取水泵站远程监控系统

系统概述

从水源地，如江河、湖泊、水库、地下水井，将这些原水输送到净水建筑物或直接输送到配水管网、水塔、高地蓄水池的取水构筑物，我们称为取水（进水）泵站。随着国家对水利信息化建设以及水资源监测科技手段进一步提升的方针指引下，我们依据现代通信技术、计算机技术、软件技术以及针对行业建设的系统集成，我们设制了这套用于解决取水泵站取水许可流量监测不准确、水利设施信息化程度不高的系统化方案，用于指导和引领这个领域，进一步向下发展的方向和步伐。

在这个环节中，我们针对泵站的不同设施、不同功能区域，进行无线通信及计算机系统化集成管理建设。其中包括：水流量监测装置、水压监测装置、自动化泵阀管理设施（变频柜）、地下水井水位监测装置、水池水位监测装置、计量用智能仪器仪表、电源管理系统装置、防雷电系统、太阳能供电系统、闭路监控装置，以及用于无线数据通信的通信平台、远传控制装置、计算机集群服务器、软系统平台等。目的就是提高工作人员工作能力，改善工作人员作业环境，进一步完善国家对水利信息化建设以及水资源取水许可的监管力度。

建设完成后，形成模块化管理，云平台集约化监控的模式，完善泵站物联网少人值守或无人值守的科技理念。

泵站

深井泵

一、地下水取水泵站监测：

1.1适用范围

深井泵站、大口井泵站、泉水渗渠水及虹吸管井群水的取水泵站监测。

1.2系统组成

地下水水位监测装置

地下水水位装置，是由压敏传感器采集水位压力值和具有RTU功能的主设备BTU有机结合，设制的一款用于水文、水资源数据监测的一体化装置，也可用于取水泵站水位监测以及设备控制、数据传输。

微功耗设计，定时开关机，关机状态时电流<50uA， 量程转换，自动进行量程转换和上下限判断，还支持固定IP、域名解析和私有APN的寻网方式，传感器防护等级：IP68，主设备BTU防护等级IP67。支持标准ModBus-RTU、ModBus-TCP/IP协议，蓝迪通信自定义68协议，以及水文水资源监测数据通信规约。

在水文水资源监测用国家级标准产品，已通过国家水利部水岩仪设备检测。

触摸屏、RJ45接口100M以太网功能可选，无线通信网络4G、NB-IoT、LoRa可选

IoT压力表

本款压力表，具有无线远传能力，也可通过预留RS485接口，桥接具有智能控制和通信远传能力的主设备，进行传感数据采集、存储、远传。

手机App程序设备检测设参、WEB平台程序监测、设参，支持第三方客户设置、程序开发使用，报文格式可定制。

设备防护等级IP68，外挂设备IP67。

集成型IoT一体化无线压力表，具有通信网络数据交互能力，可实时传输、定时传输压力数据，通信网络支持4G、Nb-IoT、LoRa。

一体化电磁流量计

 一体化电磁流量计主要用于取水泵站、输配水管线、污水、腐蚀性液体、泥浆等的流量测量，是基于法拉第电磁感应定律工作的，用来测量电导率大于5μs/cm导电液体的体积流量，是一种测量导电介质体积流量的感应式仪表。因一体化设计，将数据存储、数据显示、数据通信集成到了一起，使其具有了优于一般仪表的特殊性能，如：可将传感器数据计算后通过无线通信模块，将数据以无线方式输出，发射至数据接收端，用于设备流量接收、以及设备控制。广泛应用于系统物联设备M2M环节。也可将窄带物联网通信模块置入设备内部，将传感器数据，通过集成的Nb-IoT模块，把实时数据以通信方式发到公有通信IoT设备平台，数据格式Json。

