一、前言
水利行業(yè)是一個歷史十分悠久的行業(yè)，也是信息十分密集的行業(yè)。隨著計算機技術、數(shù)字控制技術、網絡通訊技術的發(fā)展，工業(yè)自動控制系統(tǒng)已進入一個全新的時代。采用新技術、新設備對水利工程項目的設備與管理進行現(xiàn)代化改造和智能化建設是歷史發(fā)展的必然趨勢。對社會主義建設和水利行業(yè)的發(fā)展前景有著深遠的意義。
水利現(xiàn)代化和智能化建設是實現(xiàn)資源共享，促進國民經濟協(xié)調發(fā)展的需要。信息化系統(tǒng)建成后，消除了信息孤島，減少了數(shù)據(jù)冗余，提高了信息的可靠性和科學性。信息快速方便的信息傳遞為上級部門正確決策提供了保證，同時也提高了水庫現(xiàn)代化管理水平，提高了水庫的工作效率。同時也為水利信息化建設打下了基礎。
水庫，一般建在比較偏僻的山區(qū)，盡管現(xiàn)在交通發(fā)達，但對水庫運行管理來說仍然不便。一方面因為路途遙遠，工作人員每天在往返的路上浪費大量的時間和精力；另一方面道路崎嶇，多是山路，行車危險，特別是雨季，道路泥濘，這給水庫的管理工作帶來很大的不便。特別是在汛期暴雨期間，可能造成山體滑坡，電線中斷等事故，工作人員無法到達現(xiàn)場。此時更是防洪的關鍵時期，必須保證閘門的合理控制，才能有效的控制洪水，保證人民群眾生命、財產的安全。隨著現(xiàn)代通訊事業(yè)的不斷發(fā)展，無線技術應用在控制領域中越來越成熟。利用GPRS網絡來實現(xiàn)遠程的通訊，從而達到用計算機來實現(xiàn)閘門的遠程控制的目的。
二、 項目分析
2．1系統(tǒng)組成
2．1．1 終端閘門控制系統(tǒng)
采集閘門狀態(tài)信息，如閘門開度、水庫水位等，和執(zhí)行各項中心發(fā)出的指令。
2．1．2 無線傳輸設備
鑒于終端閘門控制系統(tǒng)的接口和設備的工作環(huán)境等多種情況的要求，我們選擇廈門四信通訊有限公司的F2103 IP MODEM。采用RS-232/485接口、金屬外殼設計，它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道，支持實時在線和按需在線多種工作方式，如定時上下線和設備喚醒，并且支持APN網絡接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費。
2．1．3 數(shù)據(jù)控制中心
源始數(shù)據(jù)處理與管理中心，負責對終端上傳的數(shù)據(jù)進行分析、存儲，對分析結果做出判斷，并下達各種控制指令。
2．2 系統(tǒng)總架構
終端閘門控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設備通過RS232/485通訊接口與F2103串口連接，遠程數(shù)據(jù)中心服務器可以使用APN專線或普通ADSL等作為網絡接入。
通訊設備F2103通過GPRS網絡接入Internet連接到遠程數(shù)據(jù)中心服務器主機，建立透明數(shù)據(jù)通道。這樣采集終端產生的數(shù)據(jù)只要送到串口，F2103就會把收到的數(shù)據(jù)不做任何處地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務器主機。服務器主機收到終端上傳上來的各項源始數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行綜合分析和各種判斷，并向終端設備發(fā)出控制指令，服務器主機發(fā)出的控制指令通過通道傳輸?shù)?/font>F2103后，F2103通過串口送到采集終端，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。
2．3 系統(tǒng)功能
2．3．1 中心控制室
中心控制室是整個系統(tǒng)的調度中心，主要由工控機和上位機軟件等構成。工控機作為上位機對閘門進行遠程控制，以及對實時采集來的閘門開度、水庫水位進行數(shù)據(jù)處理入庫等操作。通過水庫水位（H1）、閘門開度（H2）和實際H1 H2～Q、H～M、H～V曲線，計算機自動對比計算出放水流量、水庫庫容、庫面面積等。可以隨時觀察水庫水位和蓄水量等參數(shù)的變化情況。計算機設計有標準軟硬件接口，可以與水情自動遙測、大壩自動觀測等系統(tǒng)共同組成水庫運行調度系統(tǒng)。作為系統(tǒng)工作安全的要求，對閘門的操作有嚴格的使用權限，設有軟硬件隔離，操作指令保護措施。閘門開度、操作時間、操作者姓名及時入庫保存，只有高級管理員才可以修改。這樣可以保證閘門操作的安全。
2．3．2 現(xiàn)地控室
現(xiàn)場地控室距離閘門現(xiàn)場比較近，主要有控制柜，工控機、GPRS IP MODEM、不間斷電源、分控軟件、以及轉換模塊組成。工控機作為下位機功能基本與上位機相同，但操作級別比上位機低。下位機也有工控機主要是為增強系統(tǒng)的可靠性，即使上位機出現(xiàn)了故障，不致影響對閘門的操作。
2．3．3 現(xiàn)場控制屏
現(xiàn)場控制屏相當于閘門操作按鈕。它直接對閘門的上升、下降、停止進行控制。也是閘門開度的采集部分，負責將閘門開度值傳到下位機中。將開度儀傳來的模擬信號轉變成RS-485信號傳到下位機中，完成開度的采集傳輸工作。
2．3．4 閘門開度儀
