摘要：對水源井進行數(shù)字化監(jiān)控，保證水源井穩(wěn)定可靠的工作，對有關單位水源井的遠程調(diào)度和科學管理起到重要作用。本文通過介紹GF-221Ai GPRS DTU在水源井監(jiān)控中的應用,為系統(tǒng)集成商做類似項目提供一個有效的范例。
關鍵詞：水源井監(jiān)控、GPRS DTU

1 前言

利用最新的自動化技術對水源井進行監(jiān)控，已越來越成為一種趨勢。一般的水源井監(jiān)控采用PLC＋變送器實現(xiàn)的，主要監(jiān)測的對象包括：
水泵的三相電壓、三相電流，以及水泵的開停狀態(tài)。
水泵的遠程開?？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、三個電流變送器、流量計、壓力變送器、液位傳感器。
采用GF-300系列微型電動機保護＋變送器的水源井監(jiān)控，主要監(jiān)測的對象包括：
水泵的三相電壓、三相電流、三相有功功率、三相無功功率、功率因數(shù)、積分電度、零序電流、互序電流等電參量
水泵的開停狀態(tài)檢測。
水泵的過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、溫度保護、電動機熱模型保護、故障診斷。
水泵的遠程開?？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、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：
由于采用先進的算法直接測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。
功能強大，綜合的測量和保護功能保證水泵的可靠運行，。以及遠程維護。

2 系統(tǒng)結構

3　GF-221Ai GPRS DUT功能簡介
普通的GPRS模塊沒有內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，需要用戶提供TCP/IP的支持。對于普通的MCU系統(tǒng)需要在使用ＧＰＲＳ模塊的上位機統(tǒng)中嵌入TCP/IP這是一個復雜而繁瑣的工作?；谔峁┮环N簡便實用的通訊解決方案的需求，公司開發(fā)了GF-221系列DTU無線數(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
•使用簡便：用戶無需提供其他外圍電路即可通過普通串口實現(xiàn)與Internet互聯(lián)。
•全功能接口：20pin接口，包括語音、SIM卡外接線、來鈴指示、內(nèi)部電源和電源接口等多種信號,方便外對系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控和控制；其中可以根據(jù)客戶的要求來選擇如RS-232,RS-485,TTL等接口。
•功能強大：無須PC的撥號網(wǎng)絡，一套簡單的單片機設備，通過RS-232等串行協(xié)議即可實現(xiàn)與Internet交換數(shù)據(jù)。GF-221系列同時提供mail,fax,http,WebServer等功能,從而使用戶的應用搖身一變，成為全功能的Internet設備。數(shù)據(jù)終端永遠在線,即使在工作的中途由于某種原因突然掉電或重啟,GF-221系列會自動上線。
•配置靈活：用戶可通過軟件切換選擇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，設計時不考慮到不同環(huán)境下的應用，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。
•升級方便：GF-221系列具有Firmware在線升級功能，用戶可以方便的升級到更高版本。
•擴展性強：GF-221系列擁有強大的數(shù)據(jù)傳輸功能，用戶可將上位機與GF-221An/Bn/Cn構成一套完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，而不需要其他的設備。
•抗干擾性強：外殼采用冷軋板，堅固耐用，可以有效地抵御各種惡劣環(huán)境；抗強電磁干擾，并且高溫散熱能力極強；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備監(jiān)控、工廠車間設備監(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Internet的能力。
2、外界環(huán)境指標
•工作溫度：-30-60℃;
•濕度范圍：≤90%;
可在強電強磁環(huán)境下正常工作。(例如變電站)
3、內(nèi)部結構說明
•GF-221系列內(nèi)部由四部分構成：嵌入式TCP/IP的單片機系統(tǒng)、GPRS模塊、電源部分、外部接口部分。電源部分為單片機系統(tǒng)和GPRS模塊提供合適的電源。嵌入式單片機系統(tǒng)內(nèi)嵌了完整的TCP/IP協(xié)議，負責將用戶數(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模塊負責無線數(shù)據(jù)通訊。外部接口部分為一個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、擴展SIM卡接口、復位、定時選擇等接口。ETPro-221系列內(nèi)嵌的TCP/IP單片機系統(tǒng)部分和GPRS模塊之間是以串口方式連接的。用戶上位機與GF-221系列也是串口連接。這兩個串口連接可以進行獨立配置和操作的。(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。當處于非透明模式時，數(shù)據(jù)通過GF-221系列中的嵌入式單片機系統(tǒng)與GPRS模塊通訊。當處于透明模式時，數(shù)據(jù)可以透過GF-221系列直接聯(lián)接至服務器端口，與之通信。這兩種通信模式的切換是通過軟件來實現(xiàn)的。這兩種模式的存在為用戶提供了充分的使用自由。當上位機系統(tǒng)(例如常見的8bit單片機系統(tǒng))以非透明模式訪問Internet資源時，需要由上位機發(fā)送一些簡單的指令來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)；當上位機系統(tǒng)以透明模式訪問Internet資源，這種用法相當于直接與服務器端口通信，對數(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，數(shù)據(jù)的流向也有所不同。當用戶使用AT指令集時，GF-221系列自動過濾，用戶應用可以直接訪問GPRS模塊,用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過Serial2直接進入GPRS模塊；當用戶使用AT+i指令集時，用戶數(shù)據(jù)從Serial1進入GF-221系列后,由IP部分執(zhí)行相應的處理，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再包裝成適合無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包傳送到GPRS無線數(shù)據(jù)網(wǎng)關。
4　GF-300系列微型電動機保護功能簡介：

