圩區一體化監控預警系統設計與應用

顧玉勤

（海鹽縣海塘管理所，浙江 海鹽 314300）

1 問題的提出

圩區作為水利工程的重要組成部分，涉及范圍廣，在防洪排澇中發揮著重要作用。目前大部分圩區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[1]。管理人員無法實時獲取水閘工程各項運行數據，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，人工采集匯報的數據到決策時已經滯后，防汛指令無法及時有效執行，導致防汛措施和實際情況脫節[2]。近幾年來，突發自然災害特別多，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，因此難以改變圩區管理的人工值守狀態。但是圩區作為保護人民群眾生命財產安全、減少洪澇災害損失和有效提高糧食生產能力的保障，實現信息化建設和自動化調度能夠充分發揮防洪工程效益，盡可能減少洪災損失，并將對環境的不利影響降到最小[5]。

因此，本文提出圩區一體化監控預警系統，利用高集成度一體化監控裝置實現視頻監控、水雨情監測、設備監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、降低現場安裝調試難度及建設和維護成本，且系統穩定性高，能達到圩區信息化管理和調度的目的。

2 系統框架

圩區的信息化管理是一個系統工程，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、計算機軟件及企業管理等。為科學合理地實現信息化建設，根據規劃設計原則，搭建系統框架遵循“平臺化，分層設計”的理念[6]。結合圩區實際管理情況和信息化建設的需求，將系統分為硬件設備和軟件平臺2個部分，圩區一體化監控預警系統框架見圖1。

圖1 系統框架圖

3 一體化裝置

3.1 裝置結構設計

在系統框架設計的功能基礎上，結合成本以及現場安裝環境設計圩區一體化監控裝置，具體結構見圖2。其中，設備箱是一體化裝置的核心部分，內部安裝監控終端以及光纖收發器等設備，與水位計、雨量筒、攝像頭和喇叭等設備同時安裝在立桿上，并通過線纜與被監控的設備連接成信息化系統。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

圩區一體化監控預警裝置的系統結構見圖3。裝置主要由現地和監控中心2部分組成?，F地部分主要由監控終端、水位計、閘門、光纖收發器等組成；監控中心主要包括交換機、硬盤錄像機、數據庫服務器等設備。

圖3 一體化裝置系統結構圖

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

根據監控終端采集的上述數據，通過系統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。當出現設備故障或水雨情變化異常時，監控終端實時發出預警并發送信息至服務器，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器和交換機等設備實時傳輸至硬盤錄像機，進行24 h監控視頻保存，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 監控終端

本系統采用可編程邏輯控制器作為監控終端，具有穩定性能好、功能強大、接口豐富等特點。通過終端自帶的RJ45網絡接口連接以太網接入監控中心；多路開關量輸入接口連接至閘門和泵組可監測其運行情況；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。監控終端與設備連線見圖4。

圖4 監控終端與設備連線圖

4 系統應用

在某圩區信息化建設過程中，應用圩區一體化監控預警裝置建設方案。裝置出廠前，模擬現場運行情況進行測試，運達現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，設備穩定可靠，后期維護及故障定位十分便捷。

某圩區監控管理系統平臺的建設，實現了該圩區“閘站可視化、操作可遠控、工情可監測、數據可留痕、險情可直播”的現代化管理目標，使圩區工程運行安全得到保障，工程效益也得到充分發揮。

5 結 語

圩區水利工作意義重大，必將迎來信息化、智能化的大發展和全面建設時期，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。本文結合圩區信息化建設特點，設計一種圩區一體化監控預警裝置。該裝置集水位、雨量、閘位、設備故障監測、視頻監控和閘門泵組監控于一體，出廠前即可模擬實際運行情況進行調試，能夠實現現場“傻瓜式”安裝，提高工程建設效率以及裝置運行的穩定性，同時降低前期建設和后期維護的人員投入，對圩區信息化建設具有一定意義。