明渠流量监测系统技术方案

 明渠流量监测系统技术研究

1. 流量计量

            渠道流量计量方法主要有水位法与流速面积法：
            水位法是通过测量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并经经验公式或实验曲线换算成流量来实现计量的。因此水位法流量计需要修建量水建筑物，且精度不高，当渠道沿程水头差较小时，量水建筑物会产生水头损失而影响渠道过水；另一方面当量水建筑物下游附近建有闸门等挡水建筑物时会在量水建筑物处形成淹没出流，此时测量精度会大幅下降。
            流速面积法则不需修建量水建筑物，通过测量过水断面面积（实际上过水断面面积是通过测量的水位来换算求得的）与断面流速来求得流量，并且精度高，且不受下游顶托水的影响。流速面积法流量计主要有超声波时差法流量计与超声波多普勒法流量计。
由于超声波时差法流量计与超声波多普勒法流量计过去主要以国外产品为主，国内几乎没有同类产品，因此造价很高，一般在主要干渠及重要支渠上安装此类产品，很难普及，一般均以水位法流量计（水位计+量水建筑物）作为渠道计量的主要设备。
本次项目需测流的渠道的断面形状以梯形为主，采用水位法流量计的话需在现有渠道上增设量水槽，工程造价较高且会影响渠道的过流能力。
            由哈恩（大连）流体控制技术有限公司开发生产的HNVF-1100D型多普勒超声波明渠流量计，在技术性能与国外同类产品一样的情况下，且具有防淤积防盗的优势，特别是其价格低于水位计与量水建筑物的造价之和，因此本方案中流量计选用HNVF-1100D型多普勒超声波明渠流量计。
      2．输数据传
            通讯方案有四种大类可选：
            a.有线方式:电缆、光缆
            b.无线超短波电台:230M
            c.无线宽带通讯:CANPY
            d.公网通讯：GPRS、GSM
             考虑造价及维护费用，选择公网通讯，考虑流量数据需实时上传且上传时间间隔较短，故本方案中采用公网的GPRS数据通讯

      3.  电源
            由于测流现场均为野外，无明用电可用，因此通讯设备的供电采用大蓄电池或太阳能电源方式，考虑蓄电池需一个月维护一次，由于测点多而分散，维护工作量很大，所以采用太阳能电源方式。现场由于没有建筑物可用，考虑防盗需求，需要在测点旁竖立电杆以便架设太阳能板及其他现场设备。
      4.  监控软件
            监控软件安装于管理站专用服务器上，并将依照《国家防汛指挥系统工程实时水雨情库表结构》制订的相关标准水情实时数据库，同时提供基于WEB方式的浏览、查询及统计等功能，具体如下：
           a.数据采集功能：
              自动接收现场设备采集的实时数据，并存储于相应的数据库表中；人工方式导入人工上报的现场数据。
           b.用水户管理:
              系统可自动增加及修改用水户及相关测点内容；
              人工输入用水户及测点等实体的相关属性数据。
           c.权限管理:
              系统对不同用户可设置不同的使用权限
           d.统计分析功能
            ①以报表形式显示各用水户的用水流量及累积用水量、
            ②各用水户用水量的对比分析统计
            ③各用水户的水费统计分析
            ④以及相关的统计分析报表等
一个测点的标准设备配置方案如下表：

序号	名称	规格	单位	数量	备注
1	流量计	HNVF-1100	套	1	包括流速水位传感器与二次仪表
2	GPRS通讯仪		只	1
3	太阳能电源		套	1	包括太阳能电池板、充电电源、电源控制器和支架、12V120AH免维护蓄电池
4	电杆		根	1
5	避雷器		套	1
6	控制箱		只	1	保护设备及电池
7	数据电缆	RVVP,4芯,0.5mm2	米	20
8	附属土建设施		处	1

