能供電系統(tǒng)作為檢測設備的主要供電電源。

式中：--電池容量，單位；

--計算負荷，單位，綜合計算負荷容量按計算；

--蓄電池電壓，電源蓄電池電壓采用12V；

-計算供電時長，充分考慮保定地區(qū)天氣情況，按連續(xù)三天陰雨天計算，考慮1.6的安全裕度。蓄電池容量為。

依據(jù)太陽輻射量多少的劃分，保定地區(qū)屬于二類地區(qū)，全年日照時數(shù)為3000～3200h。在每平方米面積上一年內接受的太陽總輻射量為1625～1855kWh。

綜合考慮逆變器和太陽能電池板的效率，確定太陽能電池板的容量為320W。

孤立檢測設備屬于二級負荷，設置100VA UPS電源作為檢測設備的備用電源。

4、數(shù)據(jù)檢測與無線通訊數(shù)據(jù)傳輸方案與配置

4.1 數(shù)據(jù)檢測與無線通訊數(shù)據(jù)傳輸解決方案

針對以上數(shù)據(jù)檢測與無線通訊數(shù)據(jù)傳送需求的特點：每套檢測點分布較集中且數(shù)量較少，要求將檢測數(shù)據(jù)傳送到附件監(jiān)控工作站進行處理，檢測點與監(jiān)控工作站之間布線不方便，現(xiàn)場環(huán)境較惡劣。本工程擬采用無線電臺實現(xiàn)現(xiàn)場與監(jiān)控工作站之間的無線通訊。電臺采用跳頻系列的JVAD-DA00工業(yè)無線電臺，全稱為“跳頻模擬量/開關量無線I/O映射無線通訊調制解調器”，內置8路AI、8路DI、8路DO、8路AO，共32路數(shù)據(jù)IO點。

本工程擬在監(jiān)測點安裝一個JVAD-DA00工業(yè)無線電臺作為從站，使用硬IO線將檢測點全部連接到此電臺相應的IO點端子上，由此電臺對所需檢測的數(shù)據(jù)進行采集。在監(jiān)控工作站設一臺JVAD-DA00工業(yè)無線電臺作為主站，通過無線通訊實現(xiàn)檢測現(xiàn)場與監(jiān)控工作站之間的數(shù)據(jù)傳輸。

安裝在監(jiān)控工作站的JVAD-DA00無線電臺獲取松林店鎮(zhèn)輸水管道末端無線電臺所采集的檢測數(shù)據(jù)，還原成與檢測點相同的電氣信號，映射到本電臺的IO點上；使用硬IO線，將該電臺上相應的IO點端子與本監(jiān)控工作站中PLC可編程控制器上的對應IO點端子連接，則PLC可編程控制器可獲取在檢測點所采集的檢測數(shù)據(jù)，并進行后續(xù)處理。

本方案在數(shù)據(jù)檢測現(xiàn)場和監(jiān)控工作站均建立JVAD-DA00無線通訊節(jié)點，搭建數(shù)據(jù)采集與局部信號無線傳輸路徑，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、和采集現(xiàn)場與監(jiān)控工作站之間的無線數(shù)據(jù)通訊，從而實現(xiàn)現(xiàn)場檢測信號到監(jiān)控工作站內PLC可編程控制器的實時、可靠、有效傳輸。

本方案通過無線通訊傳送到監(jiān)控工作站的現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)被還原成與檢測點相同的電氣信號，可供監(jiān)控工作站內的PLC可編程控制器直接采集；對于數(shù)據(jù)無線通訊的傳送方式，使用JVAD系列無線產品采用點對點的方式實現(xiàn)。

本系統(tǒng)共有2臺JVAD-DA00工業(yè)無線電臺，搭建1條數(shù)據(jù)檢測和無線數(shù)據(jù)傳送路徑，JVAD-DA00工業(yè)無線電臺在無線傳輸距離和IO點容量上完全滿足工程的數(shù)據(jù)傳送距離和數(shù)據(jù)檢測需求，可以保證主站快捷的訪問到所有現(xiàn)場檢測點數(shù)據(jù)。

4.2 JVAD-DA00數(shù)據(jù)IO映射工業(yè)無線電臺性能

系統(tǒng)配置方式：點對點；

IO通道：8個DI、8個DO、8個AI、8個AO；模擬量：標準4-20mA ，最大值DC24V，8位A/D轉換，精度2%；開關量： 有公共端，最大100mA，DC12-24V；連接：無線電天線： 標準SMA母頭；指示燈：電力指示、CD （傳輸偵查）、Tx （傳輸數(shù)據(jù)）、Rx （接收數(shù)據(jù)）、狀態(tài) （錯誤狀態(tài)）；電壓及電流：標準DC12V，最小值10.5，最大值DC18V；操作環(huán)境：標準： C（32°to 140°）、 F （0°to 60°）；濕度范圍：0 到 95%非凝結濕氣。

5、結語

通過保定市南水北調配套工程涿州市松林店鎮(zhèn)輸水管道末端設置孤立監(jiān)測點電源及通訊方案的分析，對于長距離輸水管道工程沿線孤立監(jiān)測設備的電源可采用太陽能供電，通訊設備可采用無線電臺實現(xiàn)無線通訊。

作者簡介：朱建勇（1986-），男，漢族，河北衡水人，現(xiàn)就職于保定市江河水利咨詢監(jiān)理有限公司，大學本科學歷，助理工程師，主要從事電氣工程設計工作。