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农水智能控制系统

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发表时间:2017-12-19 16:33

第一章系统概述

1.1 概述

灌溉用水计量设施是地下水超采综合治理的重要设施,为有效实现地下水监测、预报与管理提供了手段。

节水压采按照“四级水权”分配原则以及作物用水定额、作物种植种类面积,制定行业、乡镇、村、农户用水计划,实现农户IC卡用水、水量分配、水权交易,对机井取水量进行日、月、年取水量统计,分析用水总量、灌溉水利用率以及节水、增粮效益。帮助项目区根据种植作物所处生长周期,依据土壤成份、大棚内土壤墒情、气象环境等因素,建立作物最优需水量模型,根据各个水源井水泵取水能力,计算相应水泵开启时间,据此下达水泵启停指令,控制水泵的运行,实现科学灌溉和灌溉自动化。

1.2 系统特色

本系统方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则,并综合考虑施工、维护及操作因素,并将为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。本系统设计内容是系统、完整、全面的;设计方案具有科学性、合理性、可操作性。

◆ 兼容性强:兼容交流接触器、软启动、变频启动、自偶降压启动等多种水泵启动方式。

◆ 无距离限制:采用GPRS无线通信,支持LoRa自组网,对水源井与监控中心间的距离无要求。

◆ 性能稳定:采用防雷击、抗干扰、输入信号隔离等多项措施,确保设备安全、可靠。

◆ 维护方便:可远程设置工作参数,实现设备异常实现远程诊断。

◆ 接入灵活:配备水资源管理平台,也可接入组态软件或用户自行开发的软件系统。

1.3 系统组成

赛立农水智能控制系统主要由农水智能控制设备、赛立水资源管理平台软件两大主体构成。农水智能控制设备代替传统井房,将用水信息采集、水利设施的安全防护及运行状态的监测预警、农田灌溉基础数据管理等功能模块植入控制保护柜柜体内,实现农用机井的安全智能化管理、农业用水管理。水资源管理平台软件可以远程控制管理灌溉监测灌溉用水量并支持地下水位等信息的在线监控。系统组成如图1所示。

1 赛立智能机井控制系统组成图

第二章农水智能控制设备

2.1 设备组成

农水智能控制设备由控制箱(柜)、流量传感器、IC卡等组成。控制机箱如图2所示。

图2 农水智能控制设备箱

此套设备将智能化用水信息采集、水利设施的安全防护及运行状态的监测预警、农田灌溉基础数据管理等功能模块植入控制保护箱内,实现农用机井的安全智能化管理、农业用水管理。农水智能控制设备包含智能控制器、断路器、智能软启动器(或交流接触器、变频器)、箱(柜)体、计量设备(电表、流量计)等。

2.2 功能介绍

农水智能控制设备主要实现对用户IC卡的识别,水泵启停管理、水泵耗电计量和用水计量。当用户刷卡取水灌溉时,在控制器刷卡感应区刷用户卡,控制器读取用户卡数据,并判断用户卡数据的合法性和用户卡中的剩余金额数据,满足启泵条件,智能控制器控制水泵启动。在取水过程中,设备并自动读取流量传感器和电表数据,自动记录用户的用电量和用水量数据,并从卡中扣减用户余额。当用户再次刷用户卡或卡中余量扣减为零时,控制器能自动控制水泵停止,用户取水结束。智能控制器自动存储该用户本次开泵时间、停泵时间、本次使用电量、使用水量值等数据,并将记录数据传送至水资源管理平台。

2.3 设备整体使用功能

(1)刷卡取水

农水智能控制设备采用刷卡的方式来控制水泵的启停。用水户需要抽水灌溉时持IC卡刷卡启动水泵取水,再刷卡停泵;设备根据用水量、电量自动扣除水费、电费,在剩余水量(或电量)达到告警值时自动告警,水量(或电量)用完自动停机,再刷卡可继续启动机泵使用一定的水量(或电量)IC卡重新充值后才能再次使用。

(2)信息传输

农水智能控制设备具有远程传输功能,以GPRS网络进行传输。有两种工作方式,一种为GPRS单站,另一种为利用LoRa自组网将多台设备数据汇集到一台GPRS主站,然后再将数据上传到水资源管理平台。设备具有远程配置功能,可以实现远程配置报送时间和时间间隔等参数。

