一、系統(tǒng)概述

系統(tǒng)采用分層分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括分控中心（集中控制層）和泵站現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)（現(xiàn)地控制層）。

每個(gè)泵站現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)除了負(fù)責(zé)控制該泵站內(nèi)水泵的啟停外，還負(fù)責(zé)控制該泵站所轄灌區(qū)內(nèi)電磁閥的啟閉。電動(dòng)閥的啟閉控制和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集由采用ZigBee技術(shù)的電磁閥基站來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)泵站內(nèi)設(shè)置ZigBee協(xié)調(diào)器，用于每套PLC與電磁閥基站的通信。

分控中心與所轄泵站的通信采用CDMA無(wú)線方式。

二、系統(tǒng)功能

1、泵站現(xiàn)場(chǎng)控制功能

通過PLC模組參與控制，可一鍵啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)水泵運(yùn)行、泵房出口管道水壓恒壓控制、電磁閥輪流導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)所轄區(qū)域輪灌、輪灌結(jié)束自動(dòng)停泵的全功能控制；

可采集田間作物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)，并報(bào)告給上位機(jī)；

可選擇參與輪灌的輪灌組；

可選擇輪灌時(shí)間長(zhǎng)度；

在出現(xiàn)水泵機(jī)組故障時(shí)能自動(dòng)將備用泵切入到運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)向上位機(jī)報(bào)警；

即使在PLC模組出現(xiàn)故障的情況下，也能全手動(dòng)地控制水泵運(yùn)行和電磁閥啟閉，不會(huì)影響農(nóng)作物的灌溉；

能接收并執(zhí)行分控中心或總控制中心的控制命令；

2、電磁閥基站功能

能接收上級(jí)泵站內(nèi)PLC模組通過ZigBee協(xié)調(diào)器發(fā)出的控制和采集命令；

能控制1路電動(dòng)閥的啟閉；

能輸入電動(dòng)閥的全開全關(guān)狀態(tài)信號(hào)；

能采集2路模擬量數(shù)據(jù)。

3、分控中心功能

通過寬帶網(wǎng)絡(luò)，可以控制轄區(qū)內(nèi)全部泵站及其輪灌組的啟停和啟閉運(yùn)行；

可以采集轄區(qū)內(nèi)全部泵站及其電磁閥的運(yùn)行狀態(tài)信息；

可以采集轄區(qū)內(nèi)作物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)；

可以對(duì)轄區(qū)內(nèi)泵站運(yùn)行的故障進(jìn)行報(bào)警提示；

可產(chǎn)生各種報(bào)表并歸檔打印。

可以收集各個(gè)泵房的動(dòng)態(tài)視頻圖像并在視頻處理軟件中集中顯示和儲(chǔ)存；

支持總控中心發(fā)布控制命令。

4、系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信方式

整個(gè)系統(tǒng)的主要通信方式是建立在TCP/IP協(xié)議之上的。分控中心通過有線寬帶與Internet連接，泵房現(xiàn)場(chǎng)PLC模組通過CDMA無(wú)線模塊與Internet連接，這樣分控中心就與現(xiàn)場(chǎng)PLC模組實(shí)現(xiàn)TCP/IP通信了。其它有權(quán)用戶，只要通過Internet，就可以實(shí)現(xiàn)控制泵站和灌區(qū)的目的。泵房現(xiàn)場(chǎng)PLC模組與電磁閥基站之間采用ZigBee通信方式，PLC模組與ZigBee協(xié)調(diào)器連接，電磁閥基站的ZigBee模塊工作在路由模式或終端設(shè)備模式。視頻圖像也通過CDMA與Internet連接實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸。

三、系統(tǒng)性能及技術(shù)參數(shù)

1、實(shí)用性的人機(jī)接口響應(yīng)時(shí)間

（1） 調(diào)畫面響應(yīng)時(shí)間

操作員發(fā)出調(diào)畫面命令到畫面上全部靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)都顯示出來的時(shí)間，對(duì)于不同畫面其響應(yīng)時(shí)間分列如下：

重要畫面和報(bào)警畫面≤1s

90%常規(guī)畫面≤2s

其他畫面≤3s

（2） 數(shù)據(jù)庫(kù)刷新到畫面上實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新時(shí)間≤2s

（3） 操作員發(fā)執(zhí)行命令到應(yīng)答顯示的響應(yīng)時(shí)間≤3s

（4） 從出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)到在畫面上顯示并發(fā)音響報(bào)警的響應(yīng)時(shí)間≤2s

