水利智能设备数据传输趋势及监控实现

2020-08-04张姣姣刘红旺叶雨龙

水电站机电技术 2020年7期

张姣姣，刘红旺，雷亮，叶雨龙

（天津水利电力机电研究所，天津301900）

1 引言

现在水利系统对信息化要求越来越高，监控设备所要满足的环境条件也越来越苛刻。水利系统要求设备可以工作在潮湿、密闭甚至是远离供电电源的环境下，要求设备数据传输可靠且节能。本文对水利监控系统特点进行分析，并介绍了物联网技术在水利监控系统中的应用。

2 水利系统信息化要求

随着水利系统对信息化要求的提高，系统对以下情形的监控需求会越来越多。

2.1 监控现场偏远化

随着国家加快偏远地区的开发及推进扶贫项目的需要，水利系统监控范围必须覆盖到一些偏远地区。

2.1.1 设备运行要求

大多数偏远地区系统运行条件十分有限，而信息化发展需要监控居民用户或扶贫用水调度数据，这样就要求安装在现场的监控设备价格便宜、可靠性高、运行费用低、维护简单方便。物联网智能设备相对于传统智能设备而言造价低，而且运行可靠性高，运行不需要专业技术人员现场值守，总体运行成本低。

2.1.2 设备电源要求

与智能电力监控设备不同，智能水利监控设备并不能保证检测设备临近可供电电源，偏远地区监控现场还存在供电受限的情形，有些监测设备必须安装在人迹罕至的环境中，且现场无外部供电。

基于MQTT的物联网智能设备可以在无外部电源供给的情况下，依靠自带电池正常工作近6年时间，在外部电源受限的偏远地区，物联网设备可应用于水利监控系统，为水网的智能运行提供可靠数据支持。

2.2 工作环境特殊化

一般的智能监控设备要求环境干燥、具有良好的数据通信条件，而有些水利系统的智能监控设备不得不工作在潮湿的环境下，但绝大多数水利改造项目的设备安装环境不仅潮湿，而且空间狭小，且不具备铺设通信线缆的条件。

现行的物联网终端可以封装成为防水防潮且安装方便的无线传输设备，能够适应特殊环境的要求，方便安装、拆卸。

3 建立基于MQTT的物联网系统

本文将以天津水利电力机电研究所为中国水利水电科学研究院提供的智能水表监控系统为例，介绍系统结构并论证物联网系统在水利系统的可用性。

系统采用Message Queuing Telemetry Transport（MQTT）协议进行物联网信息传输。MQTT是现行主流的物联网协议，它是一种轻量级的网络协议，在网络设备和网络上需要的资源相对HTTP、AMQP、XMPP等协议少。此MQTT特性符合水利系统在网络建设成本高、现场设备性能受限的偏远监控点的需求，它采用发布/订阅模式工作，可以将信息进行一对多传输，在降低对现场硬件设备要求的同时，降低应用程序的耦合性。

系统服务建立在CentOS7操作系统上，通过对JavaScript结合Python技术的研究，用Django建立服务系统，将模型用Web形式进行管理展示。在服务器建立MQTT服务（采用mosquitto），实现将信息收集到服务器的功能。

数据库服务建立在CentOS7系统上，采用postgresQl12完成数据存储。

终端设备采用STM32芯片完成数据上报处理，此系列芯片性能高、成本低、功耗低，采用定时发送数据、传输完成随即断开链接的模式运行节省用电，满足无供电电源地点对监控设备的要求；设备配置外置天线，可将天线与设备本体分离安装，满足信号传输要求；终端测试完成后用密封胶灌装密封，以适应潮湿环境对设备的要求。

实现服务的网络架构的具体模块及组成结构如图1所示。