顧玉勤

（海鹽縣海塘管理所，浙江 海鹽 314300）

1 問題的提出

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行管理模式，閘門和泵組的啟閉操作由人工手動控制實現(xiàn)[1]。管理人員無法實時獲取水閘工程各項運行數(shù)據(jù)，機電設備的保護不夠完善且缺少遠程控制的后備保護。特別是汛期，雨情、水位變化快，人工采集匯報的數(shù)據(jù)到?jīng)Q策時已經(jīng)滯后，防汛指令無法及時有效執(zhí)行，導致防汛措施和實際情況脫節(jié)[2]。近幾年來，突發(fā)自然災害特別多，無法及時對災害做出有效反應，成為影響防洪排澇的主要因素[3]，導致圩區(qū)的防洪排澇和調度成為非常復雜的過程[4]，而且人力投入大、效率極為低下，效果不理想。

圩區(qū)信息化建設范圍廣、工期長、前期投入以及后期維護成本大，因此難以改變圩區(qū)管理的人工值守狀態(tài)。但是圩區(qū)作為保護人民群眾生命財產(chǎn)安全、減少洪澇災害損失和有效提高糧食生產(chǎn)能力的保障，實現(xiàn)信息化建設和自動化調度能夠充分發(fā)揮防洪工程效益，盡可能減少洪災損失，并將對環(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)控預警系統(tǒng)，利用高集成度一體化監(jiān)控裝置實現(xiàn)視頻監(jiān)控、水雨情監(jiān)測、設備監(jiān)測以及閘門和泵組自動化調度等功能，較大程度縮短建設工期、降低現(xiàn)場安裝調試難度及建設和維護成本，且系統(tǒng)穩(wěn)定性高，能達到圩區(qū)信息化管理和調度的目的。

2 系統(tǒng)框架

圩區(qū)的信息化管理是一個系統(tǒng)工程，涉及多學科內容，包括：水文水資源、水利工程、儀器儀表、自動控制、通信工程、圖形圖像、計算機軟件及企業(yè)管理等。為科學合理地實現(xiàn)信息化建設，根據(jù)規(guī)劃設計原則，搭建系統(tǒng)框架遵循“平臺化，分層設計”的理念[6]。結合圩區(qū)實際管理情況和信息化建設的需求，將系統(tǒng)分為硬件設備和軟件平臺2個部分，圩區(qū)一體化監(jiān)控預警系統(tǒng)框架見圖1。

圖1 系統(tǒng)框架圖

3 一體化裝置

3.1 裝置結構設計

在系統(tǒng)框架設計的功能基礎上，結合成本以及現(xiàn)場安裝環(huán)境設計圩區(qū)一體化監(jiān)控裝置，具體結構見圖2。其中，設備箱是一體化裝置的核心部分，內部安裝監(jiān)控終端以及光纖收發(fā)器等設備，與水位計、雨量筒、攝像頭和喇叭等設備同時安裝在立桿上，并通過線纜與被監(jiān)控的設備連接成信息化系統(tǒng)。該裝置支持市電或太陽能電池作為供電電源，一體化設計方式能夠提高安裝的便捷性和調試的高效性，有助于提升運行可靠性和降低后期維護頻率，實現(xiàn)降低成本的目的。

圖2 一體化裝置結構圖

3.2 工作原理

圩區(qū)一體化監(jiān)控預警裝置的系統(tǒng)結構見圖3。裝置主要由現(xiàn)地和監(jiān)控中心2部分組成?，F(xiàn)地部分主要由監(jiān)控終端、水位計、閘門、光纖收發(fā)器等組成；監(jiān)控中心主要包括交換機、硬盤錄像機、數(shù)據(jù)庫服務器等設備。

圖3 一體化裝置系統(tǒng)結構圖

該系統(tǒng)利用監(jiān)控終端采集水位計、雨量計、閘位計以及閘門控制電機和泵組等現(xiàn)地設備信息，并通過光纖網(wǎng)絡實時上傳至監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫服務器。服務器對數(shù)據(jù)進行處理分析后分別在軟件工作站平臺的水雨情監(jiān)測模塊和設備監(jiān)測模塊中顯示各類數(shù)據(jù)。

根據(jù)監(jiān)控終端采集的上述數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)自動判斷或管理人員決策判斷后，控制閘門潤滑、閘門鎖定、閘門啟閉以及泵組啟閉等并形成操作記錄。當出現(xiàn)設備故障或水雨情變化異常時，監(jiān)控終端實時發(fā)出預警并發(fā)送信息至服務器，提醒管理人員查看情況并及時采取措施，提高防洪排澇能力。

另外，一體化球機通過光纖收發(fā)器和交換機等設備實時傳輸至硬盤錄像機，進行24 h監(jiān)控視頻保存，同時實時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，提高管理單位調度指揮時的可視化效果，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、功能強大、接口豐富等特點。通過終端自帶的RJ45網(wǎng)絡接口連接以太網(wǎng)接入監(jiān)控中心；多路開關量輸入接口連接至閘門和泵組可監(jiān)測其運行情況；多路開關量輸出接口用于控制閘門潤滑、閘門鎖定、閘門啟閉以及泵組啟閉等；通過高速脈沖輸入接口采集雨量計信號，利用4~20 mA模擬量接口和RS485接口實時采集水位、閘位等信號。監(jiān)控終端與設備連線見圖4。

圖4 監(jiān)控終端與設備連線圖

4 系統(tǒng)應用

在某圩區(qū)信息化建設過程中，應用圩區(qū)一體化監(jiān)控預警裝置建設方案。裝置出廠前，模擬現(xiàn)場運行情況進行測試，運達現(xiàn)場后直接進行一體化安裝。不僅安裝效率高、調試簡單，同時降低設備調試及安裝的故障率，縮短工期20%以上，降低人員投入成本，設備穩(wěn)定可靠，后期維護及故障定位十分便捷。

某圩區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺的建設，實現(xiàn)了該圩區(qū)“閘站可視化、操作可遠控、工情可監(jiān)測、數(shù)據(jù)可留痕、險情可直播”的現(xiàn)代化管理目標，使圩區(qū)工程運行安全得到保障，工程效益也得到充分發(fā)揮。

5 結 語

圩區(qū)水利工作意義重大，必將迎來信息化、智能化的大發(fā)展和全面建設時期，也面臨著工程建設任務緊、涉及范圍廣、不確定因素多等諸多問題。本文結合圩區(qū)信息化建設特點，設計一種圩區(qū)一體化監(jiān)控預警裝置。該裝置集水位、雨量、閘位、設備故障監(jiān)測、視頻監(jiān)控和閘門泵組監(jiān)控于一體，出廠前即可模擬實際運行情況進行調試，能夠實現(xiàn)現(xiàn)場“傻瓜式”安裝，提高工程建設效率以及裝置運行的穩(wěn)定性，同時降低前期建設和后期維護的人員投入，對圩區(qū)信息化建設具有一定意義。