基于无线网络供水管道流量监测系统分析

闻 飞，郑建良，刘进喜

（淮河水利委员会水文局信息中心，安徽 蚌埠 233001）

基于无线网络供水管道流量监测系统分析

闻 飞，郑建良，刘进喜

（淮河水利委员会水文局信息中心，安徽 蚌埠 233001）

针对管道型取水户流量监测，设计一套完备的流量数据采集、传输与分析系统，应用无线网络传输数据，可应用于各种安装环境，方便施工；对多点集中取水户进行典型设计，实现一台数据传输终端传输多路数据，节约建设成本，维护简单；规范数据传输终端和流量计安装调试方式，提供精准的水资源数据服务，实现日常水资源管理业务处理的电子化、网络化，进一步提高水资源信息共享能力。

无线网络；供水管道；流量监测系统

1 系统总体结构

水资源监测采用物联网技术，实现对取水流量数据的采集、传输与分析。如图1，系统主要由流量/水位采集、传输网络、监测平台3部分组成，各监测点通过GPRS无线传输网络将监测数据发送至监测平台，数据经存储、处理后，为用户提供应用服务。在此着重对监测点流量采集与传输建设进行分析探讨。

图1 水资源监测系统组网

1.1 水量信息采集

信息采集层主要完成对各监测点的实时信息采集，具体实现方式为实时在线监测信息采集、间接监测信息采集两种方式，信息采集系统结构如图2。

图2 信息采集系统结构

在线自动采集系统主要由取水计量设备及数据传输系统组成，通过实时在线方式监测取水点的情况，并将实时信息通过GPRS/GSM无线网络传输至省监控中心服务器。在线自动采集传输系统结构如图3。

图3 实时在线采集传输系统结构

水资源监测设备由流量计和现场采集显示仪表构成，遵循资源共享和避免重复建设的原则，对已安装且符合在线监控要求的监测设施，则利用已有设备，不再重复建设；对于已安装但不符合在线监控要求的设施，在保证设备精度的基础上，尽量采取升级和维修的方式使之满足监控需求；对于无法通过升级、维修方式而实现重复利用的，以及没有安装计量的监测点，重新安装计量设备。

流量计应选用经国家计量监督局认证的超声波或电磁式管道流量计，所有采集仪器应具有RS-485数字通信接口。

共享已建取水计量设施，需要对各个取水点现场不同情况的取水计量设备采用不同的信息获取方式。具体采用以下几种方式：

1.1.1 具备RS232/485智能数字端口

采用串口多路复用设备与用户共用RS-485智能端口，从而实现本监测设备与取用水户厂家监测设备同时读取流量计仪表内置数据，实现设备的共享使用。

1.1.2 具备HART信号端口

对于不具备RS-485智能数字端口但是带有HART输出信号接口的流量计，可通过 “HARTRS485协议转换器”来实现RS485信号输出，以读取流量计的内置数据。

图4 RS-485端口连接

图5 HART协议端口连接

图6 公网专线组网方式

1.2 水量信息处理

数据传输方式采用GPRS信道与省级中心通信，将采集到的数据通过无线方式传输至监测中心服务器。

为保证数据传输的实时性和准确性，并且有效避免数据传输过程中的拥堵现象，实时监测信息的采集主要采取定时上报、超限上报和人工召测相结合的采集方式。监测中心服务器通过GPRS无线传输网络，采集频次按1h间隔定时轮询的机制完成对各个监测点实时信息的上报工作。采集间隔期间，如取水用户超出取水限额，则向监测中心加报超限预警信息。监测点同时支持短信模式，可以接受短信激活，向监测中心主动上报实时监测数据，实现人工召测。

2 管道监测站

管道型取水量自动监测站主要设备包括数据采集终端（RTU）、流量计量设备、发送终端、供电设备及避雷设备等部分组成，如图7。

图7 取用水自动监测站

2.1 功能要求

（1）具备水位、闸位、功率、流速等相关信息自动连续监测功能。

（2）具备定时自报或召测报信功能。

（3）具备现地和远程参数配置，监测频度、时段和工作方式修改等功能。

（4）具备现地和远程数据下载功能。

（5）具备多路通信和主备通道自动切换功能。

（6）具备实时数据滤波、计算和处理功能。

（7）本地存储容量保证存储测量数据1年以上。

（8）具有设备故障、工作异常及参数越限自动报警功能。

2.2 监测站设计

针对多点集中取水户的典型情况进行设计，多点集中取水户是指有多处取水口的取水用户，且取水口比较集中，可将多台传感器（不超过16个）接入1台RTU，其测站结构如图8，设备配置如表1。

