阿克苏地区沙雅县自动化系统-5

1阿克苏地区沙雅县现代化灌区示范区建设项目施工二标段6#—9#系统的自动化滴灌系统技术方案目录1.1总体设计思想........................................................................................................................21.6自动化灌溉系统..................................................................................................................101.7软件设计.............................................................................................................................121.8设备配置.............................................................................................................................161.1总体设计思想1.1.1项目设计原则1）先进性：基于现代通讯技术，利用无线微波技术，构建了面向现代农业灌溉应用需求的物联网方案。远程实时获取了大量区域墒情、气象、地下水位和作物长势等信息，实现了墒情（旱情）自动预报、灌溉用水量智能决策、信息高效发布、无线自动控制灌溉和电磁阀。系统运行时高度自动化，技术先进。2）安全性：能够保证系统运行时的高可靠性，达到系统电源、信号接口的安全保护，关键部位出错时的快速切换。可以尽量避免硬件设备被雷电破坏，达到计算机网络安全认证，防止非法访问。3）扩充性：系统网络的结构、通讯方式和设备的选型都充分考虑了系统的可扩充性，满足网络扩充的需要和未来应用软件开发的需求。4）一致性：硬件和软件的选型可以符合将来系统的管理和维护，提供统一的人机接口界面。5）完整性：系统结构、硬件设备和软件开发符合整个系统的要求。6）可靠性：不因其本身的局部故障影响现场设备的正常运行，而且系统的可用性指标均达到国家水电、水利行业的规定。7）开放性：系统采用标准的通讯协议，并预制有通信接口，可实现与其它自动化控制系统根据需要实现信息共享，同时可以与上级部门连接实现信息传递汇报。8）可操作性，在建成之后易于维护人员管理。1.2设计依据1）SL207-98《节水灌溉技术规范》；2）GB/T50363-2006《节水灌溉工程技术规范》3）GB50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》4）GB50254《电气装置安装工程、低压电器施工及验收规范》5）GB9385-88《计算机软件需求说明编制指南》6）GB9385-88《计算机软件测试文件编制规范》7）GBJ42-81《工业通信设计规范》8）IEC364-4-41《保护接地和防雷接地标准》9）GJ/45-88《施工现场临时用电安全技术规范》10）HG/T20700《可编程控制系统设计规定》11）HG/T20513《仪表系统接地设计规定》12）GB50168-92《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》13）其它国家和行业相关标准1.3系统架构灌溉自动化及信息采集系统结构图如下：采用先进实用的滴灌自动化监控技术，根据示范区滴灌微灌工程地块位置结构和用户不同层次的实际需求，灌溉自动化及信息采集系统总体网络架构如上图所示，主要由现地控制站、信息传输系统、监控中心和远程管理平台组成。现地控制站与监控管理中心采用无线AP通讯方式连接。现地控制站主要由传感器、控制设备等组成，是现场信息监测和指令执行机构，包括首部运行能效监测器（采集电压、电流、功率、能效、管道压力）、超声波流量计、灌溉控制RTU、气象站、气象环境检测站、视频和作物长势监测站等。