系統(tǒng)的時(shí)鐘精度為±1ms

2、可靠性

計(jì)算機(jī)MTBF（平均無(wú)故障間隔時(shí)間） >40000h

現(xiàn)地控制單元MTBF      >50000h

外圍設(shè)備及人機(jī)接口設(shè)備MTBF >17200h

通道平均故障時(shí)間 <24h/y

電源系統(tǒng)平均故障時(shí)間 <4h/y

設(shè)備平均故障排除時(shí)間 <1h

3、可維護(hù)性

可維護(hù)性指標(biāo)為平均維修時(shí)間(MTTR)。按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求為0.5小時(shí)，這是指扣除管理和備品備件運(yùn)送時(shí)間外的維修時(shí)間。

4、實(shí)用性

在系統(tǒng)正式投入運(yùn)行后的保證期內(nèi)，該系統(tǒng)的可用率不低于99.95%，即系統(tǒng)的停機(jī)時(shí)間每年不多于4.5小時(shí)。

5、操作安全性

采取如下措施保證系統(tǒng)設(shè)備操作的安全性。

（1） 系統(tǒng)每項(xiàng)功能和操作的路徑監(jiān)視。

（2） 具有防誤操作和自動(dòng)、手動(dòng)報(bào)警功能。

（3） 一旦設(shè)備功能失靈系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警并記錄下來，一直保留至操作員發(fā)現(xiàn)為止。

（4） 對(duì)于不同級(jí)別的操作具有閉鎖措施，此時(shí)僅允許當(dāng)前控制級(jí)進(jìn)行操作。

（5） 人機(jī)接口設(shè)備需一定的操作員控制權(quán)限及口令。

6、通訊安全性

（1）信息的任何錯(cuò)誤將不致導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重事故：如外部設(shè)備的誤操作，系統(tǒng)主要功能故障，或者系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)。任何錯(cuò)誤或功能失效都給出報(bào)警信號(hào)。

（2）系統(tǒng)定期地通過正常使用或通過調(diào)試信息來證實(shí)通道工作正常。

（3）遠(yuǎn)方通訊信息錯(cuò)碼的控制符合通訊協(xié)議，通道的誤碼率小于10-3。

7、軟件和硬件的安全性

（1）電源故障保護(hù)和自動(dòng)重啟動(dòng)。

（2）能設(shè)置和重新設(shè)置初始狀態(tài)。

（3）能實(shí)現(xiàn)自檢，并具有故障檢測(cè)、清除、切換、以及報(bào)警等功能。

（4）具備軟件故障自診斷，故障消除和報(bào)警功能。

（5）系統(tǒng)中任何位置的單個(gè)元件的任何故障都不會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)設(shè)備的誤操作。

（6）軟件和硬件的相應(yīng)標(biāo)簽（即地址）是統(tǒng)一的。

（7）應(yīng)用磁盤的時(shí)間將盡可能短。

（8）在系統(tǒng)的性能設(shè)計(jì)中考慮了重負(fù)荷和緊急臨界狀況。

8、可擴(kuò)性及可變性的冗余能力

系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有合理的軟件和硬件結(jié)構(gòu)，足夠的冗余能力、存貯容量和接口，方便地?cái)U(kuò)充能力，因此系統(tǒng)的擴(kuò)充和設(shè)備的增加不會(huì)影響原系統(tǒng)的工作性能及響應(yīng)時(shí)間。

（1）分控中心正常運(yùn)行時(shí)隨機(jī)選擇的30分鐘時(shí)段內(nèi)計(jì)算機(jī)CPU的平均負(fù)荷率小于30%，在分控中心緊急情況時(shí)10秒鐘內(nèi)的CPU平均負(fù)荷率小于50%。

（2） 外存具有60%以上的備用容量。

（3） 預(yù)留接口用于現(xiàn)地控制裝置，外圍設(shè)備及系統(tǒng)通訊的擴(kuò)充。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

產(chǎn)品主要應(yīng)用于農(nóng)田水利領(lǐng)域。

五、工程實(shí)例：

本系統(tǒng)在江蘇鹽城大豐農(nóng)田節(jié)水灌溉一期、二期、鹽都節(jié)水灌溉等項(xiàng)目成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能灌溉、微灌和噴灌。該項(xiàng)目建成后，節(jié)水40%、節(jié)肥30%，產(chǎn)量增產(chǎn)15%，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益。