閘門開度儀采用彈拉式開度儀，它是將測量柔絲的線位移轉換成碼盤的角位移，以達到用編碼器來測量線位移的目的。同時將閘門的開度轉換成模擬信號傳到現(xiàn)場控制屏里，完成測量工作。
三、項目架構實施方案
3．1 無線通訊設備F2103與終端采集設備連接
F2103支持RS232/485接口，可以通過RS232/485接口與終端連接。接口定義如下：
3．2 數(shù)據(jù)控制中心服務器網絡接入方式
3．2．1專線接入
中心采用APN專線， 所有點都采用內網固定IP
客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。
為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。
用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認證的用戶才允許接入，用以保證用戶內部安全。
用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。
移動終端和服務器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。
雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。
此種方案無論實時性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下之最佳組網方式。
3．2．2 ADSL撥號連接（動態(tài)公網IP地址）
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網動態(tài)IP+DNS解析服務的。客戶先 與DNS服務商聯(lián)系開通動態(tài)域名，IP MODEM先采用域名尋址方式連接DNS服務器，再 由 DNS服務器找到中心公網動態(tài)IP，建立連接。此種方式可以大大節(jié)約公網固定IP的費用，但穩(wěn)定性受制于DNS服務器的穩(wěn)定，所以要尋找可靠的DNS服務商。此種方案適 合 小規(guī)模應用。
3．2．3 通過固定公網IP連接
中心采用ADSL等INTELNET公網連接，采用公網固定IP服務的。此種方案先向INT ERNET運營商申請ADSL等寬帶業(yè)務，中心有公網固定IP的。IP MODEM直接向中心發(fā)起連接。 運行可靠穩(wěn)定，推薦此種方案。
3．2．4 數(shù)據(jù)中心軟件平臺構建
中心端軟件的構建有多種方式，對于傳入數(shù)據(jù)的方式的不同，我們提供不同的軟件來幫助客戶快速地實現(xiàn)中心端的數(shù)據(jù)接收和現(xiàn)場設備的管理。
目前四信提供三種方式的中心接口：
首先是對于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經集成了我們的驅動了，可以直接配置使用；其次對于原本是讀串口的程序，提供一個虛擬串口軟（TCP2COM）；最后是對于想開發(fā)自己獨有的數(shù)據(jù)中心軟件的客戶，會提供一個動態(tài)鏈接庫及四信公司的數(shù)據(jù)中心軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件
四、方案特點
1、傳輸模塊采用無線接入GPRS網絡，目前GPRS網絡已覆蓋到全國各地甚至偏遠山區(qū)也有覆蓋，因此水庫監(jiān)測站可以在不受地理位置影響的情況下正常接入GPRS網絡，為數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)傳輸通信通道。
2、傳輸模塊具有可靠的網絡連接，智能防掉線，支持在線檢測，在線維護，掉線自動重拔，確保設備永遠在線，確保通信通道正常，為數(shù)據(jù)中心提供準備、實時的偵測數(shù)據(jù)。
3、維護和管理人員可以任意可以上網的地點,經過網絡認證和身份認證后,對系統(tǒng)進行日常維護和數(shù)據(jù)監(jiān)控。傳輸模塊經過簡單配置即可使用；體積小方便安裝。支持遠程參數(shù)的配置修改、控制，可以不必到現(xiàn)場修改設備工作數(shù)，為整個系統(tǒng)的運作節(jié)省了大量的人力物力。
4、傳輸模塊采用工業(yè)級設計，金屬外殼，外接電源DC 12V/500mA；通信電流：<250mA (12V);工作環(huán)境溫度 -25~+65oC;儲存溫度 -40~+85oC;相對濕度 95%(無凝結);多重軟硬件看門狗設計。
5、終端傳輸模塊支持多種激活方式，如語音電話、短信、數(shù)據(jù)等；終端設備故障或異常時，自動發(fā)短信報警信息給維護人員。
6、傳輸模塊采用主備份中心和自動回復主中心功能,并同時支持多中心并發(fā)功能(最多5個)，數(shù)據(jù)中心支持多種網絡接入方式,如APN、固定IP、動態(tài)IP、動態(tài)域名等。
7、四信可為客戶提供二次開發(fā)包和多語言版本數(shù)據(jù)中心服務器軟件以便客戶的需要進行二次開發(fā)；同時針對客戶的需求，提供多種技術支持，包括產品網絡組網方案設計、技術人員技術培訓、軟件開發(fā)全程技術配合、設備現(xiàn)場調試技術支持等服務。
五、方案總結
此系統(tǒng)在GRPS無線網絡平臺的基礎上，實現(xiàn)了上位機與下位機的實時無線通訊，從而實現(xiàn)了遠程水庫閘門的控制。經過長期運行證明該系統(tǒng)設計合理，運行穩(wěn)定可靠，給水庫的管理工作帶來了方便，對水庫的防洪調度起到了積極的作用。
