北京旭莱特水资源远程监控系统.doc

北京旭莱特水资源远程监控系统

一、项目基本情况
水资源远程监控与管理系统，是基于北京市82个单位（96口自备井）的实地调查和现场勘测情况，针对每口自备井安装远传水表、在泵房安装RTU监测控制一体箱，用GPRS数据卡网络连通用水单位和管理单位，实现用水数据的远传和用水情况的适时监控。82个单位涉及工厂、学校，公园及其他单位，有广泛的示范效应和节水控水效果。
二、项目实施的必要性
随着城市供水规模和供水覆盖面积的不断扩大，传统的人工抄表方式已经不能适应现代水资源管理的要求。实施水表远程抄读、监控和预收费管理是现代水资源管理的必由之路。
1.GPRS水资源远程抄表可实现高效、快速、准确的数据远传，达到自动水表数据上传
北京区域自备井数量多、水表分布点多面广，且有的水表在山上，有的在很深的地井里，给抄表收费增加了难度。传统的手工抄表方式依赖人工逐户上门读表抄表，不仅效率低、速度慢而且很容易错抄、漏抄、估抄现象，因此GPRS远程抄表可实现高效、快速、准确的数据远传，达到自动水表数据上传。
2.GPRS水资源远程监控可实时的发现、了解、掌握用水户的用水情况，防止偷水，达到用水实时监控
如果发现自备井用水户用水异常，传统方法是上门预约查看，原因是自备井用户的水表或在泵房或在地井里，都上锁，没有他们的允许查看不了用水设施，所以不利于用水情况的检查和监控。即使发现了用户出现用水异常，也都是在抄表数据后，导致了用水管理的滞后性。因此GPRS水表远程监控可实时的发现、了解、掌握用水户的用水情况，防止偷水，达到用水实时监控。
3.GPRS水资源系统可实现预售水费、根据用户情况计划用水，变被动管理为主动管理
以前的计量方式导致用户用水无计划，想用多少用多少，缺少科学的用水管理。且有些用水户缴费不积极，多次催要无果，GPRS水资源系统可实现预售水费，根据用户情况设定用水预警机制，实现计划用水，变被动管理为主动管理。三、GPRS水资源系统管理实施内容
在经过对自备井用水户的逐户调查和现场勘查后，特编制了详细的技术实施方案，详见（水资源远程监控与管理系统技术方案）。
四、实施水资源远程监控与管理系统实现的目的
1.实现远程抄表。可以显示适时用水流量等数据，包括瞬时流量、日流量、月流量、年流量，便于水表抄读和用水数据分析。
2.实现远程监控。可以适时监控到用水户的用水情况，包括自动断开供水设施。
3.实现预售水费。用水户可以购买一定数量的水费，当用户缴完水费后，系统会把水量即时累加到用户的用水管理系统内，管理部门可以足不出户实现网上售水。
4.实现用水预警。管理部门可根据用户的用水计划指标设定用水预警值，当快要达到计划量时，系统会自动预警，把预警信号传达到用户手机上，提示用户节约用水。还可对用水下限进行设定，当达到一定的下限值后，系统会自动提示用户及时购水。
5.实现防偷水。如果用户偷水，或私自把表卸掉，管理系统会报警提示，泵在工作，无用水，说明偷水。
6.实现远程启泵、断泵。如果发现用户偷水，可以直接远程断泵。

