淺談無錫嚴埭港水利樞紐水情監控系統的設計

摘 要：傳統水利監測技術手段較落后，且功能單一效率不高，水利自動化監測采用復合監控裝置，結合現代通訊技術及智能手機移動平臺，升級成最新一代的水情自動化監控系統，滿足了現代大型泵站對水利自動化監測的要求。

關鍵詞：水情監測；水位儀；傳感器；GPRS；手機監控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.253

1 前言

隨著現代科學技術的進步和現代水利的不斷發展，水利自動化的重要作用越來越被人們所認識，它能夠大大地提高水利管理者的工作效率，目前國內，在水情監控方面，基于Android和GPRS的監控系統少見，水位監測主要靠單一水位儀或水位尺讀取，水質參數的監測多處于人工取樣分析的階段，這就帶來一系列問題，如：操作不便，費力耗時，精度不高。本文所介紹的監控系統將Android手機平臺和GPRS通信技術與DSP、Internet網絡相結合，組建無線遠程監控網絡，實現對水參數的實時監控。

2 樞紐情況介紹

嚴埭港水利樞紐是無錫市城市防洪八大樞紐之一，由泵站、節制閘和船閘和上下游連接建筑物等組成。泵站裝機流量為70m/s，安裝5臺立式軸流泵，單機流量為14m3/s，配630W同步電動機，總裝機容量3150W。節制閘分2孔凈寬12m，用升臥式閘門。船閘規模16（20）×135m，上、下閘首型式同節制閘。整個樞紐于2009年通過竣工驗收并正式投入運行。

3 泵站自動化系統簡介

泵站自動化系統監控對象包括5臺主泵、2臺節制閘啟閉設備、清污設備、5臺主泵出水側工作門和事故門啟閉機、2臺技術供水泵、10kV高壓開關柜、2臺站用變等。對水情的監測目前僅為機械式的水位儀，數據僅傳輸到上位機電腦讀取，至于調水水質、流速等情況主要靠現場工作人員目測，具有不精準性和人員局限性，整個監控系統構成冗余以太網，由上位機監控，并應留有接口與控制中心相連。整個系統目前實現嚴埭港水利樞紐的運行自動化，但離水情實時監控和調度自動化，達到少人值守，現場無人值班的管理水平尚有距離。

4 新水情監控系統設計方案

該系統主要由水文參數監測模塊、GPRS通信模塊、現場監控、遠程監控服務器，以及一些Android手機客戶端模塊，所述監控模塊包括水位檢測裝置、溫度、濁度、pH值和其他參數的水的流速和調理電路。液晶構成了現場監控模塊，液晶上的數據能夠被工作人員讀取。遠程服務器模塊用于通過無線網絡和手機Android客戶端接收數據和網絡通信，手機Android客戶端與服務器主要完成數據交換、數據庫管理、網絡通信功能。

新水位計采用靜磁柵激光液位計，集成非接觸式電壓量開關，采集器，變送器三種功能于一身，是一種測量液位的絕對位移傳感器，液位和浮力的變化影響導管內浮筒上下位置改變，電子倉內激光計每150ms發送620-690nm可見紅色激光刀浮筒反射面，激光計每150ms接收浮筒反射面返回激光，并根據其相位、波長公式計算出浮筒與激光計相對位置。在激光計測量水位的過程中，光束被保護在堅固的不銹鋼保護套管中，不受外界阻斷和干擾，相比之前的機械浮子式水位監控，克服了精度差，易受環境影響可靠性差的缺點，具有一采集單元在內部，不受外部環境變化影響，二采用可靠激光反射原理，無論多深液位測量精度保持一致，三全不銹鋼導管結構安裝簡單可靠性強。采集到的水位信號，以RS485與上位機通訊。

溫度監測采用WQ101沉入式水溫傳感器，溫度傳感器是低功耗兩線制配置，所有電子元件都放在海洋級不銹鋼外殼內。PH監測采用同系列PH傳感器WQ201以及濁度傳感器WQ730，該傳感器內部是一個封裝的紅外線對管（一個發射、一個接收），當光通過一定量的水，通過臟程度的光的量取決于水，水是臟的，較少的光是通過。光接收端將透射光強度轉換成相應的電流，光通過光而電流大。通過測量接收機的當前大小，我們可以計算出水污染水平。通過測量液體的散射率、發射率和電導率來測定液體的濁度。以上三種傳感器均是由美國Global Water公司生產的，質量可靠，精度高，深得國內廣大科研單位的喜愛。輸出為模擬電流信號，經過調理電路處理后經RS485通訊到上位機中。PH值與濁度參數，是對水質好壞的重要直接參考量，準確度遠高于靠水體表層的目測。

5 軟件設計

系統開始運行時需要上電初始化，初始化程序主要用來初始化IO端口、定時器、AD轉換工作模式、串口、液晶和按鍵程序等。初始化完成后，系統就開始啟動應用程序。數據采集根據初始化程序配置的參數開啟定時器中斷，定時采集AD轉換得到的水情參數數據，并將數據按照一定的格式打包后，通過GPRS無線網絡向遠程監控中心上位機發送。

6 通訊與遠程客戶端設計

在軟件設計中，其關鍵因素就是水情參數數據的GPRS傳輸，這也是本系統軟件設計的重點。在系統中，GPRS模塊采用TCP協議進行數據通信。在測量點，在GPRS模塊的使用，包括為其配置相關的AT命令的需要：設置模塊的連接方式、波特率、域名和端口等。如果設置成功，然后GPRS模塊和服務器建立TCP連接，DSP可以發送數據到服務器通過水文參數的串行端口。

本系統采用的是手機端/服務器模式，服務器采用VB編程的監控軟件，手機端采用JAVA語言編程，使用基于TCP協議的基于Socket來完成與服務器通信的IP /自己的SQLite數據庫的數據存儲的實現，最后編譯打包后生成的APK文件，在Android手機上可直接安裝，當輸入正確的服務器名稱和相應的端口號，安卓手機自動接收發送到服務器的數據。

7 結語

該系統采用手機平臺和GPRS通信實現真正意義上的遠程無線監控。該系統可以通過PC機和手機遠程實時監測水文參數，具有低成本的硬件優勢，性價比非常高。通過試驗，對系統水文參數進行高精度測量，系統操作簡單，實時性強、可操作性好，應用前景十分廣闊，非常適合水利水文系統的水情監測使用。

參考文獻：

[1]中國農業大學.水質參數無線傳感器網絡監測系統：中國，202004800U[P].2011，10（05）.

[2]王磊，徐軍.基于GPRS的無線流量測控系統的設計[J].測控技術，2008，27（11）：55-57.

作者簡介：張繼來（1981-），男，江蘇無錫人，碩士研究生，工程師，研究方向為大型泵站。