摘要：對(duì)水源井進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)控，保證水源井穩(wěn)定可靠的工作，對(duì)有關(guān)單位水源井的遠(yuǎn)程調(diào)度和科學(xué)管理起到重要作用。本文通過(guò)介紹GF-221Ai GPRS DTU在水源井監(jiān)控中的應(yīng)用,為系統(tǒng)集成商做類似項(xiàng)目提供一個(gè)有效的范例。
關(guān)鍵詞：水源井監(jiān)控、GPRS DTU

1 前言

利用最新的自動(dòng)化技術(shù)對(duì)水源井進(jìn)行監(jiān)控，已越來(lái)越成為一種趨勢(shì)。一般的水源井監(jiān)控采用PLC＋變送器實(shí)現(xiàn)的，主要監(jiān)測(cè)的對(duì)象包括：
水泵的三相電壓、三相電流，以及水泵的開(kāi)停狀態(tài)。
水泵的遠(yuǎn)程開(kāi)?？刂?。
水源井的液位、出水管壓力和流量。
采用的變送器或傳感器包括：三相電壓變器、三個(gè)電流變送器、流量計(jì)、壓力變送器、液位傳感器。
采用GF-300系列微型電動(dòng)機(jī)保護(hù)＋變送器的水源井監(jiān)控，主要監(jiān)測(cè)的對(duì)象包括：
水泵的三相電壓、三相電流、三相有功功率、三相無(wú)功功率、功率因數(shù)、積分電度、零序電流、互序電流等電參量
水泵的開(kāi)停狀態(tài)檢測(cè)。
水泵的過(guò)電流保護(hù)、不平衡（負(fù)序過(guò)流）保護(hù)、接地（零序過(guò)流）保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、反時(shí)限過(guò)負(fù)荷（熱過(guò)載）保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、溫度保護(hù)、電動(dòng)機(jī)熱模型保護(hù)、故障診斷。
水泵的遠(yuǎn)程開(kāi)?？刂?。
水源井的液位、出水管壓力和流量。
可以在變頻環(huán)境下使用。
采用的變或傳感器包括：三相電流互感器、流量計(jì)、壓力變送器、液位傳感器。
比較兩種方案，后一種方案有以下諸多優(yōu)點(diǎn)：
由于采用先進(jìn)的算法直接測(cè)量不需要三相電壓變送器和三相電流變送器，降低成本。減少接線，便于安裝。
功能強(qiáng)大，綜合的測(cè)量和保護(hù)功能保證水泵的可靠運(yùn)行，。以及遠(yuǎn)程維護(hù)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3　GF-221Ai GPRS DUT功能簡(jiǎn)介
普通的GPRS模塊沒(méi)有內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，需要用戶提供TCP/IP的支持。對(duì)于普通的MCU系統(tǒng)需要在使用ＧＰＲＳ模塊的上位機(jī)統(tǒng)中嵌入TCP/IP這是一個(gè)復(fù)雜而繁瑣的工作。基于提供一種簡(jiǎn)便實(shí)用的通訊解決方案的需求，公司開(kāi)發(fā)了GF-221系列DTU無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端,它內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議棧，為不帶TCP/IP通信協(xié)議處理能力的設(shè)備提供TIP/IP通信能力。GF-221Ai/GF-221An采用西門子MC35iGSM/GPRS通信模塊。
1、產(chǎn)品特點(diǎn)
•使用簡(jiǎn)便：用戶無(wú)需提供其他外圍電路即可通過(guò)普通串口實(shí)現(xiàn)與Internet互聯(lián)。
•全功能接口：20pin接口，包括語(yǔ)音、SIM卡外接線、來(lái)鈴指示、內(nèi)部電源和電源接口等多種信號(hào),方便外對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控和控制；其中可以根據(jù)客戶的要求來(lái)選擇如RS-232,RS-485,TTL等接口。
•功能強(qiáng)大：無(wú)須PC的撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)，一套簡(jiǎn)單的單片機(jī)設(shè)備，通過(guò)RS-232等串行協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)與Internet交換數(shù)據(jù)。GF-221系列同時(shí)提供mail,fax,http,WebServer等功能,從而使用戶的應(yīng)用搖身一變，成為全功能的Internet設(shè)備。數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線,即使在工作的中途由于某種原因突然掉電或重啟,GF-221系列會(huì)自動(dòng)上線。
