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基于GPRS的水源井群水泵遥测遥控系统_郭荣祥

第36卷 第7期 2014-07(下)

基于GPRS的水源井群水泵遥测遥控系统_郭荣祥

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基于GPRS的水源井群水泵遥测遥控系统

Telemetry and telecontrol system of wells group pumps based on GPRS

郭荣祥1,魏仕虎1,张利华2,王建华3

GUO Rong-xiang 1,WEI Shi-hu 1,ZHANG Li-hua 2,WANG Jian-hua 3

(1.内蒙古科技大学 信息工程学院,包头 014010;2.包头市产品质量计量检测所,包头 014030;

3.包头红日电气控制有限责任公司,包头 014030)摘 要:介绍了利用GPRS网络进行水源井群水泵的无线遥测和遥控,阐述了控制系统的组成,并给出了原理框图、硬件实现方法及软件框图,选择了相应的无线数据传输模块及相关模拟量和开关量模块,并对出现的故障现象进行了描述。实际运行表明,该方法不仅实现了井群水泵的远程无线测量和控制,而且在满足控制要求的同时,降低了设备成本,减少了维护费用,同时便于系统扩展。

关键词:GPRS;井群水泵;遥测;遥控

中图分类号:TN929.5; TP29 文献标识码:B 文章编号:1009-0134(2014)07(下)-0131-03Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2014.07(下).35

收稿日期:2014-05-13

作者简介:郭荣祥(1963 -),男,内蒙古和林格尔人,教授,硕士生,研究方向为无线通信应用、电力电子及运动控 制、工业过程控制。

0 引言

在手机无线网络推广应用之前,无线遥控一般采用无线电台实现完成,时至今日,在一些没有手机无线网络信号的地区,仍然需要采用数传电台实现无线遥控,文献[1]介绍了采用数传电台实现遥测遥控的方法。目前,对于我国大多数地区及地域,已有GPRS网络覆盖,其覆盖范围极其宽广,只有少数无人区或较为偏远且人烟稀少的草原、沙漠、森林及深山等地域,没有GPRS信号或信号较弱。利用GPRS网络进行大范围的无线测量和控制,不仅容易实现,而且成本低廉[2,3]。本文针对内蒙古自治区鄂尔多斯市某移民村和工业园区的自来水水源井群潜水泵的控制,介绍了已付诸实施的采用GPRS网络进行潜水泵起停控制和电流检测的遥控和遥测的方法。

移民村和工业园区用水包括生活和生产用水,生活用水包括人和家庭养殖用水,生产用水包括绿化用水、猪羊鸡兔等动物养殖业用水和工业企业生产用水。移民村和园区内建有一供水厂,水厂内建有一容积为2000m 3的蓄水池,由距离供水厂十三公里外的5眼水源井组成的井群向蓄水池注水,水源井水泵房共有5座,泵房之间相距2~3公里不等。利用深井潜水泵将水源井的水注入到水厂蓄水池,经过对蓄水池内的水进行消毒等相关处理后,再利用地面加压泵组采用变频调

速恒压控制将水送到园区内各用水场所[3~5]。

移民村和工业园区地处鄂尔多斯高原,冬季寒冷,春季风大。采用有线的方式进行控制存在成本高、故障率高、查找故障点困难等问题,特别是高原地区老鼠较多,极易损坏地下信号线路。而利用GPRS网络则可有效地避免上述问题,同时降低投资费用。

1 遥控系统硬件组成

图1所示为遥控系统图。图中,G200为北京捷麦通讯器材有限公司生产的GPRS无线数据传输模块。该模块的三个信号端RX、TX、GND为TTL电平信号,而上位计算机的串口采用RS232信号,因此,二者联接时需要进行信号转换。图1中采用TTL—RS232信号转换器完成转换。水源井各台潜水泵的起动和停止通过计算机操作画面进行操作控制,潜水泵的运行状态和停止状态在计算机画面上进行显示,画面同时显示运行水泵的电流以及故障状态[2,4]。

潜水泵的运行由各水源井井房内电气控制柜控制,这里不做详细介绍。电气控制柜中的接触器由遥控装置中的继电器常开输出触点控制,而继电器则由开关量输出模块驱动,通过控制开关量模块的输出端即可控制潜水泵的起停。继电器、开关量输出模块与GPRS无线数据传输模块的连接图如图2所示。图中,R4060即为开关量输

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2014-07(下)

入输出模块,有四个开关量输入端和四个开关量输出端及一个RS485串口。R4017为模拟量输入模块,有8路4mA~20mA电流输入信号端和4路0~10V 电压输入端以及一个RS485串口。R4060和R4017通过RS485总线与G200相连。G200、R4060、R4017采用12V直流电源供电,由开关电源完成。潜水泵运行电流通过电流互感器输出0~5A电流,再经电流变送器转换为4mA~20mA信号输入到R4017的电流信号输入端。R4060的开关量输入端IN1、IN2分别接电动机运行信号和故障信号,INCOM为其公共端。