北京旭莱特
水资源远程监控与管理系统

技 术 方 案

北京旭莱特科技有限公司
地 址：北京市通州区经济开发区

1、需求概述
水是关系人类生存和社会发展的基本物质，是一种有限的、不可替代的宝贵资源，是实现经济社会可持续发展的重要保证。为了有效保护和合理利用水资源，该市水务部门计划在全市范围内建立“水资源预售水远程管理系统”。通过强制提前购水的手段来促进各厂矿、单位计划用水，加强人们的节水意识，逐步改变水资源利用的现状。
2、解决方案
北京旭莱特科技有限公司根据水务行业的需要，成功推出“水资源预售水远程管理系统”，该系统是专门为区市级水务部门开发的管理系统。它集流量监测、远程售水、远程控制、用水管理等多种功能于一体，是目前国内水务行业中比较先进的系统解决方案。
水资源预售水远程管理系统构成示意图如下图所示。 该系统由以下几部分组成：监控中心、通信介质、水资源测控设备、计量设备。
监控中心：主要由服务器、工作站、UPS电源、打印机、网络数据专线、防火墙、操作系统软件、数据库软件及水资源预售水远程管理系统软件组成。
通信介质：中国移动通信公司GPRS/GSM网络。
水资源测控设备：旭莱特水资源测控箱。
计量设备：各类流量计（要求带远传接口）、发讯水表

监控中心
市水务局局域网

领导
服务器
收费人员
管理人员

GPRS/GSM
通信网络

通信介质

测控设备

计量测量设备

计量设备
水泵启动设备

3、计量设备
水流量是水务管理系统的重要参数，正确计量水流量是水务系统生产管理和能源考核的必备手段。现今水流量计量仪表种类繁多，合理的选择流量仪表对于水务管理系统是至关重要的。在提高生产效率，保障生产可持续发展和杜绝能源浪费等方面发挥着无可替代的作用。

3.1、电磁流量计
它的主要作用是测量管道内水流的瞬时流量、瞬时流速、累计流量等多种测量数据，通过信号线将采集的数据发送给水资源测控设备远程控制管理。
电磁流量计是一种根据法拉第电磁感应定
律来测量管内导电介质体积流量的感应式
仪表，采用单片机嵌入式技术实现数字励
磁。电磁流量计在满足现场显示的同时，
还可以输出4-20mA电流信号和RS485以
供记录、调节和控制使用。电磁流量计除
可测量一般导电液体的流体外，还可测量
液固两相流，高粘度液流及盐类、强酸、
强碱液体的体积流量。
电磁流量计的性能特点
1）、仪表结构简单、可靠，无可动部件，工作寿命长。
2）、智能化设计，有显示介质流向和仪表故障自诊断功能。
3）、无机械故障，响应快速，稳定性好，可应用于自动检测、调节和程控系统。
4）、测量精度不受被测介质的温度、粘度、压力等物理参数的影响。
5）、采用EEPROM存储器，测量、运算数据存储保证安全可靠。
6）、采用MODBUS 协议,配有RS-485通信接口和HART协议通信接口。
3.2、超声波流量计
超声波流量计的特点是可以在线安装，不用停水，但
长期使用精度会有偏差。超声波流量计要求被测量液体必
须是清水，不允许有气泡或者杂质，管道不允许强烈的机
械震动。超声波流量计有外部供电和电池供电两
种类型。
4、旭莱特水资源测控设备
旭莱特水资源测控设备是水资源预售水远程管理系统中安装在遥测站中的核心设备。介绍如下：
4.1、水资源测控设备的安装位置
以自备井远程测控为例，介绍水资源测控设备的安装位置

工作原理：流量计安装在水泵出水口，信号线接到测控设备上；测控设备相当于一个智能开关安装在水泵启动柜的进线上。水资源测控箱可通过监控中心预存水费并采集流量计测量到的水流量数据，每出一吨水就扣除一吨水费，预存水费扣完后，就自动切断水泵启动柜电源，停止对外供水；当用水单位缴纳水资源费用时，操作人员可在监控中心远程充值，充值完毕后设备恢复正常，可正常对外供水。当现场停电后，测控箱内自备蓄电池开始工作，向中心上报停电信息，并可供设备使用8小时。
4.2、水资源测控设备的配置
根据用水单位的现场情况和水资源监控中心的系统要求，水资源测控设备可以有不同种配置。
根据安装位置分：一般可分为：室内型、室外型。室内型机箱不做特殊处理，一般挂在墙上。室外型机箱需要做防尘、防雨、防晒处理。
根据电源分：普通供电型和带备用电源型。
根据外围设备分：流量仪表安装在机箱内部，为内置型；流量仪表安装在机箱外部，为外置型。