特点：

·微功耗智能仪表，可实现仪表数据本地存储、无线传输（LoRa/NB-IoT/4G可选）

·极强的抗腐蚀能力，几乎可测任何导电液体

·抗干扰力强，几乎不受外界干扰

·测量不受流体密度、粘度、温度、压力和导电率变化的影响

·测量管内无阻流部件、无压损直管段要求低。对浆液测量有独特的适应性

·测量管内无可动部件，无阻流部件，测量中几乎没有附加压力损失

·具有自检与自诊断功能

·在现场可根据用户实际需要在线修改量程

安装

一体化超声波流量计

一体化超声波流量计，适合于相对纯净液体流量的管道测量，尤其是在水流量测量、在工业循环水、空调制冷循环水、原水、高压水、自来水广泛应用。一体化超声波流量计分为单体式和分体式，分体式一体化超声波流量计，是将超声波传感器与主设备分开放置，通过预留RS485接口，进行数据通信。本款一体化超声波流量计，具有本地数据存储、微功耗、数据无线通信传输的特点。测量管径DN25~DN6000，其中外夹式超声波流量计，可以不停产进行作业，方便快捷。

支持标准Modbus-RTU、ModBus-TCP/IP协议，符合国家水文水资源监测数据通信规约，并通过水利部水岩仪仪器设备专项检验。工作电流50mA.

数据通信4G/LoRa/NB-IoT可选。

数据远传装置

数据远传装置，就是将具有RTU、DTU功能的单元，集成到一个主设备中，通过RS485总线接口，将现场传感仪器仪表数据，采集接收，并对现场设备、仪器仪表进行控制的设备，可实现M2M闭环自控操作功能。

主设备微功耗设计，可实现无线通信数据、指令传输，4G/LoRa/NB-IoT可选

水资源计量IC卡智能终端

水资源计量IC卡智能终端，采用ARM 32位智能芯片，微功耗设计，可通过射频卡进行数据存储、计量、以及设备控制。内部具有标准ModBus协议，具有RTU功能以及无线传输能力，无线功能支持4G/LoRa/NB-IoT可选。设备可通过RS485接口，连接现场设备、仪表、电源装置，将IC射频卡功能集成到设备功能和计算中，使其具有智能的M2M闭环功能，计算、计量项目参数可依据现场作业环境组态，可计量电、水、气、钱款、总量、用量等。支持支付宝、微信、银行账户手机在线充值。也可在指定地点进行总量、金额的充值。

该设备具有语音播报、设备防拆卸预警等功能。主要用于水资源、水资源设备、仪器仪表的自动智能监控、水资源计量。

远程监控系统平台

用于接收取水泵站取用水资源量、RTU设备、智能远传仪器仪表的管理、监测。可为第三方数据利用开发，提供依据。系统平台J2EE结构设计，hadoop分布式数据存储，数据库可移植现代主流数据库。

移动信通平台，支持Android5.0以上，APP程序可手机操控现场监测设备、RTU设备以及智能仪器仪表等。

1.3通信平台

通信平台支持4G通信网络，用于程序软件平台的设备管控、数据接收，目前移动、电信、联通均具有这种支持4G的通信业务，可以申请流量包，用于设备无线通信使用，无需语音支持。

目前窄带低功耗物联网的发展，已经成熟，而且已成为IoT设备，主流通信平台，由于其具有低功耗、窄带、国际认证、运营商维护、信号好的特点，被物联系统设备通信广泛使用和采纳。数据传输格式Json。但是，NB-IoT平台的公开性，使其具有保密性相对低的特点，所以，LoRa低功耗私有域网络通信，成为部分领域的主流。因LoRa使用的是通信免费频段，所以在费用上相对低廉，但性能、保密性，却由于其他通信技术产品，在天气晴朗的野外，LoRa的通信有效距离在5公里，如果加大发射频率和天线高度，那LoRa的通信有效距离可以达到数十公里，所以在取水泵站的远程监控系统，也是很好应用的通信设备技术。很多第三方设备、仪器仪表都预留RS485现场总线接口，通过这个接线端子，我们可以将我们的主设备，具有无线数据传输能力的装置，进行桥接，桥接的最终目的，就是智慧化管理这些现场仪器设备，并将采集数据通过主设备，传输出去，方便取水泵站监控。

1.4终端概述

完成地下水取水泵站的水资源监控、工艺管线生产作业监测。

地下水取水泵站，主要设备就是水位监测装备，管线压力监测仪表、流量监测仪表、自控阀门，还有用于远传RTU、DTU集成控制柜。他们通过RS485、RS232或者LoRa方式与主设备链接，并实时采集这些终端智能设备、自控设备数据，把传感器采集的介质数据（如：流量、压力、水位、电），通过无线的方式发送出去，并实现M2M闭环式设备控制，对于这些过程，我们可以通过数据参数，进行监测，特殊情况可远程维护。

