GarefowlGF-221AiGPRSDTU在水源井监控中的应用

摘要：对水源井进行数字化监控，保证水源井稳定可靠的工作，对有关单位水源井的远程调度和科学管理起到重要作用。本文通过介绍GF-221Ai GPRS DTU在水源井监控中的应用,为系统集成商做类似项目提供一个有效的范例。
关键词：水源井监控、GPRS DTU

1 前言

利用最新的自动化技术对水源井进行监控，已越来越成为一种趋势。一般的水源井监控采用PLC＋变送器实现的，主要监测的对象包括：
水泵的三相电压、三相电流，以及水泵的开停状态。
水泵的远程开停控制。
水源井的液位、出水管压力和流量。
采用的变送器或传感器包括：三相电压变器、三个电流变送器、流量计、压力变送器、液位传感器。
采用GF-300系列微型电动机保护＋变送器的水源井监控，主要监测的对象包括：
水泵的三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、功率因数、积分电度、零序电流、互序电流等电参量
水泵的开停状态检测。
水泵的过电流保护、不平衡（负序过流）保护、接地（零序过流）保护、启动时间过长保护、堵转保护、反时限过负荷（热过载）保护、欠电压保护、过电压保护、温度保护、电动机热模型保护、故障诊断。
水泵的远程开停控制。
水源井的液位、出水管压力和流量。
可以在变频环境下使用。
采用的变或传感器包括：三相电流互感器、流量计、压力变送器、液位传感器。
比较两种方案，后一种方案有以下诸多优点：
由于采用先进的算法直接测量不需要三相电压变送器和三相电流变送器，降低成本。减少接线，便于安装。
功能强大，综合的测量和保护功能保证水泵的可靠运行，。以及远程维护。

2 系统结构

3　GF-221Ai GPRS DUT功能简介
普通的GPRS模块没有内嵌TCP/IP协议栈，需要用户提供TCP/IP的支持。对于普通的MCU系统需要在使用ＧＰＲＳ模块的上位机统中嵌入TCP/IP这是一个复杂而繁琐的工作。基于提供一种简便实用的通讯解决方案的需求，公司开发了GF-221系列DTU无线数据传输终端,它内嵌了TCP/IP协议栈，为不带TCP/IP通信协议处理能力的设备提供TIP/IP通信能力。GF-221Ai/GF-221An采用西门子MC35iGSM/GPRS通信模块。
1、产品特点
•使用简便：用户无需提供其他外围电路即可通过普通串口实现与Internet互联。
•全功能接口：20pin接口，包括语音、SIM卡外接线、来铃指示、内部电源和电源接口等多种信号,方便外对系统状态的监控和控制；其中可以根据客户的要求来选择如RS-232,RS-485,TTL等接口。
•功能强大：无须PC的拨号网络，一套简单的单片机设备，通过RS-232等串行协议即可实现与Internet交换数据。GF-221系列同时提供mail,fax,http,WebServer等功能,从而使用户的应用摇身一变，成为全功能的Internet设备。数据终端永远在线,即使在工作的中途由于某种原因突然掉电或重启,GF-221系列会自动上线。
•配置灵活：用户可通过软件切换选择GF-221系列透明传输模式和非透明传输模式。用户也可对Internet参数和GPRS参数自由配置。
•体积小巧：产品体积小巧，设计时不考虑到不同环境下的应用，避免了各种内因造成的工作隐患。既可以作为嵌入式使用，也可以外置使用。
•升级方便：GF-221系列具有Firmware在线升级功能，用户可以方便的升级到更高版本。
•扩展性强：GF-221系列拥有强大的数据传输功能，用户可将上位机与GF-221An/Bn/Cn构成一套完整的数据通信系统，而不需要其他的设备。
•抗干扰性强：外壳采用冷轧板，坚固耐用，可以有效地抵御各种恶劣环境；抗强电磁干扰，并且高温散热能力极强；加上性能优异的电源伺服电路，可以最大限度地保证在变电站设备监控、工厂车间设备监控等环境中正常使用。
•TCP/IP协议栈：GF-221系列内嵌了完整的TCP/IP协议族，包括TCP,UDP,FTP,PPP,TELNET,HTTP,WebServer,SMTP,Pop3等。内嵌的TCP/IP使GF-221系列有了访问Internet的能力。
2、外界环境指标
•工作温度：-30-60℃;
•湿度范围：≤90%;
可在强电强磁环境下正常工作。(例如变电站)
3、内部结构说明
•GF-221系列内部由四部分构成：嵌入式TCP/IP的单片机系统、GPRS模块、电源部分、外部接口部分。电源部分为单片机系统和GPRS模块提供合适的电源。嵌入式单片机系统内嵌了完整的TCP/IP协议，负责将用户数据打包成TCP/IP数据，或者将TCP/IP包剥离为用户数据。GPRS模块负责无线数据通讯。外部接口部分为一个20pin接口、GSC天线接口、SIM卡座接口；20pin接口提供了外界串口、状态指示口、扩展SIM卡接口、复位、定时选择等接口。ETPro-221系列内嵌的TCP/IP单片机系统部分和GPRS模块之间是以串口方式连接的。用户上位机与GF-221系列也是串口连接。这两个串口连接可以进行独立配置和操作的。(例如波特率和流控制方式)
4、传输模式
GF-221系列有两种工作模式：非透明模式和透明模式。当处于非透明模式时，数据通过GF-221系列中的嵌入式单片机系统与GPRS模块通讯。当处于透明模式时，数据可以透过GF-221系列直接联接至服务器端口，与之通信。这两种通信模式的切换是通过软件来实现的。这两种模式的存在为用户提供了充分的使用自由。当上位机系统(例如常见的8bit单片机系统)以非透明模式访问Internet资源时，需要由上位机发送一些简单的指令来实现数据的收发；当上位机系统以透明模式访问Internet资源，这种用法相当于直接与服务器端口通信，对数据的读写只用操作自身的串口。
GF-221系列在命令行状态收到AT和AT+I指令时，数据的流向也有所不同。当用户使用AT指令集时，GF-221系列自动过滤，用户应用可以直接访问GPRS模块,用户数据经过Serial2直接进入GPRS模块；当用户使用AT+i指令集时，用户数据从Serial1进入GF-221系列后,由IP部分执行相应的处理，比如将要发送至INTERNET的数打成TCP/IP包，再经Serial2发送给GPRS模块,GPRS再包装成适合无线传输的数据包传送到GPRS无线数据网关。
4　GF-300系列微型电动机保护功能简介：