图8 多测点监测站结构

表1 监测站主要设备配置

取水计量监测站的主要由流量计和采集终端组成，如图9。

图9 自动监测站安装结构

2.2.1 数据采集终端安装与调试

2.2.1.1 终端设备

数据采集终端用于对各种水资源监测仪器及传感器的数据采集和传输，主要包括水量、水位、闸门、阀门开度、管道压力等。数据采集终端应具有存储、阈值报警、工程参数自动检测、支持多种通信方式等功能。数据采集终端数据上传通信协议应符合水利部SL427—2008《水资源监控管理系统数据传输规约》要求。

2.2.1.2 安装要求和技术指标

（1）数据采集端应遵循节约线缆、操作方便、同时应选在传输信号质量良好、尽量远离电磁干扰源、无滴水、无强震动的场所进行安装。

（2）数据采集终端安装时机箱应有良好的接地，接地电阻应小于等于5Ω，接地线应选用截面积大于等于4mm黄绿双色多股铜芯线，接地线两端均应用螺栓进行固定。

（3）数据采集终端应确保在断电的情况下进行接地。

2.2.1.3 安装步骤

（1）确定数据采集终端安装位置，如图10。

图10 监测终端箱安装

（2）固定数据采集终端。在选定的安装位置用膨胀螺丝将数据采集终端固定在墙上或预制的水泥墩上，应尽量选择在屋内距离地面1m以上。

（3）将数据采集终端机箱接地螺栓与地网接地极连接。

（4）数据采集终端接线。确保在数据采集终端断电的情况下按照数据采集终端说明书进行接线。

2.2.1.4 调试步骤

（1）接通电源，如是交流电供电，首先应合上交流电源的空气开关，再合上数据采集终端的电源开关，完成供电；如是太阳能（蓄电池）供电，则合上数据采集终端的电源开关，完成供电。

（2）配置内容包括站号、传感器类型、数据采集间隔、数据存储间隔等各项参数，具体需配置的参数应按照所在水资源管理信息系统的数据上传和存储要求进行配置。

（3）按照与数据采集终端连接的各个水资源监测设备的试验要求观察数据采集终端每次采集到的数据与比测数据是否符合误差要求，符合要求则可以投入正常使用，否则，应检查相应设备本身及与数据采集终端的连接是否存在问题，如有问题，则排除相关问题直至合格。

2.2.2 流量计安装与调试

流量计安装位置需要管道具有一定长度的直管段，流量计前直管段长度大于管径的5倍，后直管段长度大于管径的3倍。直管段长度不足的场合，应考虑采用多声道的超声测量方式保证测量精度。

在管道地埋的场合，可采取开挖安装井的方式，为仪器安装维护提供条件。安装井大小应满足施工安装与维护的空间要求，安装井须有排水防淹没措施。

在管道不允许加工（管道切割、焊接法兰）的场合，可选择插入式，一般不建议采用外夹式安装方式。

对大型非金属材料的管道（涵洞）场合，可选用声学时差法流量计，并采用换能器在管道（涵洞）内壁安装的方式。

设备安装与调试严格按照SZY 204—2012《水资源监测设备现场安装调试》要求执行。

3 结语

通过无线网络流量监测站点的建设，可有效实现对水资源的实时监控，改善水资源管理基础设施薄弱状况，提高了水利业务部门水资源管理信息化水平，能够及时、准确、全面地掌握省内水资源监测、统计信息的宏观与微观信息及各类业务处理的综合信息。

［1］罗有生．基于计算机网络的供水流量监测系统介绍［J］．人民珠江，2004，25（2）：54-55．

［2］李树石．供水管网压力、流量远传监控系统［J］．科技传播，2014（19）．

［3］赵瑞旺．基于GPRS的无线供水监控系统设计［D］．太原：太原理工大学，2009．

［4］张彦荣，孔海心．基于GPRS的水计量无线采集系统应用研究［J］．酒钢科技，2012（1）：40-43．

［5］冯沧，李田．地下排水管道流量检测技术进展［J］．给水排水，2007，33（5）：115-118．

［6］张丽华．流量远程监测系统在供水计量中的应用［J］．城镇供水，2014（1）：46-48．

（责任编辑：王艳肖）

Research on flow monitoring system for water supply pipeline based on wireless network

WEN Fei，ZHENG Jian-liang，LIU Jin-xi
（The Hydrological Bureau the Information Center of The Huaihe River Committee,Bengbu 233001,China）

According to the water flow monitoring of pipeline type,a complete set of traffic data collection,transmission and analysis system is designed.Data transmission in wireless network can be applied to various installation environment because of convenient construction.The typical design of multi-point data transmission terminal can complish a multichannel data transmission and save construction cost by more simple maintenance.Specification for data transmission terminal and meter installation and debugging provide accurate data services of water resources.The daily business processing electronic and network is achieved among water resources management and the water resources information sharing ability is improving.

wireless network；water supply pipe；traffic monitoring system

TV674

：B

：1672-9900（2017）02-0049-04

2016-02-06

闻 飞（1985-），男（汉族），安徽蚌埠人，工程师，主要从事水文遥测通信和水利电气应用方面的研究，（Tel）18805520519。