终端设备具有少人值守或无人值守的功能，可以方便的在远端，通过取水泵站远程监控系统，进行实时监测，并通过GPS设备功能，提取指定位置泵站设备运转信息、流量信息、压力、温度信息等。

在国家号召的一张图模式中，这些终端设备、仪器仪表，均具有全球定位功能，对于远距离监控、设备预警、异常信息报警等可实时监管，并可通过视频监控系统，进行工况情况排查。

1.5监控中心

监控中心，就是对取水泵站生产工况的实时掌控部门，通过中心的信息化建设，实现硬件、系统、通信的有效集成。是终端传感设备数据的汇集节点，也是生产作业设备监控中心。水资源水量、水位、流量等这些数据，通过取水泵站的监管仪表。将数据通过无线通信网络如4G，把数据同时传输给水利部门。

1.6调度中心

调度中心根据监测数据，进行水资源取用的调配、指挥，形成管理规模化、区域化。

监控监管水资源取水许可证计划用量，以及自然原因，进行的调配、调度。

将重要数据形成文件上传下达，保存数据库。

二、地面取水泵站监测：

2.1适用范围

固定式取水泵站（吸水井、泵房、闸阀井）监测、活动式取水泵站监测，监测内容：引水设备、排水设备、计量设备（水电）、水位监测设备、水质监测设备等；监测内容，上报取水泵站监测中心，水利部水文水资源监管平台。

2.2系统组成

地面取水泵站，构建物可分为一级、二级泵站，一级泵站通过引水设备或自灌式，将水源地原水引入一级泵站，通过泵站设施及泵站处理工艺过程，将处理过的原水，经送水泵站，输送出去。

     内容：①水文监测设备：水位、雨情等②水资源监测设备：流量、水质③取水泵房、送水泵房单位自动化监测数据

2.3通信平台

在地面取水泵站建设中，我们更加突出通信以及物联网设备通信平台的建设，我们设计的地面取水泵站自动远程监测系统，为了解决取水泵站构筑物或构筑物之间，距离超远、通信沟通困难的问题。在计算机网络，不能或比较困难的时候，我们选择的通信网络，如4G、3G、2G、Nb-IoT、LoRa以及5G，通过自建或运营商网络，将终端泵房传感设备、自控设备等的数据，传输到远程在线监测系统，用于获取终端设备状态数据、水资源数据、水文数据、泵站工况数据等。

在自组网的LoRa网络通信平台建设后，我们可通过LoRa的免费通信频段和超低功耗的性能，将终端传感器获取采集的数据、设备数据传输到远端的LoRa接收设备端，通过一对一传输通道，将采集数据在远端的LoRa设备接收器或LoRa接收平台上，进行实时接收还原，并保存硬件存储器或软系统平台数据库。

实现数据保存（本地、远端设备、平台数据库）、传输、续传的稳定性、可靠性。

2.4终端概述

一体化泵站水位监测装置

特点：

     将水位测量、数据存储和数据无线传输三大单元有机的结合在一起，实现取水泵站水位连续动态测量，并向监控中心自动上报水位信息。可以根据工况需求，增设以太网接口，人机交互界面。

主要应用于水库水位、水池水位、河流水位、互补水位等的测量

技术指标：

· 内置Flash 16G存储单元；· 两路模拟信号输入   1路继电器信号输出  两路开关/脉冲输入

电磁流量计；· 1路RS485接口；· 供电方式：2*3.6V锂电池供电，可上报12000次以上；· 工作电流：休眠<50uA、发射<150mA；· 采集精度：模拟量：≤0.5%、脉冲量：≤0.01%；· 采集分辨率：24位差分输出；· 量程转换：自动进行量程转换和上下限判断；· 支持固定IP、域名解析和私有APN的寻网方式；· 水位传感器：IP68防水、主设备：IP67；

超声波流量计

以超声波流量计、水表，在水资源监测、计量等方面的优越性，如精度高于其他传感流量，而且安装方便，可在流水线作业的工况下，进行超声波流量计或表的安装以及调试，它具有分体式或一体式结构，将传感数据通过RS485接口或者直接通过无线通信网络，将数据传输给接受平台。

