［關(guān)鍵詞］4G 遙測(cè)終端；遠(yuǎn)程授權(quán)控制；干渠水泵

［中圖分類號(hào)］TN929.5 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）10–0147–03

1背景

寧夏西干渠于1959年11月開(kāi)工，1960年5月建成通水，是寧夏回族自治區(qū)成立后開(kāi)鑿的第一條干渠，渠道沿西夏昊王渠和明朝靖虜渠古渠遺跡修建，部分渠道沿用古渠舊址。干渠自青銅峽河西總干渠引水，沿賀蘭山東麓蜿蜒北上，全長(zhǎng)112.7km，建有閘涵等各類控水、引水建筑物222座，引水能力71m³/s，年引水量5.3億m³，承擔(dān)著青銅峽、永寧、金鳳、西夏、賀蘭、平羅6縣（市、區(qū)）的15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（場(chǎng)）和8個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)7.31萬(wàn)公頃的農(nóng)田灌溉供水和典農(nóng)河、金波湖等7處湖泊濕地的補(bǔ)水任務(wù)。灌區(qū)種植釀酒葡萄2.27萬(wàn)公頃，分布著葡萄酒莊近200家，是賀蘭山東麓葡萄酒的核心產(chǎn)區(qū)。西干渠還是銀川市防御賀蘭山洪水的重要屏障，成功抵御賀蘭山較大洪水60余次，14次被沖斷決口，為確保銀川市防汛安全作出了積極貢獻(xiàn)。

2干渠泵站管理現(xiàn)狀及需求

目前西干渠干沿線直接在干渠抽水的泵站有56座，2019年加裝了計(jì)量設(shè)備，但未對(duì)泵站進(jìn)行控制方面的工程改造，因此管理處無(wú)法實(shí)時(shí)有效掌握揚(yáng)水泵站的用水情況，無(wú)法對(duì)各泵站抽水用水進(jìn)行嚴(yán)格有效的管控。自2022年以來(lái)，隨著對(duì)用水控制精細(xì)化管理要求的提升，亟需通過(guò)簡(jiǎn)單的技術(shù)改造，在不更換水泵房現(xiàn)有主要設(shè)備的前提下，將渠道水泵增加遠(yuǎn)程授權(quán)控制模塊[1]，實(shí)現(xiàn)授權(quán)狀態(tài)下水泵的啟動(dòng)操作、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)水泵額定流量計(jì)算抽水量?？紤]業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景的特殊性，改造還應(yīng)滿足以下需求。

2.1具備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與授權(quán)控制

渠干沿線泵站分布多且間隔距離遠(yuǎn)，對(duì)于水泵的控制要通過(guò)遠(yuǎn)程方式實(shí)現(xiàn)。因很多水泵所屬權(quán)不在管理處，所以對(duì)水泵的啟動(dòng)管控最好是遠(yuǎn)程授權(quán)方式，同時(shí)能滿足對(duì)水泵工作時(shí)長(zhǎng)、抽水量的監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析功能。另外，考慮到傳統(tǒng)光纖網(wǎng)絡(luò)搭建成本高且通信鏈路要有保障，因此采用4G無(wú)線APN專線，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信，保證低成本和高可靠通信方式。

2.2易于建設(shè)

渠干沿線各泵站建設(shè)有一定差異，隸屬權(quán)限也不盡相同，因此工程改造要求簡(jiǎn)化難度，易于實(shí)現(xiàn)。改造中使用的硬件和軟件產(chǎn)品在實(shí)施過(guò)程中要相對(duì)簡(jiǎn)單、操作便捷、工程量小，無(wú)需過(guò)多的人力、物力和時(shí)間資源。

2.3改造成本低

投資有限的情況下，盡量降低工程改造成本，既要達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，又要實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本，選擇經(jīng)濟(jì)有效的工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。

