明渠流量監測系統技術方案

 明渠流量監測系統技術研究

1. 流量計量

            渠道流量計量方法主要有水位法與流速面積法：
            水位法是通過測量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并經經驗公式或實驗曲線換算成流量來實現計量的。因此水位法流量計需要修建量水建筑物，且精度不高，當渠道沿程水頭差較小時，量水建筑物會產生水頭損失而影響渠道過水；另一方面當量水建筑物下游附近建有閘門等擋水建筑物時會在量水建筑物處形成淹沒出流，此時測量精度會大幅下降。
            流速面積法則不需修建量水建筑物，通過測量過水斷面面積（實際上過水斷面面積是通過測量的水位來換算求得的）與斷面流速來求得流量，并且精度高，且不受下游頂托水的影響。流速面積法流量計主要有超聲波時差法流量計與超聲波多普勒法流量計。
由于超聲波時差法流量計與超聲波多普勒法流量計過去主要以國外產品為主，國內幾乎沒有同類產品，因此造價很高，一般在主要干渠及重要支渠上安裝此類產品，很難普及，一般均以水位法流量計（水位計+量水建筑物）作為渠道計量的主要設備。
本次項目需測流的渠道的斷面形狀以梯形為主，采用水位法流量計的話需在現有渠道上增設量水槽，工程造價較高且會影響渠道的過流能力。
            由哈恩（大連）流體控制技術有限公司開發生產的HNVF-1100D型多普勒超聲波明渠流量計，在技術性能與國外同類產品一樣的情況下，且具有防淤積防盜的優勢，特別是其價格低于水位計與量水建筑物的造價之和，因此本方案中流量計選用HNVF-1100D型多普勒超聲波明渠流量計。
      2．輸數據傳
            通訊方案有四種大類可選：
            a.有線方式:電纜、光纜
            b.無線超短波電臺:230M
            c.無線寬帶通訊:CANPY
            d.公網通訊：GPRS、GSM
             考慮造價及維護費用，選擇公網通訊，考慮流量數據需實時上傳且上傳時間間隔較短，故本方案中采用公網的GPRS數據通訊

      3.  電源
            由于測流現場均為野外，無明用電可用，因此通訊設備的供電采用大蓄電池或太陽能電源方式，考慮蓄電池需一個月維護一次，由于測點多而分散，維護工作量很大，所以采用太陽能電源方式。現場由于沒有建筑物可用，考慮防盜需求，需要在測點旁豎立電桿以便架設太陽能板及其他現場設備。
      4.  監控軟件
            監控軟件安裝于管理站專用服務器上，并將依照《國家防汛指揮系統工程實時水雨情庫表結構》制訂的相關標準水情實時數據庫，同時提供基于WEB方式的瀏覽、查詢及統計等功能，具體如下：
           a.數據采集功能：
              自動接收現場設備采集的實時數據，并存儲于相應的數據庫表中；人工方式導入人工上報的現場數據。
           b.用水戶管理:
              系統可自動增加及修改用水戶及相關測點內容；
              人工輸入用水戶及測點等實體的相關屬性數據。
           c.權限管理:
              系統對不同用戶可設置不同的使用權限
           d.統計分析功能
            ①以報表形式顯示各用水戶的用水流量及累積用水量、
            ②各用水戶用水量的對比分析統計
            ③各用水戶的水費統計分析
            ④以及相關的統計分析報表等
一個測點的標準設備配置方案如下表：

序號	名稱	規格	單位	數量	備注
1	流量計	HNVF-1100	套	1	包括流速水位傳感器與二次儀表
2	GPRS通訊儀		只	1
3	太陽能電源		套	1	包括太陽能電池板、充電電源、電源控制器和支架、12V120AH免維護蓄電池
4	電桿		根	1
5	避雷器		套	1
6	控制箱		只	1	保護設備及電池
7	數據電纜	RVVP,4芯,0.5mm2	米	20
8	附屬土建設施		處	1

