水上杆塔水位远程在线自动监视的研究

水上杆塔水位远程在线自动监视的研究

罗步升

Abstract:Thispapermainlydiscussestheformatofcommunicationframeforremotewaterlevelmonitoringsystem.Anddifferentprocessingofsendingandreceivingofdifferentcommunicationframes.Thewaterlevelmonitoringsystemofthereservoirisaclient,andtheremotemeasurementandcontrolsystemisusedastheserver,whichtransmitstheinformationthroughthenetworkandrealizesthelinkanddataexchangebetweenthenetworksthroughWinSock.

关键词：水位监测系统；通信帧类；数据通信

Keywords:waterlevelmonitoringsystem;communicationframeclass;datacommunication

本文介绍利用器件组成一个远程监视系统，监视水位变化情况，并能记录存储。整个体系由下位机体系和上位机体系组成，下位机体系是一个根据单片机操控的水位监测体系，散布在需求监测水位的搜集点，担任搜集水位信息并转换为数字量进行处理；上位机体系也是单片机操控体系，首要担任经过485总线搜集各个搜集点的数据并显现、存储及操控。

1.水上杆塔水位监测概况

水上杆塔水位监测，从原理上是通过在水上杆塔以及其他附属电力设备上安装传感器来获取杆塔运行工况状态，通过对这些监测量的综合分析，评价了水塔的运行状况、潜在失效和安全等级。

在发达国家，对水塔设备工作条件的在线监测已进行得较早，监测系统已完成。该地区的国内工作通常在事故发生后进行，定期维护和在线状态监测仍处于探索阶段。尤其是对水塔水位状态在线监测,2008年南方冰冻灾害引起了足够的重视,并通过一些国内研究工作,取得了初步结果,建立了泄漏电流在电网监控系统的一部分,水塔容量监控系统,远程视频监控系统,如在线监测系统。

1.通信帧的类型

根据各个标志位具体值的不同,通信帧的共有二种不同的类型:字符类型、数据类型。对于不同的信息框架，有不同的发送函数。字符类型的通信帧可以分为封闭类型和非封闭类型，通信信息是字符串。

数据类型通信框架包含的信息是一组数据。当服务器端和客户端连接成功时，客户机向服务器发送一个非关闭字符信息框，以通知调用者成功连接。在储层水位测量中，通过发送到服务器的字符类型的通信帧，完成测量的测量点，测量数据到字符，并显示在服务器端，以达到实时显示的要求。在巡测水库水位时,即对水库的各个断面的测量点都测完,并存储到本地数据文件中读出到缓冲区中,用发送消息帧函数发出。

2.上位机系统总体设计

根据上位机系统的功能，上位机可分为单片机模块，按键模块，通信模块、显示模块和存储模块。单片机模块仍然采用AT89S51单片机作为控制核心，负责上位机的通信、显示和存储。关键模块主要实现开关点显示和循环显示，单键和独立按键模式;通信模块用于从下平面传输信息，并与485总线通信。存储模块用于存储采集的数据信息，因此采用了串行存储器AT24C256，原因是单片机内部存储空间有限。上位机系统模块图如图2所示。

2.1硬件电路设计

通过对整个系统的分析，选择合适的芯片进行电路设计，由于本系统中主要芯片是存储芯片AT24C256和模数转换芯片ADC0809，在下文中进行对其原理及电路设计重点讲解，其他电路例如AT89S51单片机电路，数码管电路及驱动芯片，按键电路等可以参考常见教材里的内容，此文不再赘述。

2.2存储模块

由于上位机需要存储采集来的水位值，并且要求断电后数据能保存，因而选用非易失性串行存储器。AT24C256串行EEPROM是Atmel公司推出的低功耗CMOS存储器，具有作业电压宽、擦写次数多、写入速度快等特色，其容量为256kb，内存组织形式为32768×8，页写入方法64B，运用I2C总线协议，100000编程擦写周期，可保存数据100年，8脚PDIP、SOIC封装。本系统选用8脚PDIP封装，其引脚图如图3所示。