外置型 内置型

水资源测控设备的配置如下：

金属机箱（室内型）
对内部电器进行防护
水资源控制器
水资源测控设备中的核心装置
中间继电器
切断、闭合水泵启动柜的电源线
继电器
连接水资源控制器和接触器，控制接触器
GPRS数据传输模块
负责水资源测控设备与监控中心之间的通信
门开关
检测测控终端门被打开情况
开关电源
把220/380VAC变成24VDC
隔离变压器
对220/380VAC进行滤波处理，抗干扰
备用电源
现场停电情况下，测控设备可以继续工作一段时间
接线端子
接入除启动柜电源线之外的所有信号线
空开、插座
方便检修

4.3、水资源测控设备的功能
◇ 采集功能：
可以采集电磁流量计/超声波流量计/脉冲水表的流量数据。
可以采集判断用水单位水泵的起停工作状态。
可以采集判断该水资源测控箱内部的接触器工作状态。
可以采集判断用水单位是否处于紧急取水工作状态。
可以采集判断该水资源测控箱是否被非法打开。
◇ 预售水功能：管理中心被授权的操作人员可以依据办公程序远程为取水单位的水资源测控设备充值水资源费。
◇ 告警功能：
水资源费不足，告警，现场设备LED灯亮+蜂鸣音，报警数据上报。
信号线中断，告警，现场设备LED灯亮+蜂鸣音，报警数据上报。
自身故障，告警，现场设备LED灯亮+蜂鸣音，报警数据上报。
非法打开设备，告警，现场设备LED灯亮+蜂鸣音，报警数据上报。
◇ 控制功能：
⑴、该设备根据控制器内预存水资源费的情况控制水泵的供电电源；费用为0时，该设备自动切断水泵启动柜的进线电源。费用充值后，自动闭合进线电源。
⑵、监控中心可以根据取水单位的现场情况远程切断和闭合水泵启动柜的进线电源。
◇ 显示功能：
⑴、该设备可以数字循环显示编号、余量、水价、流量、日期、时间等数据。
⑵、该设备可以LED灯显示故障、错误、欠费、余额、紧急状态等现场信息。
◇ 查询功能：
⑴、可以在现场使用设备上的按键查询流量、余额及相关的参数信息。
⑵、监控中心被授权的操作人员可以远程查询用水单位现场的流量、余额、水泵起停状态及其关心的数据与参数。
◇ 设置功能：
⑴、专业维护人员可以通过密码密码，现场设置设备的部分参数。
⑵、被授权的操作人员可以在监控中心远程修正和设置设备的部分参数，如地址、工作模式、校时、数据上报时间周期、购水量等。
◇ 存储功能：该设备具备铁电存储功能，数据掉电不丢失，存储不低于30天的历史记录。
◇ 应急功能：该设备在特殊情况下可以应急取水，应急取水量及时间长度由水务监控中心决定，应急期间所取水量发生的费用在下次购水时自动扣除。
◇ 通信功能：
⑴、该设备可以通过GPRS网络与多个监控中心通信，可以将现场数据同时发送到区、市、省水务监控中心、信息中心。也可以只发送到本级水务监控中心，数据逐级上报。
⑵、该设备采用管理中心问询模式，问询时间可根据实际需求设定和修改。
⑶、该设备以GPRS网络为主要通信通道，以SMS短消息通道作为备用通道，两个通道同时存在，可以切换使用。
◇ 电源功能：
⑴、该设备可以安装到具备220VAC供电的现场，也可以安装到具备380VAC供电的现场。
⑵、该设备可配备备用电源，外部供电系统发生故障时，系统可以继续正常运行，如配备大容量蓄电池可以支持设备正常运行10天以上。
◇ 避雷功能：
⑴、水资源测控箱内部的水资源测控器、GPRS模块等产品都做了防雷保护设计。
可以满足一般情况下的避雷要求。
⑵、水资源测控箱现场安装时要求防雷接地，接地电阻小于4Ω；也可加装其它
避雷设施进行多重避雷保护。
4.4、水资源测控设备的特点
◇ 兼容性强：
⑴、该设备可以采集任何一家公司生产的脉冲水表、4-20mA模拟量输出水表和带串口的流量计直接测量的用水量，自动控制水资源的使用。
⑵、该设备可以采集现场水泵的开关时间及状态，根据水泵运行时间和水泵流量计算出用水量，自动控制水资源的使用。
◇ 维护方便：
⑴、该设备内部为模块化结构，主要有水资源控制模块、GPRS通信模块、电源模块、供电线路控制模块（接触器）、计量模块（可以安装在箱外），如其中一个模块发生故障，方便拆卸更换。
⑵、作为核心的水资源控制模块具备远程维护和软件升级的功能。当自备井前端现场需要更换增加计量、测量设备，或扩展设备功能时，维护人员可以远程更改设置该模块的参数，必要时可以远程升级程序；提高了维护效率，降低了维护成本。
◇ 可靠性高：该设备为工业级设计，采用工业级的C8051F芯片及西门子MC35I核心通信模块，采用隔离和专业抗干扰设计技术，可以安装使用在现场环境比较复杂的地方。
