智能水利遠程監(jiān)控系統(tǒng)的具體解決方案探究

        一、系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

        本文所提出的智能遠程監(jiān)控系統(tǒng)，主要是通過采集田 間實時水位以及某時期內(nèi)的降雨數(shù)據(jù)，再用下位機傳輸?shù)?系統(tǒng)的中央控制中心，與灌溉區(qū)近幾年的灌溉資料相結(jié)合， 采用模糊理論方法，利用相關(guān)信息處理軟件求取最適用供 水量，再通過GPRS實現(xiàn)前臺灌溉水泵的遠程控制，從而 提高農(nóng)田灌溉的效益最大化，進而實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的智能化 控制。該系統(tǒng)由計算機遠程控制水泵、閥門對多個儀表做 同步數(shù)據(jù)采集，然后進行相關(guān)的處理。系統(tǒng)所采用的是利 用傳感器、現(xiàn)場控制模塊(包括數(shù)字輸出控制閥門和水 泵)、控制主計算機以及RS一485現(xiàn)場總線所組成的集散控 制系統(tǒng)。RS一485現(xiàn)場總線是聯(lián)接智能系統(tǒng)各設(shè)備問的紐帶。RRS一485網(wǎng)絡(luò)利用兩個雙絞線進行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)， 其接口傳輸設(shè)備最遠距離達1MK以上，可以利用中繼器 進行系統(tǒng)傳輸距離的延伸，擴展系統(tǒng)。灌溉區(qū)智能控制系統(tǒng)的框架為：各分灌區(qū)分別安裝對應(yīng)的控制儀表，采用 RS一485現(xiàn)場總線進行連接，利用GPRS接口通過因特網(wǎng) 將數(shù)據(jù)傳輸至遠程控制系統(tǒng)。該智能遠程控制系統(tǒng)按照功 能來分，可以分為灌溉區(qū)數(shù)據(jù)采集、模糊理論決策以及數(shù) 據(jù)庫等三個子系統(tǒng)，其中具體的模塊有：泵站控制、閘門 控制、雨量采集、灌溉區(qū)水位采集、關(guān)鍵設(shè)備檢測、通信、 查詢以及決策等八大模塊。其中數(shù)據(jù)前臺采集系統(tǒng)在灌溉 區(qū)現(xiàn)場下位機中，而數(shù)據(jù)處理、決策子系統(tǒng)則在客戶機中。

        二、灌溉區(qū)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

        灌溉區(qū)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的是組態(tài)軟件設(shè)計，對灌溉 現(xiàn)場進行控制，其包括l6個繼電器輸出模組，對一臺水泵 以及50個電磁閥進行控制;三個灌溉區(qū)儀表控制模組，分 別對一個雨量傳感器以及兩個水位傳感器進行測量讀數(shù); 明渠流量計算儀共7臺，對灌溉區(qū)對應(yīng)處流量進行采集。 因為控制機軟件組態(tài)軟件與現(xiàn)場儀表控制模組以及數(shù)字量 模組的接口通訊協(xié)議有所區(qū)別，并且明渠流量儀是自行開 發(fā)設(shè)計的，要單獨使用一根RS一485現(xiàn)場總線，所以灌溉 區(qū)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送，要采用三條RS一485現(xiàn)場 總線來實現(xiàn)。該控制界面采用的是動畫的形式來說明系統(tǒng) 流程，用戶可以實時了解控制區(qū)范圍情形。如果硬件有損 壞或者異常，系統(tǒng)內(nèi)部會產(chǎn)生自動報警。

        三、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

        1.GPRS遠程傳輸

        1.1建立連接

        在現(xiàn)場控制系統(tǒng)中，GPRS的用戶開機后經(jīng)過鑒權(quán)認 證，就會自動登陸至GPRS的對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，再采用無線基站 系統(tǒng)接到交換中心的GGSN并與因特網(wǎng)進行聯(lián)接。這時現(xiàn) 場控制機就可以利用GRPS向遠程控制中心發(fā)送請求連接。 此時，遠程控制中心以及現(xiàn)場控制設(shè)備就可以通過GPRS 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

