农田灌溉预付费解决方案

一、背景介绍

    2016年1月21日，国务院办公厅印发了《关于推进农业水价综合改革的意见》（国办发〔2016〕2号），要求建立健全农业水价形成机制；农业用水价格总体达到运行维护成本水平，农业用水总量控制和定额管理普遍实行，可持续的补贴和节水奖励机制基本建立，先进适用的农业节水技术措施普遍应用，农业种植结构实现优化调整。
    方案通过水权分配到户、用水用电计量收费、用水补贴、节水奖励、水权交易等方法，提升农民节水，实现农业用水总量控制。
二、政策支持
1、国家政策
    政策1：2016年“中央一号文件”

    1）把农田水利作为农业基础设施建设的重点，到2020年农田有效灌溉面积达到10亿亩以上，农田灌溉水有效利用系数提高到0.55以上；
    2）加快大中型灌区建设及续建配套与节水改造、大型灌排泵站更新改造；
    3）大力开展区域规模化高效节水灌溉行动，积极推广先进适用节水灌溉技术；
    4）稳步推进农业水价综合改革，实行农业用水总量控制和定额管理，合理确定农业水价，建立节水奖励和补贴机制，提高农业用水效率；
    5）完善用水权初始分配制度，培育水权交易市场；
    6）落实严格的水资源管理制度，强化水资源管理“三条红线”刚性约束，实行水资源消耗总量和强度双控行动；
    7）加强地下水监测，开展超采区综合治理。

    政策2：《农田水利条例》

    1）农田灌溉用水实行总量控制和定额管理相结合的制度；
    2）国家鼓励推广应用喷灌、微灌、管道输水灌溉、渠道防渗输水灌溉等节水灌溉技术，以及先进的农机、农艺和生物技术等，提高灌溉用水效率；
    3）粮食主产区和严重缺水、生态环境脆弱地区以及地下水超采地区应当优先发展节水灌溉；
    4）国家鼓励企业、农村集体经济组织、农民用水合作组织等单位和个人投资建设节水灌溉设施，采取财政补助等方式鼓励购买节水灌溉设备；
    5）规划建设商品粮、棉、油、菜等农业生产基地，应当充分考虑当地水资源条件；
    6）水资源短缺地区，限制发展高耗水作物;地下水超采区，禁止农田灌溉新增取用地下水。

2、地方政策

目前目光聚集点是在水资源上的地方，地下水灌溉的地区，以山东为例，就出台了山东省农业水价改革实施方案和济宁市农业水价改革实施方。

三、参考标准   

标准1：GBT50363-2018节水灌溉标准

    标准2：水技推〔2015〕69号《机井灌溉控制器测评方案》

四、方案选择
方案一：以农田灌溉预付费电能表为核心的本地方案
1.适用的场景：对用水量没有监控需求，计费方式是计电、计时或者以电折水。
2.农田灌溉预付费电能表：DTSY1352三相预付费电能表分别用于计量额定频率50Hz的三相交流有功电能，具有预付费控制、负载控制、时间控制及RS485通信等功能，性能指标符合GB/T17215.321-2008标准。下面是它的主要功能特点：
    1）射频卡购电，即刷即用：具备射频功能，使用非接触式射频卡购电；
    2）刷卡启停，自动计费：刷卡取电，再次刷卡停电并取回剩余金额/时间；
    3）计费方式多样：支持按电价购电和按时间购电；
    4）电量预警：具备报警功能，当剩余电量不足时，电表背光常亮提醒用户购电；
    5）自动启停，安全用电：具备科学的控制功能，如超负荷自动断电功能，单次灌溉时间断电功能。
    6）余额为0时电表自动跳闸断电；
    7）随用随取：超过设定使用时间的余额会自动存入电表，随时可以刷卡取回自己的余额；
    8）卡和表不绑定：支持一表多卡，一卡多表使用；
    9）史记录：卡内可记录本次充值后的近10条用电记录，再次充值后清除。
3.基本功能

    1）电能计量：正反向有功、无功电能计量以及三相分相正向有功电能；
    2）电量测量：基本电参量测量U、I、P、Q、S、PF、F；
    3）脉冲输出：有功脉冲输出、时钟脉冲输出；
    4）通讯功能：支持红外通讯和两路RS485通讯，同时支持Modbus、DL/T645-07。
4.功能介绍