◇ 扩展性强：该设备具备强大的扩展功能：例如，该设备可以接水质、温度、压力、电流、电压变送器，可以挂接32块各种智能串口仪表；必要时可以并入用水单位的“水源井远程测控系统”，实现水资监控中心与用水单位设备共享以及部分信息共享，避免设备重复投资。
4.5、水资源测控设备的主要参数
8路模拟量输入
9路开关量输入
5路开关量输出
8位数码显示
1个操作键盘
1路IC卡读写
1路通信串口
1路扩展串口
脉冲量测量精度：±0.1%
水位等测量精度：± 0.5%
串行通信误码率：± 0.001%
设备工作功耗：小于150mA（≤5W）
通信畅通率：大于98%
通信延时：GPRS方式：1～2秒 SMS方式：2～3秒（无短信堵塞时）
平均无故障工作时间大于30000小时（MTBF>30000）
4.6、水资源测控设备的使用环境
环境温度：-40—+85℃
相对湿度：≤90%无凝露
安装环境：无强烈腐蚀性气体和导电尘埃，无爆炸危险物品。
工作电源：电源电压AC220V或AC380V，50Hz
4.7、水资源测控设备符合的国家和行业标准
GB/T191-2000 包装储运图示标志
GB/T2423.1-2001 电工电子产品环境试验 试验A：低温
GB/T2423.2-2001 电工电子产品环境试验 试验B：高温
GB/T2423.4-1993 电工电子产品基础环境试验规程 试验Db：交变湿热试验方法。
GB/T2423.5-1995 电工电子产品环境试验 试验Ea和导则：冲击
GB/T2423.6-1995 电工电子产品环境试验 试验Eb和导则：碰撞
GB/T2423.10-1995 电工电子产品环境试验 试验Ec和导则：振动（正弦）
GB/T4208-1993 外壳防护等级（IP代码）
GB/T4798.1-1986 电工电子产品应用环境条件 存储
GB4943-2001 信息技术设备的安全
GB/T9813-2000 微型计算机通用规范
GB9969.1-1998 工业产品使用说明书 总则
GB/T14436-1993 工业产品保证文件 总则
GB/T15464-1995 仪器仪表包装通用技术条件
GB/T17626.2-1998 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗干扰度试验
GB/T17626.4-1998 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗干扰度试验
GB/T17626.5-1999 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌（冲击）抗干扰度试验
GB/T17626.11-1999 电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗干扰度试验
ISO/IECI14443-1:2001 识别卡/无接触点集成电路卡/接近式卡 物理特性
ISO/IECI14443-2:2001 识别卡/无接触点集成电路卡/接近式卡 射频功率和信号接口
ISO/IECI14443-3:2001 识别卡/无接触点集成电路卡/接近式卡 传输协议
4.8、水资源测控设备安装注意事项
当水资源测控设备安装在室外时，必须使用室外型机箱，防雨防尘；特制安装支架，保证水资源测控设备稳固。所有信号线和电源线必须加套防护管。
当水资源测控设备安装在室内时，可以使用普通的室内型机箱，用膨胀螺栓把水资源测控设备固定墙壁上，安装位置尽量远离其它电器设备，避免现场泄漏的水喷射到设备上。所有信号线和电源线必须加套防护管。
5、通信网络
移动数据通信在我国迅发展迅猛，目前GPRS信号几乎已遍布每个角落。因为GPRS通信无距离限制、实时在线、按流量收费、不需要自己维护网络等诸多优点，被广大用户所青睐。
每个市的水资源管理部门所管辖的取水监测点都比较分散，所要传输的数据量很小，使用GPRS通信是最理想的通信方式。
5.1、水资源测控设备与监控中心的通信网络
水资源测控设备支持支持四种组网模式：移动专网模式、移动专线模式、公网专线模式、SMS短消息模式。
◇ 移动专网模式：监控中心使用A型GPRS模块，水资源测控设备使用B型GPRS模块，移动公司建一个VPN专网，提供一个APN接入点，并在A型GPRS模块和B型GPRS模块所使用的SIM卡上分别绑定固IP地址。被监测的自备井的数量少的市建议使用该模式。
井1
井50
GPRS-VPN
专网

