SL651-2014 水文监测 RTU 解决方案

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