圩區(qū)一體化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

顧玉勤

（海鹽縣海塘管理所，浙江 海鹽 314300）

1 問(wèn)題的提出

圩區(qū)作為水利工程的重要組成部分，涉及范圍廣，在防洪排澇中發(fā)揮著重要作用。目前大部分圩區(qū)基本采用人工值守的運(yùn)行管理模式，閘門(mén)和泵組的啟閉操作由人工手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)[1]。管理人員無(wú)法實(shí)時(shí)獲取水閘工程各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，機(jī)電設(shè)備的保護(hù)不夠完善且缺少遠(yuǎn)程控制的后備保護(hù)。特別是汛期，雨情、水位變化快，人工采集匯報(bào)的數(shù)據(jù)到?jīng)Q策時(shí)已經(jīng)滯后，防汛指令無(wú)法及時(shí)有效執(zhí)行，導(dǎo)致防汛措施和實(shí)際情況脫節(jié)[2]。近幾年來(lái)，突發(fā)自然災(zāi)害特別多，無(wú)法及時(shí)對(duì)災(zāi)害做出有效反應(yīng)，成為影響防洪排澇的主要因素[3]，導(dǎo)致圩區(qū)的防洪排澇和調(diào)度成為非常復(fù)雜的過(guò)程[4]，而且人力投入大、效率極為低下，效果不理想。

圩區(qū)信息化建設(shè)范圍廣、工期長(zhǎng)、前期投入以及后期維護(hù)成本大，因此難以改變圩區(qū)管理的人工值守狀態(tài)。但是圩區(qū)作為保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全、減少洪澇災(zāi)害損失和有效提高糧食生產(chǎn)能力的保障，實(shí)現(xiàn)信息化建設(shè)和自動(dòng)化調(diào)度能夠充分發(fā)揮防洪工程效益，盡可能減少洪災(zāi)損失，并將對(duì)環(huán)境的不利影響降到最小[5]。

因此，本文提出圩區(qū)一體化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，利用高集成度一體化監(jiān)控裝置實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控、水雨情監(jiān)測(cè)、設(shè)備監(jiān)測(cè)以及閘門(mén)和泵組自動(dòng)化調(diào)度等功能，較大程度縮短建設(shè)工期、降低現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試難度及建設(shè)和維護(hù)成本，且系統(tǒng)穩(wěn)定性高，能達(dá)到圩區(qū)信息化管理和調(diào)度的目的。

2 系統(tǒng)框架

圩區(qū)的信息化管理是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及多學(xué)科內(nèi)容，包括：水文水資源、水利工程、儀器儀表、自動(dòng)控制、通信工程、圖形圖像、計(jì)算機(jī)軟件及企業(yè)管理等。為科學(xué)合理地實(shí)現(xiàn)信息化建設(shè)，根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則，搭建系統(tǒng)框架遵循“平臺(tái)化，分層設(shè)計(jì)”的理念[6]。結(jié)合圩區(qū)實(shí)際管理情況和信息化建設(shè)的需求，將系統(tǒng)分為硬件設(shè)備和軟件平臺(tái)2個(gè)部分，圩區(qū)一體化監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)框架見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)框架圖

3 一體化裝置

3.1 裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)的功能基礎(chǔ)上，結(jié)合成本以及現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境設(shè)計(jì)圩區(qū)一體化監(jiān)控裝置，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。其中，設(shè)備箱是一體化裝置的核心部分，內(nèi)部安裝監(jiān)控終端以及光纖收發(fā)器等設(shè)備，與水位計(jì)、雨量筒、攝像頭和喇叭等設(shè)備同時(shí)安裝在立桿上，并通過(guò)線纜與被監(jiān)控的設(shè)備連接成信息化系統(tǒng)。該裝置支持市電或太陽(yáng)能電池作為供電電源，一體化設(shè)計(jì)方式能夠提高安裝的便捷性和調(diào)試的高效性，有助于提升運(yùn)行可靠性和降低后期維護(hù)頻率，實(shí)現(xiàn)降低成本的目的。

