淺析灌區(qū)水利信息自動化
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摘要對灌區(qū)水利信息自動化進行介紹，包括灌區(qū)各級水利調度中心、現地PLC控制系統、各類水情水文的采集、視頻監(jiān)控系統和無線及有線通信系統5方面內容，以期為灌區(qū)水利自動化發(fā)展提供參考。
關鍵詞灌區(qū)；水利信息自動化；陜西渭南
近年來，在中央“關于實現農業(yè)現代化”的號召下，各級政府機構對農業(yè)水利的投入不斷加大。各農業(yè)灌區(qū)正在根據預定計劃，穩(wěn)步扎實地實現農業(yè)水利信息自動化的續(xù)建配套改造計劃。水利信息自動化是將計算機技術、現代通訊技術以及自動控制有機整合后，用于農業(yè)灌區(qū)的日常運行中，從而實現對水雨情、渠道泥沙厚度、渠道水位、流量、流速的實時監(jiān)測和調控。通過對各級泵站、閘門的自動控制，完成對整個灌區(qū)的水利調度[1-2]。灌區(qū)水利信息自動化大體由以下幾部分組成：①灌區(qū)各級水利調度中心；②現地PLC控制系統；③各類水情、水文的采集；④視頻監(jiān)控系統；⑤無線及有線通信系統。
1灌區(qū)各級水利調度中心
灌區(qū)各級水利調度中心設置于灌區(qū)管理局以及下屬的各調度總站。水利信息自動化建成后，替代了以往傳統的水利調度手段，實現了水利調度的“有人值班，無人值守”[3]。通過設置在調度中心的水費計收系統、水情采集系統、閘門監(jiān)控系統、視頻監(jiān)控系統以及數據庫備份系統，完成以下操作：①面向灌區(qū)用水用戶的水費計收；②對渠道水位，流量以及渠道污泥厚度等的實時監(jiān)測并顯示；③閘門的實時控制；④對重要部位的視頻監(jiān)控；⑤對各類重要數據的周期備份[4]。
2現地PLC控制系統
可編程控制器PLC以其邏輯運算復雜、運行可靠、易學易用、抗干擾性強、擴展容易、通信能力強等優(yōu)點廣泛應用于各行業(yè)。灌區(qū)現地控制系統采用以西門子S7-200PLC為核心的現地PLC控制系統。通過與上位機的通訊以及編寫PLC控制程序，完成對閘門的遠程控制，將該系統固定安裝于各支、斗渠的閘房內。使存有控制程序的PLC與啟閉機電氣控制柜有效連接，通過設置在調度中心的閘門控制軟件對各級閘門進行遠程操作。灌區(qū)的閘門控制系統是基于各支、斗渠閘前閘后水位差異來實現對閘門開度的調節(jié)，中心值班人員通過上位閘門控制軟件發(fā)送目標水位，進而操作閘門動作，從而實現對各支、斗渠的水量配送，完成水利調度。水利調度人員也可以通過設置在各閘房內的遠程現地轉換開關來切換遠程操作和現場控制，從而確保閘門控制的靈活性，并且可以對特殊情況進行緊急處理[5]。
3各類水情、水文的采集
通過對各類水情、水文的采集，完成對水位、渠道流速等的實時監(jiān)測，并將采集的數據應用于其他方面。選用適合灌區(qū)的壓阻式水位傳感器、超聲波流速儀、超聲波污泥厚度儀安裝于渠道測井、測流橋等需要監(jiān)測的部位，完成對水位、水速等的采集，從而為閘門自動控制、流量計算、水費計收等做好準備。在需要采集水位信息用于閘門控制的部位，將水位傳感器放置于干、支、斗渠開挖的測井中的測量筒中，并根據實際情況調節(jié)水位傳感器零點，從而實現對各渠系水位的精確測量。水位傳感器將模擬信號轉換為電流或電壓信號傳回PLC后，經架設的通訊光纜傳回調度中心實時顯示。在只需讀取各種測量數據時，也可通過數傳電臺或基于GPRS的無線通訊設備進行數據上傳，完成監(jiān)測要求。由于灌區(qū)水質復雜，選用超聲波流速儀以及超聲波污泥厚度儀，可以比較準確地測量和計算渠道流量，并且為渠道清淤工作提前預警[6]。
4視頻監(jiān)控系統
實時視頻圖像監(jiān)視是當今最新多媒體技術的一個典型應用，集電視技術、傳感技術、自動控制技術、多媒體網絡技術、通信技術為一體，它采用模塊化和總線結構，利用計算機網絡有效地組合成功能完備、智能化程度高、綜合性強的多媒體視頻管理系統，充分發(fā)揮了計算機的功能，使操作簡便靈活。
