符合规约
《水文监测数据通信规约SL651-2014》
《水资源监测数据传输规约SZY206-2016》

SL651-2014水文监测RTU解决方案

作者:唐山蓝普科技有限公司来源:唐山蓝普科技有限公司

1、行业背景

1.1行业背景及需求分析

  在水文监测系统建设时,由于河道、湖泊、水库地形复杂、分布的区域广等原因,实现现场监测管理难度很大,如何将监测现场采集到的雨量信息、水位信 息、图片等按监测要 求传输到监测中心时 需要解决的重要问题 , 水利部 SL51-2014《水文监测数据通信规约》规定了水文数据的采集和传输规范,我公 司采用 NB-IOT(兼容 GPRS)技术研发的 RTU 数据遥测终端,通过了水利部 SL51-2014 认证,可以实现水文监测的远程数据采集和传输。

实现无人执守及野外条件下监控,要求实现以下功能:

·      水位、雨量支持定时报和召测,如果水位或雨量到了警戒线,有了险情,马上超限报警。

·      采用低功耗设计,特别适用于太阳能供电的监测现场。

·      水情的远端监控,图片抓拍功能,可外接工业照相机,进行图片抓拍

·      通信功能:支持 NB-IOT、GPRS 通讯方式;支持与多中心进行数据通信; 支持实时在线、 定时唤醒两种工作模式。

·      采集水位、雨量传感器、流量计的数据;采集水泵或阀门运行状态、设备 供电状态和箱门开关状态。

·      支持远程参数设置、程序升级。

·      支持设备本身数据存储,掉电保存


1.2建设目标

建设方案的目标是提供一个包括前端采集和传输一体的 RTU设备、支持远 程设参数的配置软件、大数据云平台水情监控系统,该系统可实时监测各个监测 点河道、水库等的水文数据和图片,前端设备包括工业照相机、雨量计、水位计 等。水情信息、图片信息等通过 NB-IOT 或GPRS 无线传输发送;大数据云平台 提供设备权限管理、用户权限管理、信息查询统计等功能;参数设置软件提供RTU 设备的本地、远程参数修改和远程升级功能。


2、系统架构

2.1体系架构

前端由 Lanpu-1802 遥测终端 RTU 和水位计、雨量计、工业照相机组成;遥测终端 RTU 将水位计或雨量计的监测数据通过 NB-IOT 或GPRS 网络无线传输 发送至蓝普大数据监测云平台,监测人员通过 pc 或手机可以访问云平台查询水 情信息和管理设备。如下图所示:

2.2技术架构

  系统从逻辑上主要包括三个部分:水文遥测终端 RTU、蓝普大数据监测云平台、设置参数软件。下面分别描述这三部分的功能:

1.    水文遥测终端 RTU

  水文遥测终端RTU 采用了基于 NB-IOT 和SIM800C 通信模块设计,以 适应不同的传输场合,采用 STM32 核心处理系统,以嵌入式实时操作系统 作为软件支撑平台,主要用于水情遥测,具备数据采集、存储、远程上报,管理功能。设备采用了低功耗设计,具有多路传感器接口、产品支持多种工作模式,包括自报模式、查询应答模式;支持多中心站;大容量数据存储; 可以连接各种通信接口的传感器,包括脉冲、4-20mA、0-5V、RS485、RS232 等,具体有采集工业相机图片数据,支持抓拍、定时拍照功能;采集水位计 和雨量计、流量计、脉冲水表数据;采集设备供电状态和井盖门或箱门开关状态。支持监测参数定时上报、超限自动报警功能,可以监测自身供电电压, 耐强电磁干扰,内置看门狗电路,确保设备可以在各种复杂环境下长时间稳 定工作,永远在线。

2.    大数据云平台

系统采用 B/S 架构开发,分布式 Redis 缓存技术,让系统支持海量并发, Web 端能适应从 IE7 到IE9 和Firefox、Chrome 常用的浏览器,同时支持移动端 查看。提供 GIS 数据资源地图,对区域内所有监测点位的实时数据进行全景展示 与数据查询、分析等服务,系统能够接收前端设备上传的各种数据,进行分析处 理,保存监测数据、告警等信息至监控中心数据库中,用于水情监测业务系统展 示、分析、处理。大数据管理云平台使用包括 Spring MVC4.0+, MyBatis, Apache ,BootStrap, WebSocket 等技术,支持多种数据库 MySQL,Oracle, sqlserver 等。 分层设计:使用分层设计,分为dao,service,Controller,view 层,层次 清楚,低耦合,高内聚。 安全考虑:严格遵循了 web 安全的规范,前后台双重 验证,参数编码传输,密码 md5加密存储,shiro 权限验证,从根本上避免了 SQL注入,XSS 攻击,CSRF 攻击等常见的 web 攻击手段。

设备权限管理

3.    设置参数软件

根设参软件根据用户的需求可以对 RTU 进行配置,包括 IP 地址、上报 方式、编码数据类型选择、采样时间间隔,定时报间隔、报送阀值、时间设 定等,除了通过串口本地设置参数功能外,系统还支持通过GPRS 或 NB-IOT 远程设置参数、产品升级,如下图所示:

3、产品特色

3.1    RS485隔离端口

Lanpu-1802RTU 提供一路隔离 485 接口,设计采用了一个 3 通道隔离器、一 个三态差分线路驱动器,一个差分输入接收器和 ADI 公司的 isoPower®DC/DC转换器,它们采用 5 V 或者 3.3 V 单电源供电,实现完全集成的信号和电源隔离RS-485 解决方案,对 RS485 输入输出引脚提供±15kv ESD 保护,适合负责电磁环境、恶劣气象条件下使用。

3.2    NB-IOT 系统

Lanpu-1802 型 RTU可以选配 GPRS 或 NB-IoT 通信系统,NB-IoT 覆盖广且 深,比 GPRS 覆盖增强 20dB+;可以做到超低功耗,基于 AA 电池,使用寿命可超过 10 年;连接用户数量大,综上 NB-IoT 技术具有的低成本、广覆盖、低功 率、大连接等特征。

3.3 优越的扩展性能

各地水文的监控系统存在要求不同, 比如 使用《 水文监测数据 通信规约(SL651-2014)》、《水资源监测数据传输规约(SZY206-2016)》之中没有规定的扩展命令,每个地区要求监测的要素也不相同,数据采集设备如:流量计、水位 计等也差别也非常大,蓝普遥测终端机可以根据客户要求协议定制系统,大数据 云平台可以将其它厂家的 RTU系统纳入统一管理之下,可随时察看任何地区, 任一地点的实时水情信息。

3.4 集中管理,方便维护

系统采用一个中心平台,采用完善的权限管理系统,权限管理包括人员权限管理 和设备权限管理,用户只需一台普通 PC 登陆 web 后即可实时观测水情信息,可以通过手机客户端访问设备采集信息。

型    号

LANPU-1802


系统

主处理器

工业级嵌入式微控制器 STM32

操作系统

嵌入式 RTOS 操作系统


输入参数

DI 输入

8 路(光耦隔离)

模拟量输入

4 路 0-5V 或 4-20mA(通过拨码开关选择)


串口参数

RS232

2 路

RS485

2 路(可以选配一路隔离 RS485)


输出信号

4-20mA 输出

2 路

继电器输出

8 路

数据存储

64M

容量可选


通信方式

NB-IoT


GPRS




其它

供电

12-24V

工作温度

-40-85℃

尺寸

138*80*63mm

安装方式

导轨式