监控中心设在灌溉首部，实现现地控制站数据收集，下发指令对现地控制站进行遥控，利用无线通讯技术实现对项目区灌溉水量、土壤墒情、作物生长、地下水水位、天气要素、环境要素以及视频监测等信息自动采集监测和信息传输，灌溉智能化控制，信息综合处理并发布。首部监控站由电网供电，灌溉控制RTU，数据采集站、田间气象站均采用太阳能供电。高层管理平台设在连部，有首部设备通过GSM/GPRS通讯方式将现场数据传输到高层管理平台计算机上，高层管理平台可以浏览，下达命令到各个首部监控站。同时利用GIS系统实时掌握系统权限内每个水库、渠系、管道、灌溉泵房水资源利用情况。1.4逻辑结构系统逻辑结构分为监控中心、首部操作站、现场测控单元和传感执行机构四个层次：这四个层次之间通过通讯网络相互连接使之成为一个有机的整体。第一层为监控中心。它是整个系统的最高层也是系统通讯中枢、数据存储中心和运行操作调度中心。第二层为首部操作站。包括水泵、过滤器、灌溉自动化、土壤墒情信息采集等。它们都是以计算机为核心的人机界面设备，是用户操作整个系统主要途径。管理人员通过这些操作站下达控制目标指令同时监视系统运行参数。因此，这就成为这个自动化系统中管理人员接触最多的一部分，它的实用性和便利性是用户评价整个系统优劣的重要依据。操作站之间的分工明确、协作方便、并可相互替代。第三层为现场监控单元。包括水泵监控、田间灌溉控制单元、土壤等。这些控制单元都是基于计算机技术的智能化控制单元，它们完成就地的数据采集、控制任务执行和数据通讯。这些控制单元接收上层操作站发来的控制目标指令，并将这些指令转化为具体的电气动作，同时监测控制的结果直到达到控制目标参数为止，这种控制目标的达到和稳定过程都不依赖于操作站。第四层是传感和执行机构。该层次处于控制系统的最底层，直接与我们的控制对象水接触，主要有闸门、阀门、流量传感器、水位传感器、压力传感器等等。这部分设备数量最多也最分散。由于直接与水接触这部分设备的故障概率也是整个自动化系统中最高的，保证整个控制系统可靠运行的关键就在于这些传感和执行机构能否可靠运行。各层次之间相对独立又互相关联，同一层次内的不同点之间相关数据可以相互协调，高层系统的故障不会造成下层系统的瘫痪，控制中心的故障不会造成整个系统无法运行。系统在逻辑上采用集中管理分散控制的结构，高层下达的是目标性指令而不是具体操作指令，下层上报的是结果性数据和过程数据，而具体的操作过程由本级控制器根据上级目标指令自行完成和验证。这种逻辑结构保证了系统最大的安全性，下级局部的故障不影响其它部分，上级的故障不影响下级现有的运行状态只是没有上级新的指令本级将按原来的指令继续运行。传感器和执行机构现场测控单元监控中心首部操作站系统逻辑结构图1.5主要功能在项目区自动化灌溉信息化系统总体架构基础上，结合项目区滴灌工程现状和不同层次的实际需求，拟定本项目包含以下子系统：1)田间灌溉系统信息化监测管理平台灌溉自动化信息化监测系统必须采用IE浏览器的HMI/SCADA监控人机交互软件平台，以这种开放、灵活、通用的控制方式以及强劲的生命力,在各种控制系统中得到了广泛的应用,HMI/SCADA市场份额日益增大。安全、可靠、稳定的无线专网、公网无线、光纤通信网络作为通信通道，采用人性化管理的理想平台。传感、遥测等物联网技术进行水利信息监测、视频监测、水情数据采集、报送和处理的信息系统。具有前端采集数据精确、适应水文测量仪器广泛等显著特点。整套系统在融合计算机管理技术、网络与通信技术、软件与数据分析技术等一系列高新技术基础上，能将某一流域或首部泵房内的水文数据在短时间内传递至中央监控站提供给决策人员，以便进行优化的水资源调度，达到提高水资源利用率的目的。2）项目区供水自动化监测系统为保证供水工作的科学性，依靠现代计算机通信技术和传感技术，实施对供水管道的无人化远程实时监测，并且能够自动传输到上面各级主管部门，监测输水管道、供水管道的压力、流量信息；及时发现管网故障，提高维护效率、降低损失，保障供水的安全，达到科学预警，减少成本，提高效率的目的。