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图2 GPRS模块与输入输出模块连接图

水池水位信号通过投入式水位传感器测量输出4mA~20mA信号送入到计算机,由计算机画面进行显示,并可通过选择自动或手动方式控制水源井水泵的运行状态。当选定自动运行方式时,水泵的起动和停止是由水厂蓄水池水位进行自动控制。当水池水位下降到设定值下限时,系统自动起动水源井水泵,起动水泵的台数由水位的高低决定。当水池水位达到所设定的上限值时,系统自动停止水源井水泵。当选定人工手动操作方式时,操作人员可根据计算机界面上所显示的水池水位决定水源井水泵起动与停止的台数[4~6]。

2 遥控系统软件设计

在上述硬件的基础上,需要对各模块进行参数设置,并配以合适的用户软件才能使系统正常运行。参数设置针对G200、R4060和R4017模块进行。G200的参数设置包括工作方式、身份地址、目标地址、心跳时间、串口数据格式、波特率等。R4060的参数设置包括波特率、工作方式、数据格式、地址。R4017的参数设置包括波特率、模拟输入信号类型、数据格式、跳线、地址。

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图3 主站软件流程图

软件部分包括用以显示整个系统运行情况的计算机组态画面如潜水泵运行时的运行信号和故障信号、潜水泵运行电流、水厂蓄水池水位,以及操作界面如起动按钮、停止按钮和手动/自动转换开关等。软件流程图如图3所示。

为了兼顾实时性和运行费用,既能使主站及时显示从站的工作状态及运行电流,又能降低GPRS网络费用,采用主站定时向从站读取数据和信息的方式,定时时间间隔设为3分钟。如果在程

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图1 遥控系统图

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序规定的时间和次数内未能接收到返回信息,则认为从站通讯模块故障,主站计算机监控画面显示栏显示“通讯故障”或“模块无响应”,提示操作人员检查,以便及时排除故障,尽快恢复设备的正常运行。

3 通讯故障原因

造成“通讯故障”的原因有如下三个方面:第一是从站电源故障,包括停电、空气开关故障、直流开关电源故障、电源线松动以及继电器故障、电流变送器故障等;第二是主站或从站的G200模块故障、SIM卡资金余额不足或SIM卡松动等;第三是从站G200模块使用位置处的GPRS网络信号太弱。导致“R4017/R4060模块无响应”的可能原因有以下两个方面:第一是 R4060/R4017模块故障;第二是连接G200与R4017/R4060模块的485串口线故障或转换芯片故障。

4 结束语

利用GPRS网络进行水源井群水泵的无线遥控

解决了供水系统中水泵的远程控制和测量问题。

设备自投入运行以来,运行良好,维护方便,提高了供水效率及其自动化水平,降低了劳动强度和人工成本,从而降低了运行及管理费用。监控系统操作界面友好,深受使用人员的好评。经三年多的实际运行证明,设备稳定可靠,效果令人满意,具有推广应用价值。参考文献:

[1] 郭荣祥,张继红.基于微波通信的过程控制系统方案设计

[J].测控技术,2007,6(26),57-59.

[2] 郭荣祥,马和平,陈树树. 数传电台与GPRS相结合

的水厂遥控系统研究与设计[J ].自动化技术与应用,2010,29(11):54-57

[3] 张成新,李庆亮. 基于GPRS远程数据采集系统的设计与

实现[J]. 计算机工程与设计,2006.10.27:2561- 2563.[4] 刘舜.G P R S 模块在供水调度中的应用[J ].科技咨

询,2010,(24):236-237.

[5] 耿飞,张莉君. 基于GPS/GPRS的环境监测终端的研究与

设计[J]. 计算机测量与控制, 2011.19(8):17-19.[6] 王亭顺.水源井群无线集中监控系统在矿山的应用研究

[J]. 水力采煤与管道运输, 2012,(3):19-21.

2)对液气缓冲器做了合理的简化之后,建立了仿真计算模型,并利用MATLAB编写了仿真分析程序。

3)研究了不同冲击速度、不同冲击质量对缓冲器特性的影响,并且研究了阻尼孔直径、阻尼孔长度、液体粘度系数对动态特性的影响。参考文献:

[1] 郝鹏飞,张锡文,何枫.小型液压缓冲器的动态特性分析

[J].机械工程学报,2003,39(3):155-158.[2] 黄朝学,曹本义.液压缓冲器在船用设备中的应用研究

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[3] 谭宗柒,汪云峰,陈永清.阻尼孔连续型液压缓冲器研究及

设计[J].起重运输机械,2008,4(2):27-29.[4] 黄运华,李芾,廖小平.机车车辆液气缓冲器特性研究[J].

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