1．GF-300 微机型电动机保护的功能
不需要电压、电流等变送器，三表法直接准确测量三相交流电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、频率、功率因数、零序电流、负序电流、零序电压、负序电压、积分电度等电参量, 可以在变频器环境下使用。
具有3路独立的开关量继电器输出，可以作为遥控、跳闸或者告警。
6路开关量光隔输入，也可以作为脉冲量输入。
2路直流输入(0-20mA或0-5V),可以接各种变送器。
两路隔离232或485通信接口，支持MODBUS规约。
FFT算法，可计算0－31次谐波。
三相异步电动机的反时限过负荷（热过载）保护、不平衡（负序过流）保护、启动时间过长保护、堵转保护、接地（零序过流）保护、欠电压保护、过电压保护。
三相电动机转子断条、轴承损坏、绝缘监测等故障诊断功能。
工作温度：－20至70摄氏度
EMC性能如下：
试验项目 1MHZ脉冲群
干扰试验 静电放电试验 快速瞬变干扰试验 辐射电磁场
试验值 2.5KV 8KV 4KV 10V/M
参照标准 GB14598.13-1998，Ⅲ级 GB14598.4-1998, Ⅲ级 GB14598.10-1996, Ⅳ级 GB14598.9-1995, Ⅲ级
IEC标准idtIEC60255-22-1:1998 idtIEC60255-22-2:1996 idtIEC60255-22-4:1992 idtIEC60255-22-3:1989

2．GF-300微机型电动机保护的功能
不需要电压、电流等变送器，三表法测量准确测量三相交流电压、三相电流、有功、无功、频率、功率因数、零序电流、负序电压等电参量，数据刷新速度100次/S。测量数据刷新25次/S,也可以接成两表法使用，两表法下无法进行负序保护
具有4路独立的开关量继电器输出，可以作为遥控、跳闸或者告警。
6路开关量光隔输入，也可以作为脉冲量输入。
4路隔离直流输入(0-20mA或0-5V),可以接各种变送器；
2路RS232/RS485通信接口，支持MODBUS规约。
三相异步电动机的过电流保护、不平衡（负序过流）保护、接地（零序过流）保护、启动时间过长保护、堵转保护、反时限过负荷（热过载）保护、欠电压保护、过电压保护、温度保护、电动机热模型保护、故障诊断等。
线路三段过流速断保护，反时限速断保护，自动重合闸
可以通过正序和负序电流的计算，了解当前电动机是正转还是反转，防止电网事故产生相序错误而导致的电动机烧毁。
工作温度：－40至70摄氏度