台式GPRS模块
监控中心服务器

◇ 移动专线模式：监控中心使用移动公司的数据专线，建一个VPN专网，有专用的APN接入点，中心服务器有固定的IP，水资源测控设备使用B型GPRS模块， B型GPRS模块所使用的SIM卡上绑定固定的IP。被监测的自备井的数量大的市建议使用该模式。
井1
井1000
GPRS-VPN
专网
监控中心服务器
移动专线

◇ 公网专线模式：监控中心具有公网数据专线，服务器可以登陆INTERNET，有固定的IP，水资源测控设备的B型GPRS模块每次登陆GPRS网络时得到动态IP，可与监控中心的服务器进行数据交换。被监测的自备井的数量大或需跨省监测自备井时使用该模式。
◇ SMS短消息模式：监控中心与水资源测控设备之间通过短信传输数据。个别GPRS信号不强的地方使用该模式。
5.2 GPRS数据传输模块的特点
◇ 自动快速登陆GPRS网络
◇ 每个数据包最多能够容纳1400个字节
导轨式GPRS模块，安装在水资源测控设备内。
◇ 使用方便，稳定可靠
◇ 具备GPRS和SMS短信双通道
◇ 支持多种组网模式，掉线自动恢复
◇ 标准RS232/485接口，串口速率可选
◇ 支持各种组态软件和用其它工具开发的系统软件
◇ 支持远程参数设置，支持远程维护，支持异地软件升级。
◇ 工业级设计，适用于野外恶劣环境
台式GPRS模块，水资源监控中心使用
◇ 标准通信协议
◇ 模块与智能设备之间采用透明协议
6、监控中心
6.1、监控中心硬件基本配置
服务器：CPU：AMD或Intel 2.0G 或更高
内存：最低512M，推荐1G以上
硬盘：普通硬盘 >100G
GPRS：DATA-6101型GPRS数据传输模块（中心有固定IP时可不采用）
6.2、监控中心软件基本配置：
操作系统软件推荐：Windows 2003 Server with sp2
数据库软件推荐：Microsoft SQL Server 2000
管网远程监测管理系统： B/S结构软件。
6.3、监控中心远程售水流程简介
水资源
预售充值
建立水井档案

