水利信息自动化问题的若干分析

近年来，在中央“关于实现农业现代化”的号召下，各级政府机构对农业水利的投入不断加大。各农业灌区正在根据预定计划，稳步扎实地实现农业水利信息自动化的续建配套改造计划。水利信息自动化是将计算机技术、现代通讯技术以及自动控制有机整合后，用于农业灌区的日常运行中，从而实现对水雨情、渠道泥沙厚度、渠道水位、流量、流速的实时监测和调控。通过对各级泵站、闸门的自动控制，完成对整个灌区的水利调度。

1 水利信息自动化系统结构和功能

系统一般由一个监控中心和若干个远方端站构成，必要时设中继站。监控中心站以微机系统为主体，配以数据通信设备；端站以单片微机或单板微机为主体，配以数据通信设备、传感器和（或）执行端；中继站由中继控制器和数据通信设备构成。监控中心站应配计算机专用电源，端站或中继站一般宜用蓄电池或太阳能电池工作。系统主要功能有：a.数据采集和命令执行，由端站的传感器和执行端完成；b.数据传输，由各站数据通信设备完成（见水利通信系统）；c.数据处理，由监控中心站微机系统完成数据识别、校验、存贮及分析计算作业，并可将数据及作业成果显示、打印。

2 灌区各级水利调度中心

灌区各级水利调度中心设置于灌区管理局以及下属的各调度总站。水利信息自动化建成后，替代了以往传统的水利调度手段，实现了水利调度的“有人值班，无人值守”。通过设置在调度中心的水费计收系统、水情采集系统、闸门监控系统、视频监控系统以及数据库备份系统，完成以下操作：a.面向灌区用水用户的水费计收；b.对渠道水位，流量以及渠道污泥厚度等的实时监测并显示；c.闸门的实时控制；d. 对重要部位的视频监控；e. 对各类重要数据的周期备份。

3 现地 PLC 控制系统

可编程控制器 PLC 以其逻辑运算复杂、运行可靠、易学易用、抗干扰性强、扩展容易、通信能力强等优点广泛应用于各行业。灌区现地控制系统采用以西门子 S7- 200PLC 为核心的现地 PLC 控制系统。通过与上位机的通讯以及编写 PLC控制程序，完成对闸门的远程控制，将该系统固定安装于各支、斗渠的闸房内。使存有控制程序的PLC 与启闭机电气控制柜有效连接，通过设置在调度中心的闸门控制软件对各级闸门进行远程操作。水利调度人员也可以通过设置在各闸房内的远程现地转换开关来切换远程操作和现场控制，从而确保闸门控制的灵活性，并且可以对特殊情况进行紧急处理。

4 各类水情、水文的采集

通过对各类水情、水文的采集，完成对水位、渠道流速等的实时监测，并将采集的数据应用于其他方面。选用适合灌区的压阻式水位传感器、超声波流速仪、超声波污泥厚度仪安装于渠道测井、测流桥等需要监测的部位，完成对水位、水速等的采集，从而为闸门自动控制、流量计算、水费计收等做好准备。在需要采集水位信息用于闸门控制的部位，将水位传感器放置于干、支、斗渠开挖的测井中的测量筒中，并根据实际情况调节水位传感器零点，从而实现对各渠系水位的精确测量。水位传感器将模拟信号转换为电流或电压信号传回 PLC后，经架设的通讯光缆传回调度中心实时显示。在只需读各种测量数据时，也可通过数传电台或基于GPRS 的无线通讯设备进行数据上传，完成监测要求。由于灌区水质复杂，选用超声波流速仪以及超声波污泥厚度仪，可以比较准确地测量和计算渠道流量，并且为渠道清淤工作提前预警。

5 视频监控系统

实时视频图像监视是当今最新多媒体技术的一个典型应用，集电视技术、传感技术、自动控制技术、多媒体网络技术、通信技术为一体，它采用模块化和总线结构，利用计算机网络有效地组合成功能完备、智能化程度高、综合性强的多媒体视频管理系统，充分发挥了计算机的功能，使操作简便灵活。

在条件许可的情况下，在灌区重要部位设置了视频监控点。由于农业灌溉在灌溉期间需要连续24h监视，因而采用红外一体网络摄像机。该摄像机性能优越，可实现对重要部位的全天候 360°监视，实时视频图像监视，完成所在安装环境周围的各种活动、监视对象的各种变化情况的图像信息采集。通过实时图像信息，增加控制中心运行管理人员操作、判断的依据，实现远程监视和图像数据信息网络共享，是灌区水量自动远程调度的重要组成部分。将前端摄像机采集的模拟信号通过编解码器数字化处理后，以数字信号的方式通过架设的专用光缆传回调度中心。由调度中心的视频监控软件选用实时录像功能，从而将历史现场图像记录下来，为事故分析提供最祥实的第一手材料。

6 无线及有线通信系统

由于农业灌溉渠系分布广、部分地区人员稀少的特殊性，灌区根据实际情况，采用有线通信和无线传输并存的通信方式。灌区通过水位差来调节闸门开度，最终达到水量调度。经合理设计后，在这些地方架设光纤进行有线专网传输；在仅需要实时显示各测量数据或自然条件恶劣的地方，采取通过数传电台或基于 GPRS 通信技术的 RTU通信模块上传数据。通过对数传电台或 RTU通信模块上传数据的时间间隔、信号类型的设置，可以同时上传各类不同数据，达到经济适用的目的。

在灌区的实际工作中，水利信息自动化的实现遵循开放兼容、技术先进、实时有效、稳定可靠、简单易操作、易扩展和使用成本低的原则，保证系统很好地完成农业灌溉实时数据采集和远程控制闸门的任务，从而实现农业水利的现代化。

参考文献：

[1]李军社.实时水情信息传输途径[J].陕西气象，2007（6）：43-44

[2]边党伟.水工闸门自动化监控系统的开发与应用研究[D].兰州：兰州理工大学，2007

[3]钱晓峰，秦霆镐，陈一民.水闸泵站计算机远程监控系统的研究开发[J].上海建设科技，2005（5）：61-63

作者简介：

陈畅达，湖北省黄冈市人，就读于长江大学工程技术学院信息系自动化60801班。

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