圖2 一體化裝置結(jié)構(gòu)圖

3.2 工作原理

圩區(qū)一體化監(jiān)控預(yù)警裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。裝置主要由現(xiàn)地和監(jiān)控中心2部分組成。現(xiàn)地部分主要由監(jiān)控終端、水位計(jì)、閘門(mén)、光纖收發(fā)器等組成；監(jiān)控中心主要包括交換機(jī)、硬盤(pán)錄像機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等設(shè)備。

圖3 一體化裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)利用監(jiān)控終端采集水位計(jì)、雨量計(jì)、閘位計(jì)以及閘門(mén)控制電機(jī)和泵組等現(xiàn)地設(shè)備信息，并通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析后分別在軟件工作站平臺(tái)的水雨情監(jiān)測(cè)模塊和設(shè)備監(jiān)測(cè)模塊中顯示各類數(shù)據(jù)。

根據(jù)監(jiān)控終端采集的上述數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)判斷或管理人員決策判斷后，控制閘門(mén)潤(rùn)滑、閘門(mén)鎖定、閘門(mén)啟閉以及泵組啟閉等并形成操作記錄。當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障或水雨情變化異常時(shí)，監(jiān)控終端實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警并發(fā)送信息至服務(wù)器，提醒管理人員查看情況并及時(shí)采取措施，提高防洪排澇能力。

另外，一體化球機(jī)通過(guò)光纖收發(fā)器和交換機(jī)等設(shè)備實(shí)時(shí)傳輸至硬盤(pán)錄像機(jī)，進(jìn)行24 h監(jiān)控視頻保存，同時(shí)實(shí)時(shí)輸出至視頻工作站和LCD大屏供日常監(jiān)控和汛期指揮使用，提高管理單位調(diào)度指揮時(shí)的可視化效果，有助于提高防洪排澇能力。

3.3 監(jiān)控終端

本系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器作為監(jiān)控終端，具有穩(wěn)定性能好、功能強(qiáng)大、接口豐富等特點(diǎn)。通過(guò)終端自帶的RJ45網(wǎng)絡(luò)接口連接以太網(wǎng)接入監(jiān)控中心；多路開(kāi)關(guān)量輸入接口連接至閘門(mén)和泵組可監(jiān)測(cè)其運(yùn)行情況；多路開(kāi)關(guān)量輸出接口用于控制閘門(mén)潤(rùn)滑、閘門(mén)鎖定、閘門(mén)啟閉以及泵組啟閉等；通過(guò)高速脈沖輸入接口采集雨量計(jì)信號(hào)，利用4~20 mA模擬量接口和RS485接口實(shí)時(shí)采集水位、閘位等信號(hào)。監(jiān)控終端與設(shè)備連線見(jiàn)圖4。

圖4 監(jiān)控終端與設(shè)備連線圖

4 系統(tǒng)應(yīng)用

在某圩區(qū)信息化建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)用圩區(qū)一體化監(jiān)控預(yù)警裝置建設(shè)方案。裝置出廠前，模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)試，運(yùn)達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后直接進(jìn)行一體化安裝。不僅安裝效率高、調(diào)試簡(jiǎn)單，同時(shí)降低設(shè)備調(diào)試及安裝的故障率，縮短工期20%以上，降低人員投入成本，設(shè)備穩(wěn)定可靠，后期維護(hù)及故障定位十分便捷。

某圩區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了該圩區(qū)“閘站可視化、操作可遠(yuǎn)控、工情可監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)可留痕、險(xiǎn)情可直播”的現(xiàn)代化管理目標(biāo)，使圩區(qū)工程運(yùn)行安全得到保障，工程效益也得到充分發(fā)揮。

5 結(jié) 語(yǔ)

圩區(qū)水利工作意義重大，必將迎來(lái)信息化、智能化的大發(fā)展和全面建設(shè)時(shí)期，也面臨著工程建設(shè)任務(wù)緊、涉及范圍廣、不確定因素多等諸多問(wèn)題。本文結(jié)合圩區(qū)信息化建設(shè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種圩區(qū)一體化監(jiān)控預(yù)警裝置。該裝置集水位、雨量、閘位、設(shè)備故障監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控和閘門(mén)泵組監(jiān)控于一體，出廠前即可模擬實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)“傻瓜式”安裝，提高工程建設(shè)效率以及裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)降低前期建設(shè)和后期維護(hù)的人員投入，對(duì)圩區(qū)信息化建設(shè)具有一定意義。