硬件连接时，A0、A1与地相连，NC与WP悬空，SCL与SDA分别与单片机上的两个IO引脚相连，经过程序模仿I2C总线协议。

2.3水位采集模块

下位机的水位收集设备运用密封的塑料管，内部均匀的放置10个干簧管，距离5cm，每个干簧管与一个电阻串联，阻值分别是100Ω到1KΩ，不同干簧管导通，发生的阻值不同。塑料管外部套一个浮子，浮子上安装一个条形磁铁，磁铁长度为6cm，当水位上升或下降时，浮子上的磁铁也跟着上下移动，使得不同位置的干簧管闭合或断开，这样塑料管内部对外输出的电阻阻值也就发生变化，两端连上电源就会得到相对应的电压值，通过测量电压值，就可得到浮子的位置即水位。

通过模拟转换芯片，需要将水平面采集装置获得的电压值转换为数字量。本设计采用了市场上常用的ADC0809芯片，将模拟量转换为数字量。adc0809是8位8位连续近似A/D转换器，主要由输入通道、逐次逼近A/D转换器和三态输出锁存器组成。在硬件上将采集到的电压输入某一个通道，通过程序打开此通道将模拟量进行输入采集，之后通过查询方式查询转换是否完成，最后通过数据输出线将数据读走。

3.基于B/S结构远程监视系统方案设计

基于B/S结构的远程监视网络系统是以Web为通水上杆塔讯平台的监视系统,它采用浏览器/服务器的实现模水上杆塔式,由于采用浏览器作为统一的客户端,相对于传统的水上杆塔客户机/服务器模式,它具有许多优点:用户界面一致、水上杆塔友好、方便;软件安装、维护河升级容易,客户端只要拥水上杆塔有一个浏览器即可访问系统;系统具有良好的可扩展性,水上杆塔功能扩展的工作只需在服务器上完成,而所有客户端软件都不需要改动,另外,Web技术还大大减少系统费用,水上杆塔方便用户。B/S模式的这些特点正好可以满足水利系水上杆塔统的防洪抗旱、流域水资源合理配置的要求,也可以满水上杆塔足工程分散、地处较为偏远等特点。

3.1系统总体结构

六闸联控远程集中监视系统以水上杆塔水位现地监视系统为依托,通过公共事业网为桥梁,将各分散的监视系统连接起来,构成一个整体的完整的网络系统。水上杆塔水位监视系统网络结构均选用以太网,水上杆塔水位内监视、PLC通信计算机设备和现场控制单元在以太网中被绞死，PLC通过现场总线与高低压柜、各种微机保护和控制设备、自动化设备进行数据通信。实用网络接入电信DDN专线网的主要使用，采用联通CDMA无线网络的待机通道，使用CDMA专用线路监控三岔河制动备用网络，保证带宽。

3.2网络结构

水上杆塔水位监视系统网络结构均选用以太网,水上杆塔水位内监视、通信计算机设备和电流控制单元PLC都安装在以太网上，实现远程监控(或监控)。实用网络接入2m数字电路的主要电信网络，使用联通CDMA无线网络的备用信道，使用CDMA专线的三查河制动备用网络监控中心，保证带宽。六门远程监控系统的网络拓扑图如图3所示。从图3可以看出:网络远程监控系统主要由特殊通信网络、通信、计算机、控制主机、集控服务器、视频监控主机、工业以太网交换机、防火墙、路由器、客户端浏览器等组成，服务器包括服务器硬件和软件。公共服务器硬件平台包括Unix工作站、PC服务器、普通PC和Macintosh。IIS服务器软件包括:Apache,微软NetscapeEnterpriseServer,常见的数据库服务器是:Sybase,本质上,Oracle等。这里监视系统服务器操作系统为WINDOWS2000/WINDOWSNT4.0,Web服务器软件使用IIS(InternetInformationServer)和WebAccess远程监测软件,数据库软件采用InSQLServer8.0。系统通过专用网络和现场监视网络相连,系统客户端运行于Windows2000环境,使用浏览器(如:InternetExplorer或Netscape)通过Internet实现在远方浏览查询水位监视系统的实时数据,实现远程监测与控制功能。

结论

实验证明，本体系具有通用性好，集成度高，成本低，可扩展性好，智能化高，实时性好，易于保护等长处，可用于多种监测环境的多形式水位主动监测体系及长途控制体系。将物联网技术应用在水库水位监测及远程控制方面将对水库水位信息化、智能化管理有着重要的作用。

参考文献

[1]史云.我国水位检测仪器的现状与发展[J].科技情报，2006（14）：24?27.

[2]郝迎吉.远距离水位智能监视系统的研究与实现[J].仪器仪表学报，2004（6）：809-812.