一般情况下，我们通过Rs485或者RS232接口将传感器与主设备RTU，进行连接，将数据传至主设备，进行数据存储、加密、传输。

无线通信网络，可以选择现在的4G通信网络、NB-IoT窄带物联网

默认DN800管径，声学时差法测量，精确度优于二级。

雨水情监测装置

雨水情监测，是水文监测的重要数据。

微功耗设计，自计式雨量计，可以自动计量出十分钟雨量、一小时雨量、日雨量、二十四小时雨量、连续降雨量，然后通过无线通信网络发送到监测中心。

工况温度：不结冰状况

提供1路标准RS485接口，可采集模拟量、数字量，继电器输出。电流4~20mA，2*3.6V锂电池供电，可上报12000次以上，可以增设以太网接口。

无线通信网络4G、LoRa、以太网可选

一体化电磁流量计：

一体化电磁流量计，具有无线数据通信功能，通信网络支持4G、NB-IoT、LoRa无线环境，由于电磁流量计的计量准确性，在取水计量、输水监测过程中，经常使用，是各领域取水计量、水资源监测的必须装置。

产品计量准确度优于二级，因其电磁传感器不与介质接触的特点，所以很多泥沙严重的水体，经常使用。

管径DN800默认。主设备可以实现采集数据的存储、远传。

水资源计量智能终端

取水泵站取水过程计量监测水资源量，是取水泵站的重要环节，我们提供一款可IC卡计量控制的智能设备，用于取水、设备控制使用。

水资源计量智能控制设备，具有双相计量模式，可任意组态，主设备内嵌ARM 32位高性能处理芯片，用于解决复杂的数据计算，在设备计量出现计量用数据问题，设备会因数据问题出现保护性智能措施。如设备关闭、声光预警等。

这款设备，还具有钱款、水资源量、用电量、设备自动控制等功能，钱款可通过支付宝、微信、银行账户二维码，进行在线手机缴纳钱款，解决欠款导致的输水取水问题。

设备R4触摸屏、有线、无线可选，其中，有线：以太网RJ45接口、RJ11接口、RS485接口等；无线：4G、LoRa、Nb-IoT等

无线压力表

     本款压力表，具有微功耗、无线通信远传功能，一路485接口，可有线连接智能主设备。

无线通信网络支持4G、NB-IoT、LoRa可选。

显示屏工作机制：

压力表正常工作时，处于长期休眠状态，短期唤醒机制。

上电后，显示屏正常显示数据，1分钟后关闭显示。

当需要查看显示表盘时，可用随机附带的磁钢点击显示面板的任一按键，仪表盘显示数据，并可设置设备参数、数据手动上报等操作。

远传设备

远传设备，是取水泵站在线监测远传监控系统的核心设备，用于解决由RS485/RS232等接线设备数据再次远传的问题，实现远程监控的实时在线。

本款设备，具有抗强电磁干扰性能，内置RTU、DTU设备数据传输稳定、准确，无异常设备问题。可以很好的适应野外或工况恶劣的环境。

2.5监控中心

监控中心用于接收泵站生产数据、视频在线监测数据，指导取水泵站生产工作。

 取水泵站远程监控系统特点：定位功能，可集约化管理多个泵站信息、视频信息，是通信设施、传感设备、自动控制设备、信息化平台的有机集成，完成科学化取水泵站建设，提供科学数据。

技术标准，依据现代化泵站/取水泵站信息化建设要求，进行施工建设，系统化软平台提供移动设备APP程序平台，支持二次开发，程序语言无限制。数据库服务器hadoop分布式存储架构，可移植各类主流数据库，如甲骨文数据库等。

2.6调度中心

调度中心，就是通过取水泵站监测的历史数据，指挥调度各类水泵站的取水量。

调度中心，通过对历史数据的分析、计算，预测水资源用量，产生计划用水量，对水资源用量调配，资金及水量的预估。

重要数据、分析报表、分析图，打印、保存。

第三部分总结

系统集成建设，在很多取水泵站、水资源监测站点，得到了广泛的使用，社会反应效果，比较好。随着5G技术的发展，我们也在这个领域，继续研发新的有利于水文、水资源管理、监测的配套装置，进一步完善和科学化这个领域的不足。

作者：何涛