節水灌溉智能控制系統
中水三立
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水利信息化 - 水資源應用
一、系統概述
系統采用分層分布式控制系統結構，包括分控中心（集中控制層）和泵站現場控制點（現地控制層）。
每個泵站現場控制點除了負責控制該泵站內水泵的啟停外，還負責控制該泵站所轄灌區內電磁閥的啟閉。電動閥的啟閉控制和現場數據的采集由采用ZigBee技術的電磁閥基站來實現。每個泵站內設置ZigBee協調器，用于每套PLC與電磁閥基站的通信。
分控中心與所轄泵站的通信采用CDMA無線方式。
二、系統功能
1、泵站現場控制功能
通過PLC模組參與控制，可一鍵啟動實現水泵運行、泵房出口管道水壓恒壓控制、電磁閥輪流導通實現所轄區域輪灌、輪灌結束自動停泵的全功能控制；
可采集田間作物生長環境參數，并報告給上位機；
可選擇參與輪灌的輪灌組；
可選擇輪灌時間長度；
在出現水泵機組故障時能自動將備用泵切入到運行狀態，同時向上位機報警；
即使在PLC模組出現故障的情況下，也能全手動地控制水泵運行和電磁閥啟閉，不會影響農作物的灌溉；
能接收并執行分控中心或總控制中心的控制命令；
2、電磁閥基站功能
能接收上級泵站內PLC模組通過ZigBee協調器發出的控制和采集命令；
能控制1路電動閥的啟閉；
能輸入電動閥的全開全關狀態信號；
能采集2路模擬量數據。
3、分控中心功能
通過寬帶網絡，可以控制轄區內全部泵站及其輪灌組的啟停和啟閉運行；
可以采集轄區內全部泵站及其電磁閥的運行狀態信息；
可以采集轄區內作物生長環境參數；
可以對轄區內泵站運行的故障進行報警提示；
可產生各種報表并歸檔打印。
可以收集各個泵房的動態視頻圖像并在視頻處理軟件中集中顯示和儲存；
支持總控中心發布控制命令。
4、系統數據通信方式
整個系統的主要通信方式是建立在TCP/IP協議之上的。分控中心通過有線寬帶與Internet連接，泵房現場PLC模組通過CDMA無線模塊與Internet連接，這樣分控中心就與現場PLC模組實現TCP/IP通信了。其它有權用戶，只要通過Internet，就可以實現控制泵站和灌區的目的。泵房現場PLC模組與電磁閥基站之間采用ZigBee通信方式，PLC模組與ZigBee協調器連接，電磁閥基站的ZigBee模塊工作在路由模式或終端設備模式。視頻圖像也通過CDMA與Internet連接實現無線網絡傳輸。
三、系統性能及技術參數
1、實用性的人機接口響應時間
（1） 調畫面響應時間
操作員發出調畫面命令到畫面上全部靜、動態數據都顯示出來的時間，對于不同畫面其響應時間分列如下：
重要畫面和報警畫面≤1s
90%常規畫面≤2s
其他畫面≤3s
（2） 數據庫刷新到畫面上實時數據刷新時間≤2s
（3） 操作員發執行命令到應答顯示的響應時間≤3s
（4） 從出現報警信號到在畫面上顯示并發音響報警的響應時間≤2s
系統的時鐘精度為±1ms
2、可靠性
計算機MTBF（平均無故障間隔時間） >40000h
現地控制單元MTBF >50000h
外圍設備及人機接口設備MTBF >17200h
通道平均故障時間 <24h/y
電源系統平均故障時間 <4h/y
設備平均故障排除時間 <1h
3、可維護性
可維護性指標為平均維修時間(MTTR)。按標準規定的要求為0.5小時，這是指扣除管理和備品備件運送時間外的維修時間。
4、實用性
在系統正式投入運行后的保證期內，該系統的可用率不低于99.95%，即系統的停機時間每年不多于4.5小時。
5、操作安全性
采取如下措施保證系統設備操作的安全性。
（1） 系統每項功能和操作的路徑監視。
（2） 具有防誤操作和自動、手動報警功能。
（3） 一旦設備功能失靈系統將自動報警并記錄下來，一直保留至操作員發現為止。
（4） 對于不同級別的操作具有閉鎖措施，此時僅允許當前控制級進行操作。
（5） 人機接口設備需一定的操作員控制權限及口令。
6、通訊安全性
（1）信息的任何錯誤將不致導致系統出現嚴重事故：如外部設備的誤操作，系統主要功能故障，或者系統運行出錯。任何錯誤或功能失效都給出報警信號。
（2）系統定期地通過正常使用或通過調試信息來證實通道工作正常。
（3）遠方通訊信息錯碼的控制符合通訊協議，通道的誤碼率小于10-3。
7、軟件和硬件的安全性
（1）電源故障保護和自動重啟動。
（2）能設置和重新設置初始狀態。
（3）能實現自檢，并具有故障檢測、清除、切換、以及報警等功能。
（4）具備軟件故障自診斷，故障消除和報警功能。
（5）系統中任何位置的單個元件的任何故障都不會導致生產設備的誤操作。
（6）軟件和硬件的相應標簽（即地址）是統一的。
（7）應用磁盤的時間將盡可能短。
（8）在系統的性能設計中考慮了重負荷和緊急臨界狀況。
8、可擴性及可變性的冗余能力
系統設計具有合理的軟件和硬件結構，足夠的冗余能力、存貯容量和接口，方便地擴充能力，因此系統的擴充和設備的增加不會影響原系統的工作性能及響應時間。
（1）分控中心正常運行時隨機選擇的30分鐘時段內計算機CPU的平均負荷率小于30%，在分控中心緊急情況時10秒鐘內的CPU平均負荷率小于50%。
（2） 外存具有60%以上的備用容量。
（3） 預留接口用于現地控制裝置，外圍設備及系統通訊的擴充。
四、應用領域
產品主要應用于農田水利領域。
五、工程實例：
本系統在江蘇鹽城大豐農田節水灌溉一期、二期、鹽都節水灌溉等項目成功應用，實現智能灌溉、微灌和噴灌。該項目建成后，節水40%、節肥30%，產量增產15%，具有良好的經濟效益、社會效益和生態效益。