在條件許可的情況下，在灌區(qū)重要部位設置了視頻監(jiān)控點。由于農業(yè)灌溉在灌溉期間需要連續(xù)24 h監(jiān)視，因而采用紅外一體網絡攝像機。該攝像機性能優(yōu)越，可實現對重要部位的全天候360°監(jiān)視，實時視頻圖像監(jiān)視，完成所在安裝環(huán)境周圍的各種活動、監(jiān)視對象的各種變化情況的圖像信息采集。通過實時圖像信息，增加控制中心運行管理人員操作、判斷的依據，實現遠程監(jiān)視和圖像數據信息網絡共享，是灌區(qū)水量自動遠程調度的重要組成部分。將前端攝像機采集的模擬信號通過編解碼器數字化處理后，以數字信號的方式通過架設的專用光纜傳回調度中心。由調度中心的視頻監(jiān)控軟件選用實時錄像功能，從而將歷史現場圖像記錄下來，為事故分析提供最祥實的第一手材料。
5無線及有線通信系統
由于農業(yè)灌溉渠系分布廣、部分地區(qū)人員稀少的特殊性，灌區(qū)根據實際情況，采用有線通信和無線傳輸并存的通信方式。灌區(qū)通過水位差來調節(jié)閘門開度，最終達到水量調度。經合理設計后，在這些地方架設光纖進行有線專網傳輸；在僅需要實時顯示各測量數據或自然條件惡劣的地方，采取通過數傳電臺或基于GPRS通信技術的RTU通信模塊上傳數據。通過對數傳電臺或RTU通信模塊上傳數據的時間間隔、信號類型的設置，可以同時上傳各類不同數據，達到經濟適用的目的。
6結語
在灌區(qū)的實際工作中，水利信息自動化的實現遵循開放兼容、技術先進、實時有效、穩(wěn)定可靠、簡單易操作、易擴展和使用成本低的原則，保證系統很好地完成農業(yè)灌溉實時數據采集和遠程控制閘門的任務，從而實現農業(yè)水利的現代化。
7參考文獻
[1] 李軍社.實時水情信息傳輸途徑[J].陜西氣象，2007（6）：43-44.
[2] 李笠，孫永飛.實時水情信息傳輸與共享網絡的研究和設計[J].水利水文自動化，2000（3）：8-10.
[3]邊黨偉.水工閘門自動化監(jiān)控系統的開發(fā)與應用研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2007.
[4] 錢曉峰，秦霆鎬，陳一民.水閘泵站計算機遠程監(jiān)控系統的研究開發(fā)[J].上海建設科技，2005（5）：61-63.
[5] 尚蔚.基于Java的多形式WEB視頻監(jiān)控系統的設計與實現[D].上海：東華大學，2010.
[6] 牛峰霞.集水井水位自動控制的改進[J].河北水利水電技術，2002（5）：20.
關鍵詞灌區(qū)；水利信息自動化；陜西渭南
近年來，在中央“關于實現農業(yè)現代化”的號召下，各級政府機構對農業(yè)水利的投入不斷加大。各農業(yè)灌區(qū)正在根據預定計劃，穩(wěn)步扎實地實現農業(yè)水利信息自動化的續(xù)建配套改造計劃。水利信息自動化是將計算機技術、現代通訊技術以及自動控制有機整合后，用于農業(yè)灌區(qū)的日常運行中，從而實現對水雨情、渠道泥沙厚度、渠道水位、流量、流速的實時監(jiān)測和調控。通過對各級泵站、閘門的自動控制，完成對整個灌區(qū)的水利調度[1-2]。灌區(qū)水利信息自動化大體由以下幾部分組成：①灌區(qū)各級水利調度中心；②現地PLC控制系統；③各類水情、水文的采集；④視頻監(jiān)控系統；⑤無線及有線通信系統。
1灌區(qū)各級水利調度中心
灌區(qū)各級水利調度中心設置于灌區(qū)管理局以及下屬的各調度總站。水利信息自動化建成后，替代了以往傳統的水利調度手段，實現了水利調度的“有人值班，無人值守”[3]。通過設置在調度中心的水費計收系統、水情采集系統、閘門監(jiān)控系統、視頻監(jiān)控系統以及數據庫備份系統，完成以下操作：①面向灌區(qū)用水用戶的水費計收；②對渠道水位，流量以及渠道污泥厚度等的實時監(jiān)測并顯示；③閘門的實時控制；④對重要部位的視頻監(jiān)控；⑤對各類重要數據的周期備份[4]。
2現地PLC控制系統