•配置靈活：用戶可通過(guò)軟件切換選擇GF-221系列透明傳輸模式和非透明傳輸模式。用戶也可對(duì)Internet參數(shù)和GPRS參數(shù)自由配置。
•體積小巧：產(chǎn)品體積小巧，設(shè)計(jì)時(shí)不考慮到不同環(huán)境下的應(yīng)用，避免了各種內(nèi)因造成的工作隱患。既可以作為嵌入式使用，也可以外置使用。
•升級(jí)方便：GF-221系列具有Firmware在線升級(jí)功能，用戶可以方便的升級(jí)到更高版本。
•擴(kuò)展性強(qiáng)：GF-221系列擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸功能，用戶可將上位機(jī)與GF-221An/Bn/Cn構(gòu)成一套完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，而不需要其他的設(shè)備。
•抗干擾性強(qiáng)：外殼采用冷軋板，堅(jiān)固耐用，可以有效地抵御各種惡劣環(huán)境；抗強(qiáng)電磁干擾，并且高溫散熱能力極強(qiáng)；加上性能優(yōu)異的電源伺服電路，可以最大限度地保證在變電站設(shè)備監(jiān)控、工廠車間設(shè)備監(jiān)控等環(huán)境中正常使用。
•TCP/IP協(xié)議棧：GF-221系列內(nèi)嵌了完整的TCP/IP協(xié)議族，包括TCP,UDP,FTP,PPP,TELNET,HTTP,WebServer,SMTP,Pop3等。內(nèi)嵌的TCP/IP使GF-221系列有了訪問(wèn)Internet的能力。
2、外界環(huán)境指標(biāo)
•工作溫度：-30-60℃;
•濕度范圍：≤90%;
可在強(qiáng)電強(qiáng)磁環(huán)境下正常工作。(例如變電站)
3、內(nèi)部結(jié)構(gòu)說(shuō)明
•GF-221系列內(nèi)部由四部分構(gòu)成：嵌入式TCP/IP的單片機(jī)系統(tǒng)、GPRS模塊、電源部分、外部接口部分。電源部分為單片機(jī)系統(tǒng)和GPRS模塊提供合適的電源。嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)嵌了完整的TCP/IP協(xié)議，負(fù)責(zé)將用戶數(shù)據(jù)打包成TCP/IP數(shù)據(jù)，或者將TCP/IP包剝離為用戶數(shù)據(jù)。GPRS模塊負(fù)責(zé)無(wú)線數(shù)據(jù)通訊。外部接口部分為一個(gè)20pin接口、GSC天線接口、SIM卡座接口；20pin接口提供了外界串口、狀態(tài)指示口、擴(kuò)展SIM卡接口、復(fù)位、定時(shí)選擇等接口。ETPro-221系列內(nèi)嵌的TCP/IP單片機(jī)系統(tǒng)部分和GPRS模塊之間是以串口方式連接的。用戶上位機(jī)與GF-221系列也是串口連接。這兩個(gè)串口連接可以進(jìn)行獨(dú)立配置和操作的。(例如波特率和流控制方式)
4、傳輸模式
GF-221系列有兩種工作模式：非透明模式和透明模式。當(dāng)處于非透明模式時(shí)，數(shù)據(jù)通過(guò)GF-221系列中的嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)與GPRS模塊通訊。當(dāng)處于透明模式時(shí)，數(shù)據(jù)可以透過(guò)GF-221系列直接聯(lián)接至服務(wù)器端口，與之通信。這兩種通信模式的切換是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這兩種模式的存在為用戶提供了充分的使用自由。當(dāng)上位機(jī)系統(tǒng)(例如常見(jiàn)的8bit單片機(jī)系統(tǒng))以非透明模式訪問(wèn)Internet資源時(shí)，需要由上位機(jī)發(fā)送一些簡(jiǎn)單的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)；當(dāng)上位機(jī)系統(tǒng)以透明模式訪問(wèn)Internet資源，這種用法相當(dāng)于直接與服務(wù)器端口通信，對(duì)數(shù)據(jù)的讀寫只用操作自身的串口。
GF-221系列在命令行狀態(tài)收到AT和AT+I指令時(shí)，數(shù)據(jù)的流向也有所不同。當(dāng)用戶使用AT指令集時(shí)，GF-221系列自動(dòng)過(guò)濾，用戶應(yīng)用可以直接訪問(wèn)GPRS模塊,用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)Serial2直接進(jìn)入GPRS模塊；當(dāng)用戶使用AT+i指令集時(shí)，用戶數(shù)據(jù)從Serial1進(jìn)入GF-221系列后,由IP部分執(zhí)行相應(yīng)的處理，比如將要發(fā)送至INTERNET的數(shù)打成TCP/IP包，再經(jīng)Serial2發(fā)送給GPRS模塊,GPRS再包裝成適合無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包傳送到GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)。
