基于4G網絡技術水位遠程監測及控制

王帥 劉英超 張晨 李大華 李棟

遠程監測水位和智能控制水泵的系統，其中包含了無線路由技術、軟件開發技術、傳感器技術和PLC控制技術。該系統可以用于工廠或個人來提高最大用水效率及提供方便。

關鍵詞：無線路由；水位；PLC；遠程控制

一、系統的技術原理及特點

GPRS是通用分組無線業務的縮寫。目前已發展到4G網絡技術。GPRS是基于GSM（全球移動通信系統）的數據傳輸技術。可以說它是GSM的延伸。 GPRS通過分組類型實現傳輸。基于發送數據的大小來計算用戶的成本。因此，傳輸成本相對較低。新的GPRS技術的優點是無論您在哪里，它可以讓您快速訪問互聯網。流行的觀點是：速度提高，內容增加，應用程序豐富，但成本下降。

PLC是由繼電器控制的概念和設計思想，與計算機技術與微電子技術結合形成的專門從事邏輯控制的計算機系統。PLC控制系統在井控中具有良好的應用性，具有功能強，可靠性高，壽命長，能耗低，維修方便等特點。

隨著科學技術的不斷發展，一些先進的控制解決方案已應用于工業領域的供水控制系統，從而代替了一般采用獨立繼電器或PLC控制系統。這將使控制系統更具可擴展性，不易發生故障并更易于操作和維護。本項目通過裝有SIM卡的路由器，實現了PLC控制功能與GPRS無線傳輸技術的有效結合，為工業供水領域提供了更完美的控制方案。

二、系統的主要功能及工作過程

（一）數據的采集、傳輸及讀取

首先將PLC通過路由器及SIM卡提供的GPRS服務與互聯網實現連接，即可將傳感器采集來的信息（如液位、電流、電壓、水流量等）通過互聯網傳輸至PC端，通過人機交互界面即可實現數據的實時讀取。

（二）數據的統計及報表生成

設計系統所需數據庫，儲存采集來的數據，定期生成專業的統計圖表。

（三）系統參數的修改

利用數據庫生成的高度可視化的報表，可輕易得出更有利于系統工作及水資源利用的參數。在PC端發出修改參數的指令，通過互聯網即可實現遠程修改PLC的工作參數。

（四）現場液位控制

PLC根據遠程設置的參數，自動控制繼電器、閥門、水泵等設備實現液位的精確控制。

（五）異常情況報警

系統的電流電壓變送器可實現實時監控系統工作狀況，一旦系統工作異常立即向PC端發送報警信息。

三、硬件的選型

電流傳感器采用霍爾傳感器，其特點是架構明了，測量精確度與線性程度較高。

由于本設計致力于實現SIM卡提供的GPRS網絡的通信，而且現場工作環境較復雜，所以路由器選擇YN3402型工業級路由器。

PLC選用SIMATIC S71200，有著緊湊模塊化的設計特點且具有眾多功能的指令集，這些特點使其成為解決工業控制問題的不二選擇。

四、程序流程

系統水位控制流程如下：

（1）用戶遠程設定需要的水位參數（即L，H，S），系統啟動；

（2）自動檢測水位是否處于設定范圍之內，若處于范圍之內則系統處于待機狀態，持續檢測水位；

（3）若水位高于上限值則打開水泵抽水；

（4）若水位低于下限值則打開入水閥門加水，直到水位到達設定的額定值S系統進入待機狀態。

五、總結

本文通過3G/4G電信技術和PLC控制技術的有效整合，展示了以下優勢：

（1）實現全自動控制和監控，減少人員操作和工作量，大幅度提高了工廠自動化水平。

（2）采用PLC代替繼電器控制，提高了受控設備的運行可靠性，降低了故障率，大大縮短了故障時間，減少了電氣元件的損耗。

（3）與電纜鋪設相比，采用GPRS遠程監控減少了電纜和人力的投入成本，更重要的是，它解決了信號衰減的問題，可實現高精度、高可靠性、信號穩定的控制。其最大的優點是：節省了大量的繼電器和接觸器的使用。

（4）系統能夠及時發出報警信息，使管理人員能夠在最短的時間內發現危險情況，及時采取修復措施，確保供水系統安全，減少水資源浪費，降低運行成本。

（5）實時數據顯示軟件或移動設備上，實現供水信息的自動化和網絡化管理。

（6）該系統可對，流量、水位閥位、累計水量等系統狀態信息進行24小時全天候監測，從而通過軟硬件結合的方式實現了自動遠程控制功能。

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