可編程控制器PLC以其邏輯運算復雜、運行可靠、易學易用、抗干擾性強、擴展容易、通信能力強等優(yōu)點廣泛應用于各行業(yè)。灌區(qū)現地控制系統采用以西門子S7-200PLC為核心的現地PLC控制系統。通過與上位機的通訊以及編寫PLC控制程序，完成對閘門的遠程控制，將該系統固定安裝于各支、斗渠的閘房內。使存有控制程序的PLC與啟閉機電氣控制柜有效連接，通過設置在調度中心的閘門控制軟件對各級閘門進行遠程操作。灌區(qū)的閘門控制系統是基于各支、斗渠閘前閘后水位差異來實現對閘門開度的調節(jié)，中心值班人員通過上位閘門控制軟件發(fā)送目標水位，進而操作閘門動作，從而實現對各支、斗渠的水量配送，完成水利調度。水利調度人員也可以通過設置在各閘房內的遠程現地轉換開關來切換遠程操作和現場控制，從而確保閘門控制的靈活性，并且可以對特殊情況進行緊急處理[5]。
3各類水情、水文的采集
通過對各類水情、水文的采集，完成對水位、渠道流速等的實時監(jiān)測，并將采集的數據應用于其他方面。選用適合灌區(qū)的壓阻式水位傳感器、超聲波流速儀、超聲波污泥厚度儀安裝于渠道測井、測流橋等需要監(jiān)測的部位，完成對水位、水速等的采集，從而為閘門自動控制、流量計算、水費計收等做好準備。在需要采集水位信息用于閘門控制的部位，將水位傳感器放置于干、支、斗渠開挖的測井中的測量筒中，并根據實際情況調節(jié)水位傳感器零點，從而實現對各渠系水位的精確測量。水位傳感器將模擬信號轉換為電流或電壓信號傳回PLC后，經架設的通訊光纜傳回調度中心實時顯示。在只需讀取各種測量數據時，也可通過數傳電臺或基于GPRS的無線通訊設備進行數據上傳，完成監(jiān)測要求。由于灌區(qū)水質復雜，選用超聲波流速儀以及超聲波污泥厚度儀，可以比較準確地測量和計算渠道流量，并且為渠道清淤工作提前預警[6]。
4視頻監(jiān)控系統
實時視頻圖像監(jiān)視是當今最新多媒體技術的一個典型應用，集電視技術、傳感技術、自動控制技術、多媒體網絡技術、通信技術為一體，它采用模塊化和總線結構，利用計算機網絡有效地組合成功能完備、智能化程度高、綜合性強的多媒體視頻管理系統，充分發(fā)揮了計算機的功能，使操作簡便靈活。
在條件許可的情況下，在灌區(qū)重要部位設置了視頻監(jiān)控點。由于農業(yè)灌溉在灌溉期間需要連續(xù)24 h監(jiān)視，因而采用紅外一體網絡攝像機。該攝像機性能優(yōu)越，可實現對重要部位的全天候360°監(jiān)視，實時視頻圖像監(jiān)視，完成所在安裝環(huán)境周圍的各種活動、監(jiān)視對象的各種變化情況的圖像信息采集。通過實時圖像信息，增加控制中心運行管理人員操作、判斷的依據，實現遠程監(jiān)視和圖像數據信息網絡共享，是灌區(qū)水量自動遠程調度的重要組成部分。將前端攝像機采集的模擬信號通過編解碼器數字化處理后，以數字信號的方式通過架設的專用光纜傳回調度中心。由調度中心的視頻監(jiān)控軟件選用實時錄像功能，從而將歷史現場圖像記錄下來，為事故分析提供最祥實的第一手材料。
5無線及有線通信系統
由于農業(yè)灌溉渠系分布廣、部分地區(qū)人員稀少的特殊性，灌區(qū)根據實際情況，采用有線通信和無線傳輸并存的通信方式。灌區(qū)通過水位差來調節(jié)閘門開度，最終達到水量調度。經合理設計后，在這些地方架設光纖進行有線專網傳輸；在僅需要實時顯示各測量數據或自然條件惡劣的地方，采取通過數傳電臺或基于GPRS通信技術的RTU通信模塊上傳數據。通過對數傳電臺或RTU通信模塊上傳數據的時間間隔、信號類型的設置，可以同時上傳各類不同數據，達到經濟適用的目的。
6結語
在灌區(qū)的實際工作中，水利信息自動化的實現遵循開放兼容、技術先進、實時有效、穩(wěn)定可靠、簡單易操作、易擴展和使用成本低的原則，保證系統很好地完成農業(yè)灌溉實時數據采集和遠程控制閘門的任務，從而實現農業(yè)水利的現代化。
7參考文獻
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[6] 牛峰霞.集水井水位自動控制的改進[J].河北水利水電技術，2002（5）：20.