4　GF-300系列微型電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能簡(jiǎn)介：

1．GF-300 微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能
不需要電壓、電流等變送器，三表法直接準(zhǔn)確測(cè)量三相交流電壓、三相電流、三相有功功率、三相無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)、零序電流、負(fù)序電流、零序電壓、負(fù)序電壓、積分電度等電參量, 可以在變頻器環(huán)境下使用。
具有3路獨(dú)立的開(kāi)關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
6路開(kāi)關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。
2路直流輸入(0-20mA或0-5V),可以接各種變送器。
兩路隔離232或485通信接口，支持MODBUS規(guī)約。
FFT算法，可計(jì)算0－31次諧波。
三相異步電動(dòng)機(jī)的反時(shí)限過(guò)負(fù)荷（熱過(guò)載）保護(hù)、不平衡（負(fù)序過(guò)流）保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、接地（零序過(guò)流）保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)。
三相電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斷條、軸承損壞、絕緣監(jiān)測(cè)等故障診斷功能。
工作溫度：－20至70攝氏度
EMC性能如下：
試驗(yàn)項(xiàng)目 1MHZ脈沖群
干擾試驗(yàn) 靜電放電試驗(yàn) 快速瞬變干擾試驗(yàn) 輻射電磁場(chǎng)
試驗(yàn)值 2.5KV 8KV 4KV 10V/M
參照標(biāo)準(zhǔn) GB14598.13-1998，Ⅲ級(jí) GB14598.4-1998, Ⅲ級(jí) GB14598.10-1996, Ⅳ級(jí) GB14598.9-1995, Ⅲ級(jí)
IEC標(biāo)準(zhǔn)idtIEC60255-22-1:1998 idtIEC60255-22-2:1996 idtIEC60255-22-4:1992 idtIEC60255-22-3:1989

2．GF-300微機(jī)型電動(dòng)機(jī)保護(hù)的功能
不需要電壓、電流等變送器，三表法測(cè)量準(zhǔn)確測(cè)量三相交流電壓、三相電流、有功、無(wú)功、頻率、功率因數(shù)、零序電流、負(fù)序電壓等電參量，數(shù)據(jù)刷新速度100次/S。測(cè)量數(shù)據(jù)刷新25次/S,也可以接成兩表法使用，兩表法下無(wú)法進(jìn)行負(fù)序保護(hù)
具有4路獨(dú)立的開(kāi)關(guān)量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
6路開(kāi)關(guān)量光隔輸入，也可以作為脈沖量輸入。
4路隔離直流輸入(0-20mA或0-5V),可以接各種變送器；
2路RS232/RS485通信接口，支持MODBUS規(guī)約。
三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)電流保護(hù)、不平衡（負(fù)序過(guò)流）保護(hù)、接地（零序過(guò)流）保護(hù)、啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、反時(shí)限過(guò)負(fù)荷（熱過(guò)載）保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、溫度保護(hù)、電動(dòng)機(jī)熱模型保護(hù)、故障診斷等。
線路三段過(guò)流速斷保護(hù)，反時(shí)限速斷保護(hù)，自動(dòng)重合閘
可以通過(guò)正序和負(fù)序電流的計(jì)算，了解當(dāng)前電動(dòng)機(jī)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，防止電網(wǎng)事故產(chǎn)生相序錯(cuò)誤而導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)燒毀。
工作溫度：－40至70攝氏度