1．GF-300 微機型電動機保護的功能
不需要電壓、電流等變送器，三表法直接準確測量三相交流電壓、三相電流、三相有功功率、三相無功功率、頻率、功率因數(shù)、零序電流、負序電流、零序電壓、負序電壓、積分電度等電參量, 可以在變頻器環(huán)境下使用。
具有3路獨立的開關量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
6路開關量光隔輸入，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，可計算0－31次諧波。
三相異步電動機的反時限過負荷（熱過載）保護、不平衡（負序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉保護、接地（零序過流）保護、欠電壓保護、過電壓保護。
三相電動機轉子斷條、軸承損壞、絕緣監(jiān)測等故障診斷功能。
工作溫度：－20至70攝氏度
EMC性能如下：
試驗項目 1MHZ脈沖群
干擾試驗 靜電放電試驗 快速瞬變干擾試驗 輻射電磁場
試驗值 2.5KV 8KV 4KV 10V/M
參照標準 GB14598.13-1998，Ⅲ級 GB14598.4-1998, Ⅲ級 GB14598.10-1996, Ⅳ級 GB14598.9-1995, Ⅲ級
IEC標準idtIEC60255-22-1:1998 idtIEC60255-22-2:1996 idtIEC60255-22-4:1992 idtIEC60255-22-3:1989

2．GF-300微機型電動機保護的功能
不需要電壓、電流等變送器，三表法測量準確測量三相交流電壓、三相電流、有功、無功、頻率、功率因數(shù)、零序電流、負序電壓等電參量，數(shù)據(jù)刷新速度100次/S。測量數(shù)據(jù)刷新25次/S,也可以接成兩表法使用，兩表法下無法進行負序保護
具有4路獨立的開關量繼電器輸出，可以作為遙控、跳閘或者告警。
6路開關量光隔輸入，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。
三相異步電動機的過電流保護、不平衡（負序過流）保護、接地（零序過流）保護、啟動時間過長保護、堵轉保護、反時限過負荷（熱過載）保護、欠電壓保護、過電壓保護、溫度保護、電動機熱模型保護、故障診斷等。
線路三段過流速斷保護，反時限速斷保護，自動重合閘
可以通過正序和負序電流的計算，了解當前電動機是正轉還是反轉，防止電網(wǎng)事故產(chǎn)生相序錯誤而導致的電動機燒毀。
工作溫度：－40至70攝氏度