34G物聯(lián)網(wǎng)遙測(cè)遠(yuǎn)程授權(quán)控制技術(shù)應(yīng)用

3.1研究現(xiàn)狀

4G物聯(lián)網(wǎng)遙測(cè)遠(yuǎn)程控制技術(shù)是一種高速、高效的無(wú)線通信遠(yuǎn)程控制技術(shù)，具有覆蓋范圍廣、傳輸速率快、延遲低等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如數(shù)據(jù)采集、物流運(yùn)輸、工業(yè)自動(dòng)化等。

在水利工程自動(dòng)化方面，基于4G物聯(lián)網(wǎng)遙測(cè)遠(yuǎn)程控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，具體應(yīng)用在以下幾個(gè)方面。

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。通過(guò)4G物聯(lián)網(wǎng)連接水泵設(shè)備，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵的運(yùn)行狀態(tài)。管理人員可以通過(guò)手機(jī)、電腦等終端設(shè)備隨時(shí)查看水泵的工作情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。

（2）遠(yuǎn)程控制。通過(guò)4G物聯(lián)網(wǎng)，管理人員可以遠(yuǎn)程控制水泵的啟停、調(diào)速等操作。這樣不僅提高了操作的便捷性，還可以節(jié)省時(shí)間和人力資源成本。

（3）故障診斷與維修。4G物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵設(shè)備的故障診斷，通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，快速定位故障原因，并采取相應(yīng)的維修措施。這大幅縮短了故障排除的時(shí)間，提高了設(shè)備的可靠性和生產(chǎn)效率。

（4）運(yùn)維管理。通過(guò)4G物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程記錄和管理。運(yùn)維人員可以隨時(shí)查看歷史數(shù)據(jù)，分析設(shè)備的運(yùn)行情況和趨勢(shì)，為設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)提供科學(xué)依據(jù)。

3.2方案設(shè)計(jì)

寧夏西干渠沿線泵站的供水在農(nóng)業(yè)灌溉中起著至關(guān)重要的作用，然而傳統(tǒng)的水泵控制方式存在著許多不便之處，如管理人員少、無(wú)法全泵站覆蓋管理、無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水泵的工作狀態(tài)、難以遠(yuǎn)程控制水泵的供電等。為了解決這些問(wèn)題，文章提出了利用4G物聯(lián)網(wǎng)遙測(cè)技術(shù)對(duì)西干渠沿線水泵進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，以提高水泵站的運(yùn)行效率和管理水平。

按照“安全性、可靠性、先進(jìn)性”的思路，聚焦4G物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)西干渠沿線直接在干渠抽水泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與授權(quán)控制應(yīng)用需求，以低成本、高可靠、易實(shí)現(xiàn)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)80多個(gè)泵站設(shè)備的遠(yuǎn)程授權(quán)和監(jiān)測(cè)，提高管理水平和管理效率。

本次4G物聯(lián)網(wǎng)遙測(cè)技術(shù)應(yīng)用方案組網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。各個(gè)泵站通過(guò)4G遙測(cè)終端對(duì)水泵機(jī)電進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制和運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵啟停狀態(tài)、抽水時(shí)長(zhǎng)、抽水量的統(tǒng)計(jì)分析；各個(gè)遙測(cè)終端通過(guò)4G無(wú)線APN專線將數(shù)據(jù)傳送到云資源池，保證采集信息上傳和控制命令下放雙向通信穩(wěn)定可靠；云端布署B(yǎng)/S架構(gòu)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)，西干渠管理處及各管理所通過(guò)PC電腦或移動(dòng)終端按授權(quán)訪問(wèn)各泵站數(shù)據(jù)，了解轄區(qū)內(nèi)泵站水泵使用情況、抽水量及周/月歷史數(shù)據(jù)。

3.3技術(shù)目標(biāo)

在不改變?cè)兴每刂齐娐芳翱刂七壿嫷那疤嵯?，在水泵啟?dòng)繼電器控制回路串接電壓開(kāi)關(guān)量控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程授權(quán)。這種改造方法的優(yōu)點(diǎn)是原有電器系統(tǒng)不做大的改動(dòng)，只需引開(kāi)關(guān)量信號(hào)到新增加的4G遙測(cè)終端，通過(guò)開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制繼電器開(kāi)閉狀態(tài)；同時(shí)，4G遙測(cè)終端接入每一臺(tái)水泵控制主電路的AC220V電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)通電電流累計(jì)時(shí)長(zhǎng)判斷水泵的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)水泵運(yùn)行計(jì)時(shí)監(jiān)測(cè)。遙測(cè)終端水泵監(jiān)測(cè)如圖2所示。