二、系統網絡結構示意圖

         其中：
           ①流量計由水位流速傳感器與終端機（二次儀表）組成；
           ②監控管理軟件安裝于服務器上，BS結構，管理者可在任何地點上網登錄查詢及操控；
           ③服務器與固定IP最好租用電信運營商的。
三、設備性能及監控軟件簡介
            1、HNVF-1100D多普勒超聲波明渠流量計
            儀器結構如下圖，其中探頭安裝于渠道底部或側壁，終端機置于控制箱與通訊設備相連。
技術參數：
·流速：
          ·量程：  21mm/s到5000mm/s
          ·準確度：測量流速的±2%
          ·分辨率：1mm/s
·溫度：
·量程：  0℃到60℃
           ·分辨率：0.2℃
·水位：
        ·量程：  0到5m
        ·分辨率：1 mm
        ·準確度：測量水位的±1%
 ·電源：
         內部電池6V DC ，外接6VDC～28V DC
·接口：
          標準RS232、RS485
·數據儲存容量：
          每10分鐘采集一條記錄，可以存儲超過6個月的數據，而且這些數據即便在掉電的情況下，也可以長期不丟失
·運行溫度：
         0℃到60℃水溫
            2、WR-2000-G  GPRS通訊模塊
            WR-2000-G GPRS DTU/RTU(透傳模塊）系統提供高速、永遠在線、透明數據傳輸的虛擬專用數據通信網絡。主要針對電力系統自動化、工業監控、交通管理、金融、證券等部門的應用，利用GPRS網絡平臺實現數據信息的透明傳輸。GPRS DTU適合前端用戶設備/前端采集設備或智能數據設備，提供標準的數據接口，如RS232,RS485/422等，借助于GPRS網絡平臺，實現與監控中心端的數據通信。內嵌完整的TCP/IP協議棧，采用GPRS無線模塊。該款產品穩定可靠、功能強大，具有完善的心跳防斷線機制、掉線實時復位、模塊死機實時管腳復位機制。
數據傳輸終端工作特點：

• 透明數據傳輸，直接提供TTL、RS232或RS/485接口（通過軟件/硬件進行設置），為用戶的設備提供透明傳輸通道。支持全透明及幀格式數據傳輸,支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP 協議棧。
• 無需后臺計算機支持，普通GPRS Modem通常需要附著在PC機上虛擬撥號上網，利用PC機的資源進行數據收發和協議轉換， GPRS DTU內置GPRS Modem及高性能嵌入式MCU，可以實現自動網絡連接和協議處理，無需后臺計算機支持。
• 多種傳輸方式，實現點~點、點~多點、中心~多點、多點~中心的對等數據傳輸方式。
• 永遠在線，開機就能夠自動附著到GPRS網絡上，自由實現數據的上行、下行傳輸，同時可以自設保活時間，利用軟件自動維護鏈路狀態。
• 按流量計費，GPRS DTU一直在線，按照接收和發送數據包的數量來收取費用，沒有數據流量傳遞時，不收費用。

            DTU的技術指標：
            ● 采用工業級GPRS模塊，性能穩定，工作溫度范圍廣；
            ● 使用低功耗高性能嵌入式的CPU 做處理器，16位內部數據總線，128KBSRAM，512KBFLASH，可高速處理協議和大量數據；
            ● 采用multi-tasking工作方式并行處理，實時性好；
            ● 接口速率、目錄服務器IP、服務器端口、終端序列號、管理員密碼、保活時間等均可以通過計算機串口/按照協議遠程進行設置；
            ● AT指令預設/按照協議遠程設置，設置簡單、方便；
            ● 通信距離遠、覆蓋面積廣，終端實時在線；
            ● 基于TCP/IP協議，便于網絡化管理；
            ● 傳輸速率高，數據量大，成本低；
            ● 支持在線編程，便于軟件升級
 
3、監控及管理軟件
             軟件采用WAB結構，對不同的用戶設置不同的使用權限，具體功能有：
            1、實時水情
                  以報表形式顯示各測點的當前水位及各測點的歷史水位變化過程
             2、水位、流量變化過程
                   各測點的每十分鐘的水位、流速、流量顯示
             3、流量統計查詢:
                   各測點的日用水量統計報表（每小時平均流量及過水量）；
                   各測點的月用水量統計報表（每日用水量）；
                   各測點的任選時間段用水量統計報表。
             4、測站管理
                   用戶可自行增加及修改測點