圩区一体化监控预警系统设计与应用

顾玉勤

（海盐县海塘管理所，浙江 海盐 314300）

1 问题的提出

圩区作为水利工程的重要组成部分，涉及范围广，在防洪排涝中发挥着重要作用。目前大部分圩区基本采用人工值守的运行管理模式，闸门和泵组的启闭操作由人工手动控制实现[1]。管理人员无法实时获取水闸工程各项运行数据，机电设备的保护不够完善且缺少远程控制的后备保护。特别是汛期，雨情、水位变化快，人工采集汇报的数据到决策时已经滞后，防汛指令无法及时有效执行，导致防汛措施和实际情况脱节[2]。近几年来，突发自然灾害特别多，无法及时对灾害做出有效反应，成为影响防洪排涝的主要因素[3]，导致圩区的防洪排涝和调度成为非常复杂的过程[4]，而且人力投入大、效率极为低下，效果不理想。

圩区信息化建设范围广、工期长、前期投入以及后期维护成本大，因此难以改变圩区管理的人工值守状态。但是圩区作为保护人民群众生命财产安全、减少洪涝灾害损失和有效提高粮食生产能力的保障，实现信息化建设和自动化调度能够充分发挥防洪工程效益，尽可能减少洪灾损失，并将对环境的不利影响降到最小[5]。

因此，本文提出圩区一体化监控预警系统，利用高集成度一体化监控装置实现视频监控、水雨情监测、设备监测以及闸门和泵组自动化调度等功能，较大程度缩短建设工期、降低现场安装调试难度及建设和维护成本，且系统稳定性高，能达到圩区信息化管理和调度的目的。

2 系统框架

圩区的信息化管理是一个系统工程，涉及多学科内容，包括：水文水资源、水利工程、仪器仪表、自动控制、通信工程、图形图像、计算机软件及企业管理等。为科学合理地实现信息化建设，根据规划设计原则，搭建系统框架遵循“平台化，分层设计”的理念[6]。结合圩区实际管理情况和信息化建设的需求，将系统分为硬件设备和软件平台2个部分，圩区一体化监控预警系统框架见图1。

图1 系统框架图

3 一体化装置

3.1 装置结构设计

在系统框架设计的功能基础上，结合成本以及现场安装环境设计圩区一体化监控装置，具体结构见图2。其中，设备箱是一体化装置的核心部分，内部安装监控终端以及光纤收发器等设备，与水位计、雨量筒、摄像头和喇叭等设备同时安装在立杆上，并通过线缆与被监控的设备连接成信息化系统。该装置支持市电或太阳能电池作为供电电源，一体化设计方式能够提高安装的便捷性和调试的高效性，有助于提升运行可靠性和降低后期维护频率，实现降低成本的目的。

图2 一体化装置结构图

3.2 工作原理

圩区一体化监控预警装置的系统结构见图3。装置主要由现地和监控中心2部分组成。现地部分主要由监控终端、水位计、闸门、光纤收发器等组成；监控中心主要包括交换机、硬盘录像机、数据库服务器等设备。

图3 一体化装置系统结构图

该系统利用监控终端采集水位计、雨量计、闸位计以及闸门控制电机和泵组等现地设备信息，并通过光纤网络实时上传至监控中心数据库服务器。服务器对数据进行处理分析后分别在软件工作站平台的水雨情监测模块和设备监测模块中显示各类数据。

根据监控终端采集的上述数据，通过系统自动判断或管理人员决策判断后，控制闸门润滑、闸门锁定、闸门启闭以及泵组启闭等并形成操作记录。当出现设备故障或水雨情变化异常时，监控终端实时发出预警并发送信息至服务器，提醒管理人员查看情况并及时采取措施，提高防洪排涝能力。

另外，一体化球机通过光纤收发器和交换机等设备实时传输至硬盘录像机，进行24 h监控视频保存，同时实时输出至视频工作站和LCD大屏供日常监控和汛期指挥使用，提高管理单位调度指挥时的可视化效果，有助于提高防洪排涝能力。

3.3 监控终端

本系统采用可编程逻辑控制器作为监控终端，具有稳定性能好、功能强大、接口丰富等特点。通过终端自带的RJ45网络接口连接以太网接入监控中心；多路开关量输入接口连接至闸门和泵组可监测其运行情况；多路开关量输出接口用于控制闸门润滑、闸门锁定、闸门启闭以及泵组启闭等；通过高速脉冲输入接口采集雨量计信号，利用4~20 mA模拟量接口和RS485接口实时采集水位、闸位等信号。监控终端与设备连线见图4。

图4 监控终端与设备连线图

4 系统应用

在某圩区信息化建设过程中，应用圩区一体化监控预警装置建设方案。装置出厂前，模拟现场运行情况进行测试，运达现场后直接进行一体化安装。不仅安装效率高、调试简单，同时降低设备调试及安装的故障率，缩短工期20%以上，降低人员投入成本，设备稳定可靠，后期维护及故障定位十分便捷。

某圩区监控管理系统平台的建设，实现了该圩区“闸站可视化、操作可远控、工情可监测、数据可留痕、险情可直播”的现代化管理目标，使圩区工程运行安全得到保障，工程效益也得到充分发挥。

5 结 语

圩区水利工作意义重大，必将迎来信息化、智能化的大发展和全面建设时期，也面临着工程建设任务紧、涉及范围广、不确定因素多等诸多问题。本文结合圩区信息化建设特点，设计一种圩区一体化监控预警装置。该装置集水位、雨量、闸位、设备故障监测、视频监控和闸门泵组监控于一体，出厂前即可模拟实际运行情况进行调试，能够实现现场“傻瓜式”安装，提高工程建设效率以及装置运行的稳定性，同时降低前期建设和后期维护的人员投入，对圩区信息化建设具有一定意义。