浅谈无锡严埭港水利枢纽水情监控系统的设计

摘 要：传统水利监测技术手段较落后，且功能单一效率不高，水利自动化监测采用复合监控装置，结合现代通讯技术及智能手机移动平台，升级成最新一代的水情自动化监控系统，满足了现代大型泵站对水利自动化监测的要求。

关键词：水情监测；水位仪；传感器；GPRS；手机监控

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

1 前言

随着现代科学技术的进步和现代水利的不断发展，水利自动化的重要作用越来越被人们所认识，它能够大大地提高水利管理者的工作效率，目前国内，在水情监控方面，基于Android和GPRS的监控系统少见，水位监测主要靠单一水位仪或水位尺读取，水质参数的监测多处于人工取样分析的阶段，这就带来一系列问题，如：操作不便，费力耗时，精度不高。本文所介绍的监控系统将Android手机平台和GPRS通信技术与DSP、Internet网络相结合，组建无线远程监控网络，实现对水参数的实时监控。

2 枢纽情况介绍

严埭港水利枢纽是无锡市城市防洪八大枢纽之一，由泵站、节制闸和船闸和上下游连接建筑物等组成。泵站装机流量为70m/s，安装5台立式轴流泵，单机流量为14m3/s，配630W同步电动机，总装机容量3150W。节制闸分2孔净宽12m，用升卧式闸门。船闸规模16（20）×135m，上、下闸首型式同节制闸。整个枢纽于2009年通过竣工验收并正式投入运行。

3 泵站自动化系统简介

泵站自动化系统监控对象包括5台主泵、2台节制闸启闭设备、清污设备、5台主泵出水侧工作门和事故门启闭机、2台技术供水泵、10kV高压开关柜、2台站用变等。对水情的监测目前仅为机械式的水位仪，数据仅传输到上位机电脑读取，至于调水水质、流速等情况主要靠现场工作人员目测，具有不精准性和人员局限性，整个监控系统构成冗余以太网，由上位机监控，并应留有接口与控制中心相连。整个系统目前实现严埭港水利枢纽的运行自动化，但离水情实时监控和调度自动化，达到少人值守，现场无人值班的管理水平尚有距离。

4 新水情监控系统设计方案

该系统主要由水文参数监测模块、GPRS通信模块、现场监控、远程监控服务器，以及一些Android手机客户端模块，所述监控模块包括水位检测装置、温度、浊度、pH值和其他参数的水的流速和调理电路。液晶构成了现场监控模块，液晶上的数据能够被工作人员读取。远程服务器模块用于通过无线网络和手机Android客户端接收数据和网络通信，手机Android客户端与服务器主要完成数据交换、数据库管理、网络通信功能。

新水位计采用静磁栅激光液位计，集成非接触式电压量开关，采集器，变送器三种功能于一身，是一种测量液位的绝对位移传感器，液位和浮力的变化影响导管内浮筒上下位置改变，电子仓内激光计每150ms发送620-690nm可见红色激光刀浮筒反射面，激光计每150ms接收浮筒反射面返回激光，并根据其相位、波长公式计算出浮筒与激光计相对位置。在激光计测量水位的过程中，光束被保护在坚固的不锈钢保护套管中，不受外界阻断和干扰，相比之前的机械浮子式水位监控，克服了精度差，易受环境影响可靠性差的缺点，具有一采集单元在内部，不受外部环境变化影响，二采用可靠激光反射原理，无论多深液位测量精度保持一致，三全不銹钢导管结构安装简单可靠性强。采集到的水位信号，以RS485与上位机通讯。

温度监测采用WQ101沉入式水温传感器，温度传感器是低功耗两线制配置，所有电子元件都放在海洋级不锈钢外壳内。PH监测采用同系列PH传感器WQ201以及浊度传感器WQ730，该传感器内部是一个封装的红外线对管（一个发射、一个接收），当光通过一定量的水，通过脏程度的光的量取决于水，水是脏的，较少的光是通过。光接收端将透射光强度转换成相应的电流，光通过光而电流大。通过测量接收机的当前大小，我们可以计算出水污染水平。通过测量液体的散射率、发射率和电导率来测定液体的浊度。以上三种传感器均是由美国Global Water公司生产的，质量可靠，精度高，深得国内广大科研单位的喜爱。输出为模拟电流信号，经过调理电路处理后经RS485通讯到上位机中。PH值与浊度参数，是对水质好坏的重要直接参考量，准确度远高于靠水体表层的目测。

5 软件设计

系统开始运行时需要上电初始化，初始化程序主要用来初始化IO端口、定时器、AD转换工作模式、串口、液晶和按键程序等。初始化完成后，系统就开始启动应用程序。数据采集根据初始化程序配置的参数开启定时器中断，定时采集AD转换得到的水情参数数据，并将数据按照一定的格式打包后，通过GPRS无线网络向远程监控中心上位机发送。

6 通讯与远程客户端设计

在软件设计中，其关键因素就是水情参数数据的GPRS传输，这也是本系统软件设计的重点。在系统中，GPRS模块采用TCP协议进行数据通信。在测量点，在GPRS模块的使用，包括为其配置相关的AT命令的需要：设置模块的连接方式、波特率、域名和端口等。如果设置成功，然后GPRS模块和服务器建立TCP连接，DSP可以发送数据到服务器通过水文参数的串行端口。

本系统采用的是手机端/服务器模式，服务器采用VB编程的监控软件，手机端采用JAVA语言编程，使用基于TCP协议的基于Socket来完成与服务器通信的IP /自己的SQLite数据库的数据存储的实现，最后编译打包后生成的APK文件，在Android手机上可直接安装，当输入正确的服务器名称和相应的端口号，安卓手机自动接收发送到服务器的数据。

7 结语

该系统采用手机平台和GPRS通信实现真正意义上的远程无线监控。该系统可以通过PC机和手机远程实时监测水文参数，具有低成本的硬件优势，性价比非常高。通过试验，对系统水文参数进行高精度测量，系统操作简单，实时性强、可操作性好，应用前景十分广阔，非常适合水利水文系统的水情监测使用。

参考文献：

[1]中国农业大学.水质参数无线传感器网络监测系统：中国，202004800U[P].2011，10（05）.

[2]王磊，徐军.基于GPRS的无线流量测控系统的设计[J].测控技术，2008，27（11）：55-57.

作者简介：张继来（1981-），男，江苏无锡人，硕士研究生，工程师，研究方向为大型泵站。