3）项目区灌溉首部自动化监测系统灌溉首部自动化监测系统控制水泵自动运行、停止和转速控制，监视电气设备的工作电压、工作电流、功率、灌溉系统工作压力、工作流量、过滤器反冲洗等，系统自动报警如:过压、欠压、过流等。4）灌溉系统能效监测系统根据采集首部电压、电流、过滤器前后压力以及出口流量，管道末端压力、结合额定参数，计算水泵功效、功率、有功、无功、总功等数据，便于分析首部设备的故障问题、找出节能点、设计最佳节能方案，实现科学灌溉。5）田间灌溉阀门监控系统可以人工直接参与或通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参数自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行电磁阀的开关，实现田间作物的自动化灌溉。电磁阀后设置有阀门状态反馈传感器,当阀门打开或关闭后，根据检测的压力变化，向阀门控制器传送开关量信号，阀门控制器再向首部控制站或监控中心反馈电磁调压阀开闭状态1.6自动化灌溉系统自动化灌溉信息化系统是利用国内外先进的自动化技术，通过土壤、气象、作物等类传感器及监测设备将土壤、作物、气象状况等监测数据通过信息采集站，传到计算机中央控制系统，中央控制系统中的各类软件将汇集的数值进行分析，比如将含水量与灌溉饱和点和补偿点比较后确定是否应该灌溉或停止灌溉，然后将开启或关闭阀门的信号通过中央控制系统传输到阀门控制系统，再由阀门控制系统实施某轮灌区的阀门开启或关闭，以此来实现农业的智能化控制，引导田间合理管理、科学灌溉，达到合理灌溉施肥、节约用水用肥、提高产量、减轻劳动强度的目的；1）中央监控室二台计算机、一台服务器分别通过切换套件将数据分配器显示大屏幕上，服务器作为远程管理平台使用。基于地理信息系统的节水灌溉灌溉软件平台，首部能效监测软件平台等。可实现对系统权限内灌溉水资源、能效、墒情、气象信息进行实时查询、项目区的灌溉自动化控制、数据信息采集及查询。同时具有管理权限的手机用户可实时下达灌溉指令并可查询灌溉信息。2）.项目区控制方案经济作物区采取无线通讯方案，公网通讯具有如下优点：所有的模块上电即自动组网，网络内模块如掉电，网络具自我修复功能；不会丢失数据；维护简单易懂，用户易于掌握。自组网功能为项目的扩容预留足够的空间。太阳能供电，不受安装地域的约束。3）信息采集系统方案首部能效监测信息采集系统自动记录首部信息：电压、电流、流量、压力、有功、无功等信息，进行数据分析，通过报表、曲线的形式表现出来，是高层管理人员随时都可以看到该地区能耗情况，下达对水资源的综合利用，提高资源的合理利用，最终达到节能、减耗的目的。4）特点及优势实现了灌溉自动化与水资源监测的完美结合；实现了示范区大田作物自动化灌溉控制。项目区供水自动化监测及地下水位的监测系统可靠的保证了饮水的安全。通过对首部能效、管网压力的监测实时掌握灌溉系统各个环节的能耗损失，并进行分析和评价，从而达到滴灌系统节能降耗的目的。通过对各环节监测数据的分析、收集滴灌系统节水的相关数据，达到节约水源的目的。流量、压力传感器的应用可自动监测、记录、警示由于输水管断裂引起的漏水及电磁阀故障；最大限度利用水资源。自动记录、显示、储存各灌溉站的运行时间；自动记录、显示、储存传感器反馈数据，以便积累资料，逐渐提高灌溉制度的精准性。自动灌溉功能：可将设计好的轮灌计划表进行定时定量灌溉，以便提供足够的土壤入渗时间，减少坡地或粘性土地地面径流损失。手动灌溉的功能：可在阀门上手动启、闭电磁阀，也可在计算机上手动启、闭任何一个电磁阀。可控制灌溉系统以外的其它设备，如：水泵等1.7软件设计1、软件结构使用户可以直接获取农田参数，并使传感器数据可以用于直接描述农田参数，通过采集的数据可以分析农田各参数之间的关系，优化灌溉策略。同时用户也可以通过互联网手动或智能的调整灌溉策略，发送设备动作指令。监控软件是工控机能够完成控制功能的重要基础，监控软件设计的好坏直接关系到