现场水泵开启
欠费报警，水泵关闭
建立用水单位档案

系统设置
操作员授权

6.4、监控中心应用软件
水资源预售水远程管理系统的设计是基于GPRS数据传输技术和Web网络技术之上的，具有如下功能特点：
u B/S结构软件设计，支持局域网浏览、操作。
系统软件采用Web技术，可通过局域网访问，经认证用户名和密码后进入管理系统。现场监测数据直接发送到监控中心服务器，各部门、各级别管理人员可以通过网络访问管理系统进行相关管理。监测中心具备公网上固定IP时，广域网用户可通过公网访问系统。
u 软件功能模块化设计，同时支持GPRS、短消息通信方式。
主要包括：系统信息管理、基础数据管理、巡检管理、实时监控、预售水管理、数据查询、图形分析、报表管理等功能模块。
Ø 系统信息管理：具备软件授权管理、秘密保护功能，授予不同的操作员不同的级别与操作权限。
Ø 监测点信息管理：包括通讯信息的设置，计量、测量设备信息的管理。
Ø 巡检管理：包括对设备的巡检记录、报修记录，以备需要时查询。
Ø 实时监控：
(1) 实时数据：监测显示监测点的基础数据、最新监测数据及设备状态。
(2) 远程召测：远程读取监测点当前监测数据。
Ø 预售水管理：
用水单位预售水费用完后，系统自动关泵，停止对外供水；用水单位缴费购水后，水务部门操作员在监控中心远程售水，售水完毕后该用水单位水泵可恢复正常供水；紧急情况下可执行紧急取水模式，临时为客户供水，待客户充值后自动扣除紧急取水模式下所产生的水资源费用。
Ø 历史记录数据存储、查询、输出管理：
具备监控数据、报警数据、操作信息存储、查询、生成Excel表格、打印输出功能。
Ø 图形分析、报表管理：
(1) 可以生成统计、分析报表存储、输出、生成Excel表格、打印。
(2) 以曲线的形式显示时段统计的结果出来
Ø 地图显示功能：
(1) 主界面以地图图片为背景，显示所有的监测点。
(2) 可以通过鼠标拖动编辑监测点的位置。
(3) 当鼠标置于监测点上时显示测点的信息、实时数据。
Ø 软件支持问询和主动上报模式。
Ø 接收现场报警数据，弹出报警提示信息。
水费余额不足，开门报警，现场停电等报警信息。
u 部分软件参考界面
Ø 登录界面
监控中心无固定IP时，用户可以在任何一台局域网内的计算机上，通过在IE中输入相对应的IP地址来访问网站；监控中心有固定IP时，用户可以在任何一台连接到网络的计算机上，通过在IE中输入相对应的固定IP和端口地址来访问网站。最初打开网站后是用户登陆界面，如下图所示。

Ø 主界面
登陆水资源预售水远程管理系统后，界面如下图所示，主界面默认显示当前所有测点的分布图，点击上面的对应设备的图标，将弹出远程监控的详细页面。

Ø 不同权限下的功能管理界面
管理员是整个系统的管理者，拥有最高的权限，可以对系统完全控制。其他级别的用户将根据级别和权限限制分配不同的功能。下图为不同用户登录的菜单显示。

Ø 远程售水管理界面
远程售水页面打开之后系统将载入系统能够售水的所有测点到列表中，售水时只要选择对应的测点，然后在“购水金额”中填入购水的实际金额，系统将根据设置的水价等信息自动计算出售水量等数据，然后点击“售水”即可，售水后现场设备可正常开启。远程售水的界面如下图所示：

7、监测点布点情况及设备选型
目前现场共有82个工厂具备安装监测设备，根据我们到现场的实际考查，结合以往的实施方案，设计出适合每个单位的方案。
8、售后服务/维护承诺
8.1、保证及维修的承诺
(1) 按合同要求及时提供所订购设备，保证产品质量精良，不提供假冒伪劣产品； (2) 所用设备按厂家要求进行保修，无线通讯部分免费保修器1年。终身提供维修服务。
(3) 我公司可考虑为其配备常用备件（如同型号）。以便出问题时可及时更换；
(4) 如在使用过程中发生产品质量问题，我方负责在接到客户报修4小时内做出反应，明确答复，提出解决方案。如需要到现场维修的，我公司保证（正常工作日内）市内24小时、市外48小时之内派员到达并排除故障；
(5) 保修期满后，凡更换零部件的，必须经客户同意，我方只收取零部件成本。
8.2、技术支持的承诺
(1) 设备安装使用前，我公司将根据客户要求进行现场培训；
(2) 我方成立有专人负责的售后服务部门，做到有人可找，并有专人负责，避免拖延现象。我方将不定期与客户电话联系，询问近段时间工作情况，设备运转情况，维护是否及时，有无遗留问题等，收集客户反馈意见，以便及时纠正工作中的失误，不断完善服务体系。
北京旭莱特科技工程部

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