(3)设备自检和故障诊断

农水智能控制设备具有设备自检和故障诊断功能,包括传感器仪表状态、箱门开关状态等检测,并及时上报至数据管理中心。

(4)备用电源自动切换

设备可配备直流备用电源,在交流电停电状态下,设备自动切换至直流供电模式,保证监测设备和通讯设备正常运行。备用电源在有交流电的情况下可自动充电。

5)超采保护

设备具有超采保护功能,当站点取水量超过配置的取水额度时,设备将关闭取水功能,只有重新配置更高的限额或关闭该功能才可以正常取水。

6)LED显示

设备配备高清LED显示,可以显示站点信息、开关泵信息、取水卡信息等

7)刷卡配置

设备采用IC卡刷卡配置,使用开卡工具可以制作配置卡,设备通电,通过刷卡可以配置设备的IP地址、设备编码、工作模式取水限额等参数。

(8)保护功能

机井灌溉控制设备具备漏电保护、短路保护、过载保护、过压、欠压、输入缺相保护等安全保护功能。

2.4 设备选型表

第三章赛立水资源管理平台

赛立水资源管理平台集成机井管理系统、地下水位监测系统、土壤墒情监测系统、气象信息监测系统四大系统,包括日常实时监控、图表分析、记录查询、报表统计、信息管理、系统管理、通讯管理、GIS地图共8个模块。能够监测农业机井用水量数据、地下水位数据、墒情信息、气象信息等,实现水量数据的实时浏览、历史数据查询、分析功能。平台组成与功能如图34所示。

3 平台组成图

图4 平台功能

软件系统设计架构为三级行政级别管理平台网站群,外加村级网络IC卡终端软件,和手机 APP。实现用户分级查看与管理;终端分布式部署与监控维护。该平台架构具有十分大的弹性,既可以部署为省级系统集成平台,统一管理终端硬件、实现全省统一布控;亦可以部署为旗县级平台,在相对简易的环境中运行,暂时管理辖区内的设备,并将数据向上级转发。

3.1 省级平台网站群设计

省级平台采用网站群的方式进行部署,全省用户使用相同的省级外部入口进行登录,登录时,省级网站可根据登录用户的角色,为用户选择相对应的转跳站点页面。用户在自身角色所对应的站点下,与辖区内的设备完成信息和数据交互,大平台实现统一管理,分布式实现。既能体现对外的整体统一性,又能分摊硬件和网络的数据压力,提升任务处理性能,增强用户体验,且平台维护相对简单,个别站点访问异常,不会影响其他站点访问。登陆处理如图5所示。

5 省级平台网站群用户登录处理

在这样的网络部署模式下,原本TCP服务端软件的负载能力和页面所承担的用户同时在线数量是不变的,仍为3000个以上硬件同时在线的数据解析能力,和单页面200用户的同时操作。且不存在扩容压力,硬件数量大幅增加的同时,只需增加TCP服务端软件的个数和站点数据量即可,实现分担压力,提升共同性能。

3.2 省级平台网站群各个站点职责

省级平台负责全省硬件数据的统计和分析、省级数据库的建设与维护、并将全省的硬件和用户数据进行汇总和图形化处理,使用户体验更加直观、并兼具列表展示和表格打印输出及上传。同时负责处理全省用户的系统登录,包含页面登录和APP登录,根据用户的权限角色,将用户引导至对应的服务器页面进行数据交互。省级平台网站职责如图6所示。

6 省级平台网站职责

市级平台负责处理本市所辖的旗县的所有数据统计和分析处理,并维护本市的数据库,将数据进行统计和汇总,形成图形报表和数据表格,进行相关的输出。

市级平台以数据统计分析为主,现场设备基础信息维护,以及现场设备的链路维护主要以旗县级平台为主。但在必要时,市级平台具有接管或分担旗县级平台数据处理压力的能力。市级平台网站职责如图7所示。

图7 市级平台网站职责

旗县级平台最主要的职责是维护硬件设备的TCP链路和基础数据解析、以及村级网络IC卡终端软件的接入和交互。同时兼顾所辖硬件设备数据的统计与分析,图形和表格的信息统计输出压力较小。市级平台网站职责如图8所示。

图8 市级平台网站职责

3.3 各行政级别数据维护方案

建设完备的数据库群体系,各行政级别的服务端软件维护各自的数据,且互为备份,如图9所示。

图片9.jpg

图9 各行政级别TCP网络服务端软件数据维护方案

各级行政级别相对应的网页发布。用户各自的信息维护,如图10~12所示

10 省级服务器数据解析,存储及页面发布

11 市级服务器数据解析,存储及页面发布

图12 旗县级服务器数据解析,存储及页面发布

3.4 软件具体功能实现

  省---三个行政级别的用户,均支持以下功能,且根据用户权限级别的不同,所监控和维护到的设备,根据客户所辖区域进行划分,不会出现漏管,多管的现象。


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赛立科技公司简介
江苏赛立科技有限公司,是一家成立于1996年的科技生产型公司,是一个专注于水利信息化建设与服务的,集产品研发、生产、系统集成、方案设计与咨询的高科技企业
公司拥有强大的研发团队,包括软、硬件研发部,公司自主研发生产的产品为水利大数据应用、实现更透彻的物联感知、更准确的基础数据、更科学智能的水利信息化管理体系,提供了保障性的支撑环境
公司先后获得科技型中小企业技术创新基金、连续3年获得《全国水利系统招标产品重点采购目录》、水利先进实用产品测评证书等荣誉称号。现拥有3项实用新型专利、13项软件著作权。
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