        2.服務(wù)器/客戶端模式

        本文所研究的系統(tǒng)為智能遠程控制系統(tǒng)，所以系統(tǒng)模型可以采用構(gòu)造分布式。而服務(wù)器，客戶端服務(wù)模式是具 有代表性的非對稱分布系統(tǒng)，現(xiàn)場控制設(shè)備與服務(wù)器的連 接請求可以通過該模式來實現(xiàn)，一旦服務(wù)器接收到了現(xiàn)場 控制設(shè)備的請求，就可以進行正常的通信。服務(wù)器一般在 客戶端送達連接請求后，才會從休眠狀態(tài)啟動，對客戶端 的請求服務(wù)做出相應(yīng)處理。由于本系統(tǒng)采用GPRS進行雙 向傳輸，因此要選擇數(shù)據(jù)流服務(wù)。

        1.3數(shù)據(jù)的存儲與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)計

        遠程監(jiān)控中心的信息控制和管理要借助可靠性高的數(shù) 據(jù)通信才得以正確完成。該系統(tǒng)由客戶端向服務(wù)器發(fā)送請 求，服務(wù)器再執(zhí)行相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲和轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)計，也就是 說客戶端可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及信息管理 等功能。不過現(xiàn)場的操作控制設(shè)備以及接收現(xiàn)場的控制設(shè)備所傳輸?shù)男畔?，均需?jīng)過服務(wù)器的轉(zhuǎn)發(fā)才能由客戶端進 行管理，即服務(wù)器為客戶端和現(xiàn)場控制設(shè)備的通信紐帶。

        1.4遠程控制操作

        客戶端先向服務(wù)器發(fā)送出有著查詢目的的現(xiàn)場控制狀 態(tài)命令，服務(wù)器接收到以后再轉(zhuǎn)給現(xiàn)場的控制設(shè)備，并將 現(xiàn)場控制設(shè)備的反饋信息傳送至數(shù)據(jù)庫，并同步將向客戶 端傳輸該反饋信息。一旦客戶端接收到現(xiàn)場控制的反饋信 息，再結(jié)合有關(guān)灌溉區(qū)的歷年水利信息，對下步操作做出 處理。遠程控制的實行過程中，客戶端所發(fā)送的控制查詢 指令通過服務(wù)器向現(xiàn)場控制設(shè)備發(fā)送，待其完成處理后再 確認一個回執(zhí)命令至服務(wù)器。此時服務(wù)器就把用戶的操作 信息以及用戶名傳送至數(shù)據(jù)庫留做記錄，此時客戶端接到 成功操作的回執(zhí)信息，完成遠程控制操作。

        2.數(shù)據(jù)庫處理

        本系統(tǒng)選擇使用SQL Server數(shù)據(jù)庫，引擎采用微軟 ADO數(shù)據(jù)庫引擎。系統(tǒng)用戶可以通過ADO訪問數(shù)據(jù)庫， 從而查詢和分析各種水情信息，而且可以實現(xiàn)自動生產(chǎn)相 關(guān)圖表的功能，以方便打印輸出分析。具體查詢功能包括： 雨量信息查詢，即一年當中某日的雨量統(tǒng)計數(shù)據(jù)或者某年 某月的平均雨量統(tǒng)計數(shù)據(jù);流量信息查詢，在界面中輸入 相應(yīng)的查詢?nèi)掌?，或者一定的區(qū)間，就可以得出該日期或 者該時間段的全部采集點流量信息;查詢水位歷史信息， 按照不同的需要訂制不同的查詢區(qū)間，來獲取對應(yīng)的水位 歷史信息。

        四、模糊控制決策系統(tǒng)

        首先要對灌溉區(qū)歷年的降雨量、耗水量等數(shù)據(jù)信息作 出充分的分析，形成一個經(jīng)驗規(guī)則庫(知識庫)。還要考慮 到修改和維護的方便性，因此可以把該知識庫和其隸屬的 函數(shù)表存儲于數(shù)據(jù)庫中。再把灌溉區(qū)作物的生長日期、年 內(nèi)某時段的降雨量以及田間水位等實時信息作為輸入量。 獲取模糊控制器輸入變量后，再按照取大取小等模糊理論 的計算原則，結(jié)合建成的知識庫，做出模糊推理及判斷。

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