    1）主界面

显示了主要功能：新卡开户，购电写卡，售电查询，读卡。   

    2）新卡开户

 该界面包含了客户新卡开户需要填写的信息

主要包含客户基本信息，电卡信息的填写，和购电结算方式的选择和灌溉时间的输入，电价和金额的填写。

       3）售电信息查询

   该界面默认主要显示了当月所有的购电记录，也可以通过条件查询购电记录，支持excel导出功能。

5.系统结构图

方案二：以水电一体控制器为核心的水电一体控制柜方案

1.适用的场景：对节水要求较高的地区，需要远程监控用水量的用电量状态的客户，对于用水总量控制，节水补贴刚需的地区。
2.水电一体控制柜：智能灌溉控制箱主要由金属保护箱、智能机井灌溉控制器、断路器、电表、交流接触器、电机保护器、避雷器等部分组成，采用立式安装，适合在田间地头使用。金属保护箱材质和尺寸可根据客户要求定制。可以单机使用，也可以接入云平台。主要有以下功能特点：
    1）多种计量方式：计水、计电、水电双计、以电折水。
    2）远程监控功能：控制器可以采集机井的总出水量、总用电量、年取水量、瞬时流量、水位、水泵运行状态、电源供电状态、控制箱门开关状态以及用户用水情况等信息，还可扩展监测水泵的三相电流、三相电压、土壤墒情、土壤温度等信息，并将这些信息实时上传到上层管理软件。
    3）一机多卡功能：一台控制器可以供多个用水户轮流刷卡使用。
    4）权限控制：可设置不同区域（村、组）的IC 卡不能相互串用，同一区域的用户卡只能在本区域使用，可以设置每个控制器的用户卡。
    5）远程启停：可通过管理软件或APP远程操作控制器实现水泵远程启停。
    6）刷卡主动上报：用水户在刷卡开、关泵时，控制器自动上报该用户的灌溉信息。
    7）故障报警及报警处理：当电表或远传水表、流量计发生故障时主动上报，当控制箱门被非法打开时主动上报，并带有语音报警提示。
    8）年取水量超限报警功能：当机井的年取水量超过所设的年取水量报警上限时，控制器主动上报报警信息给上层管理软件。
    9）超量自动停泵功能：当机井的年取水量超过设置的年开采量时，控制器自动控制停泵，液晶屏提示“年取水量超标停泵”，并且控制器主动把开采量超标信息上报给。
    10）卡内余额不足报警：用水户在刷卡取水时，如果剩余金额小于设定的报警下限时，控制器会自动发出语音报警，提示用户卡内余额不足，请及时充值。
    11）断电数据不丢失：用户在使用时，如果突然断电，控制器内的数据不会丢失，来电后用户可以继续使用。
    12）完善的电磁兼容性设计：完善的电磁兼容性设计和电源电路设计，具有较强的电磁兼容性和较宽的电源工作范围，适合没有零线的现场。
    13）防雷击保护功能：具有防雷击保护功能，能确保在雷雨季节安全运行。
    14）电机保护：具有缺相保护功能和过载保护功能，当三相中某一相缺相时，自动跳闸断电；当用电负荷超过允许功率时，自动跳闸断电。
    15）设备自检和故障诊断：具备设备自检和远程故障诊断功能，包括监测计量设备、控制设备、通讯模块、供电设备等，在设备出现故障时自动监测故障，对影响安全的故障设备具备自锁闭功能，并及时上报告警。
    注：云平台正在开发中，相关功能需等平台上线更新程序可用。
3.系统拓扑图

   可远程，可本地。

4.云平台功能

    1）首页

包含灌溉管理站地址，可以看到设备状态的统计，今日开户，充值金额，灌溉金额，灌 
溉电量，灌溉次数，灌溉时长的统计。

    2）灌溉管理站监控页面

可以更详细的看到各个灌溉箱的状态和每个灌溉箱的详细信息。

    3）大屏展示功能

该页面显示了灌溉管理站在地图中的所在区域，所有设备状态，今日灌溉电量情况，当月灌溉电量数据，月灌溉电量的度数、次数、时长、金额的统计图。