二、系统网络结构示意图

         其中：
           ①流量计由水位流速传感器与终端机（二次仪表）组成；
           ②监控管理软件安装于服务器上，BS结构，管理者可在任何地点上网登录查询及操控；
           ③服务器与固定IP最好租用电信运营商的。
三、设备性能及监控软件简介
            1、HNVF-1100D多普勒超声波明渠流量计
            仪器结构如下图，其中探头安装于渠道底部或侧壁，终端机置于控制箱与通讯设备相连。
技术参数：
·流速：
          ·量程：  21mm/s到5000mm/s
          ·准确度：测量流速的±2%
          ·分辨率：1mm/s
·温度：
·量程：  0℃到60℃
           ·分辨率：0.2℃
·水位：
        ·量程：  0到5m
        ·分辨率：1 mm
        ·准确度：测量水位的±1%
 ·电源：
         内部电池6V DC ，外接6VDC～28V DC
·接口：
          标准RS232、RS485
·数据储存容量：
          每10分钟采集一条记录，可以存储超过6个月的数据，而且这些数据即便在掉电的情况下，也可以长期不丢失
·运行温度：
         0℃到60℃水温
            2、WR-2000-G  GPRS通讯模块
            WR-2000-G GPRS DTU/RTU(透传模块）系统提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络。主要针对电力系统自动化、工业监控、交通管理、金融、证券等部门的应用，利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输。GPRS DTU适合前端用户设备/前端采集设备或智能数据设备，提供标准的数据接口，如RS232,RS485/422等，借助于GPRS网络平台，实现与监控中心端的数据通信。内嵌完整的TCP/IP协议栈，采用GPRS无线模块。该款产品稳定可靠、功能强大，具有完善的心跳防断线机制、掉线实时复位、模块死机实时管脚复位机制。
数据传输终端工作特点：

• 透明数据传输，直接提供TTL、RS232或RS/485接口（通过软件/硬件进行设置），为用户的设备提供透明传输通道。支持全透明及帧格式数据传输,支持TCP、IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP 协议栈。
• 无需后台计算机支持，普通GPRS Modem通常需要附着在PC机上虚拟拨号上网，利用PC机的资源进行数据收发和协议转换， GPRS DTU内置GPRS Modem及高性能嵌入式MCU，可以实现自动网络连接和协议处理，无需后台计算机支持。
• 多种传输方式，实现点~点、点~多点、中心~多点、多点~中心的对等数据传输方式。
• 永远在线，开机就能够自动附着到GPRS网络上，自由实现数据的上行、下行传输，同时可以自设保活时间，利用软件自动维护链路状态。
• 按流量计费，GPRS DTU一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量传递时，不收费用。

            DTU的技术指标：
            ● 采用工业级GPRS模块，性能稳定，工作温度范围广；
            ● 使用低功耗高性能嵌入式的CPU 做处理器，16位内部数据总线，128KBSRAM，512KBFLASH，可高速处理协议和大量数据；
            ● 采用multi-tasking工作方式并行处理，实时性好；
            ● 接口速率、目录服务器IP、服务器端口、终端序列号、管理员密码、保活时间等均可以通过计算机串口/按照协议远程进行设置；
            ● AT指令预设/按照协议远程设置，设置简单、方便；
            ● 通信距离远、覆盖面积广，终端实时在线；
            ● 基于TCP/IP协议，便于网络化管理；
            ● 传输速率高，数据量大，成本低；
            ● 支持在线编程，便于软件升级
 
3、监控及管理软件
             软件采用WAB结构，对不同的用户设置不同的使用权限，具体功能有：
            1、实时水情
                  以报表形式显示各测点的当前水位及各测点的历史水位变化过程
             2、水位、流量变化过程
                   各测点的每十分钟的水位、流速、流量显示
             3、流量统计查询:
                   各测点的日用水量统计报表（每小时平均流量及过水量）；
                   各测点的月用水量统计报表（每日用水量）；
                   各测点的任选时间段用水量统计报表。
             4、测站管理
                   用户可自行增加及修改测点