綜上，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的遠(yuǎn)程限制授權(quán)，只有遠(yuǎn)程授權(quán)水泵開(kāi)啟權(quán)限，現(xiàn)場(chǎng)才能人工啟動(dòng)；可實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的計(jì)時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)中模型換算抽水量，對(duì)抽水用水超時(shí)、超量的行為，電話通知現(xiàn)場(chǎng)管理人員關(guān)停水泵，通知無(wú)效則可直接遠(yuǎn)程關(guān)停水泵。

3.4業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能

系統(tǒng)B/S架構(gòu)在云端資源池布署，管理人員通過(guò)電腦瀏覽器、手機(jī)App遠(yuǎn)程授權(quán)各水泵的啟動(dòng)權(quán)限；能查詢各個(gè)泵站水泵的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)；可按日、月、年生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，具備導(dǎo)出功能；支持用戶權(quán)限劃分。

3.5遙測(cè)采集終端

工業(yè)級(jí)嵌入式4G遙測(cè)采集終端如圖3所示，支持移動(dòng)/聯(lián)通/電信4G，具備APN網(wǎng)絡(luò)接入；提供DI通道AC 220V輸入、DO通道繼電器輸出、AI通道0～5A交流互感器輸入、RS485串行通訊口，同時(shí)嵌入DI、DO、AI、Modbus RTU采集協(xié)議，并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)加密、通信加密，保證與云端服務(wù)側(cè)交互數(shù)據(jù)的安全；遙測(cè)終端支持遠(yuǎn)程管理功能，管理平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)終端模塊的配置、升級(jí)等，便于維護(hù)。

3.6效果

（1）按系統(tǒng)權(quán)限，各管理所管理人員可實(shí)現(xiàn)對(duì)管轄范圍內(nèi)的水泵進(jìn)行遠(yuǎn)程授權(quán)管理。抽水用戶在獲得通電授權(quán)后才能進(jìn)行水泵啟動(dòng)操作，徹底摒棄了原水泵啟動(dòng)無(wú)法落實(shí)精細(xì)化運(yùn)行監(jiān)管問(wèn)題，進(jìn)一步規(guī)范了用水和供水管理，管理所只做供水授權(quán)管理，用水保持原有方式不變，權(quán)責(zé)分明。

（2）通過(guò)遙測(cè)終端采集水泵電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各泵站水泵的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和累計(jì)時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)，各管理所通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)超時(shí)、超量抽水用戶給予通知警告。西干渠管理處通過(guò)歷史數(shù)據(jù)分析，能夠精確掌握各管理所、各水泵月度或年度抽水時(shí)長(zhǎng)或抽水量，為供水用水提供科學(xué)的決策依據(jù)。在保障沿線供水需求的同時(shí)，嚴(yán)格控制總量，推進(jìn)水資源節(jié)約集約利用，全面落實(shí)“四水四定”工作。

4結(jié)束語(yǔ)

采用4G物聯(lián)網(wǎng)遙測(cè)終端實(shí)現(xiàn)對(duì)管理處轄區(qū)內(nèi)水泵的遠(yuǎn)程授權(quán)管理后，有效克服了傳統(tǒng)人工巡查方式的精力不足、缺少24h智能化監(jiān)測(cè)手段等問(wèn)題。4G物聯(lián)網(wǎng)遙測(cè)終端配合云端和管理端的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，以技術(shù)成熟、工程改造量小、易布署、成本低等優(yōu)勢(shì)，為管理處對(duì)直接在干渠抽水的泵站管理，搭建了一個(gè)便捷高效、安全可靠、低成本的智能化監(jiān)測(cè)方式，降低了人工管理成本，提高了管理效率，確保了灌區(qū)用水精細(xì)化管控，保障了水資源節(jié)約集約利用。