一、系统概述

系统采用分层分布式控制系统结构，包括分控中心（集中控制层）和泵站现场控制点（现地控制层）。

每个泵站现场控制点除了负责控制该泵站内水泵的启停外，还负责控制该泵站所辖灌区内电磁阀的启闭。电动阀的启闭控制和现场数据的采集由采用ZigBee技术的电磁阀基站来实现。每个泵站内设置ZigBee协调器，用于每套PLC与电磁阀基站的通信。

分控中心与所辖泵站的通信采用CDMA无线方式。

二、系统功能

1、泵站现场控制功能

通过PLC模组参与控制，可一键启动实现水泵运行、泵房出口管道水压恒压控制、电磁阀轮流导通实现所辖区域轮灌、轮灌结束自动停泵的全功能控制；

可采集田间作物生长环境参数，并报告给上位机；

可选择参与轮灌的轮灌组；

可选择轮灌时间长度；

在出现水泵机组故障时能自动将备用泵切入到运行状态，同时向上位机报警；

即使在PLC模组出现故障的情况下，也能全手动地控制水泵运行和电磁阀启闭，不会影响农作物的灌溉；

能接收并执行分控中心或总控制中心的控制命令；

2、电磁阀基站功能

能接收上级泵站内PLC模组通过ZigBee协调器发出的控制和采集命令；

能控制1路电动阀的启闭；

能输入电动阀的全开全关状态信号；

能采集2路模拟量数据。

3、分控中心功能

通过宽带网络，可以控制辖区内全部泵站及其轮灌组的启停和启闭运行；

可以采集辖区内全部泵站及其电磁阀的运行状态信息；

可以采集辖区内作物生长环境参数；

可以对辖区内泵站运行的故障进行报警提示；

可产生各种报表并归档打印。

可以收集各个泵房的动态视频图像并在视频处理软件中集中显示和储存；

支持总控中心发布控制命令。

4、系统数据通信方式

整个系统的主要通信方式是建立在TCP/IP协议之上的。分控中心通过有线宽带与Internet连接，泵房现场PLC模组通过CDMA无线模块与Internet连接，这样分控中心就与现场PLC模组实现TCP/IP通信了。其它有权用户，只要通过Internet，就可以实现控制泵站和灌区的目的。泵房现场PLC模组与电磁阀基站之间采用ZigBee通信方式，PLC模组与ZigBee协调器连接，电磁阀基站的ZigBee模块工作在路由模式或终端设备模式。视频图像也通过CDMA与Internet连接实现无线网络传输。

三、系统性能及技术参数

1、实用性的人机接口响应时间

（1） 调画面响应时间

操作员发出调画面命令到画面上全部静、动态数据都显示出来的时间，对于不同画面其响应时间分列如下：

重要画面和报警画面≤1s

90%常规画面≤2s

其他画面≤3s

（2） 数据库刷新到画面上实时数据刷新时间≤2s

（3） 操作员发执行命令到应答显示的响应时间≤3s

（4） 从出现报警信号到在画面上显示并发音响报警的响应时间≤2s

系统的时钟精度为±1ms

2、可靠性

计算机MTBF（平均无故障间隔时间） >40000h

现地控制单元MTBF      >50000h

外围设备及人机接口设备MTBF >17200h

通道平均故障时间 <24h/y

电源系统平均故障时间 <4h/y

设备平均故障排除时间 <1h

3、可维护性

可维护性指标为平均维修时间(MTTR)。按标准规定的要求为0.5小时，这是指扣除管理和备品备件运送时间外的维修时间。

4、实用性

在系统正式投入运行后的保证期内，该系统的可用率不低于99.95%，即系统的停机时间每年不多于4.5小时。

5、操作安全性

采取如下措施保证系统设备操作的安全性。

（1） 系统每项功能和操作的路径监视。

（2） 具有防误操作和自动、手动报警功能。

（3） 一旦设备功能失灵系统将自动报警并记录下来，一直保留至操作员发现为止。

（4） 对于不同级别的操作具有闭锁措施，此时仅允许当前控制级进行操作。

（5） 人机接口设备需一定的操作员控制权限及口令。

6、通讯安全性

（1）信息的任何错误将不致导致系统出现严重事故：如外部设备的误操作，系统主要功能故障，或者系统运行出错。任何错误或功能失效都给出报警信号。

（2）系统定期地通过正常使用或通过调试信息来证实通道工作正常。

（3）远方通讯信息错码的控制符合通讯协议，通道的误码率小于10-3。

7、软件和硬件的安全性

（1）电源故障保护和自动重启动。

（2）能设置和重新设置初始状态。

（3）能实现自检，并具有故障检测、清除、切换、以及报警等功能。

（4）具备软件故障自诊断，故障消除和报警功能。

（5）系统中任何位置的单个元件的任何故障都不会导致生产设备的误操作。

（6）软件和硬件的相应标签（即地址）是统一的。

（7）应用磁盘的时间将尽可能短。

（8）在系统的性能设计中考虑了重负荷和紧急临界状况。

8、可扩性及可变性的冗余能力

系统设计具有合理的软件和硬件结构，足够的冗余能力、存贮容量和接口，方便地扩充能力，因此系统的扩充和设备的增加不会影响原系统的工作性能及响应时间。

（1）分控中心正常运行时随机选择的30分钟时段内计算机CPU的平均负荷率小于30%，在分控中心紧急情况时10秒钟内的CPU平均负荷率小于50%。

（2） 外存具有60%以上的备用容量。

（3） 预留接口用于现地控制装置，外围设备及系统通讯的扩充。

四、应用领域

产品主要应用于农田水利领域。

五、工程实例：

本系统在江苏盐城大丰农田节水灌溉一期、二期、盐都节水灌溉等项目成功应用，实现智能灌溉、微灌和喷灌。该项目建成后，节水40%、节肥30%，产量增产15%，具有良好的经济效益、社会效益和生态效益。