自動化技術(shù)在水利工程中的應用

陳小龍

（1.西安迪飛科技有限責任公司 陜西 西安 710018；2.陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院 陜西 西安 710018）

1 前言

水利行業(yè)較石油、化工、冶金、輕工業(yè)等行業(yè)應用自動化技術(shù)較晚，但隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)和系統(tǒng)工程等專業(yè)的高速發(fā)展，自動化技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于水文測報、洪水調(diào)度、大壩監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、設(shè)備控制等水利建設(shè)的各個方面[1]，大幅提升了水利現(xiàn)代化管理水平，為水利工程建設(shè)質(zhì)量和投資效益提高發(fā)揮了巨大的作用。近些年，自動化技術(shù)以水利相關(guān)信息的自動采集和水力設(shè)施的自動控制為著力點，在陜西水利行業(yè)的應用趨勢明顯上升，各新建、改造水利工程在運行管理過程中生產(chǎn)效益顯著提高，勞動成本和強度明顯下降，但仍然存在一些問題。筆者根據(jù)自身從事自動化測控技術(shù)咨詢、設(shè)計、實施的經(jīng)驗，針對水利工程自動化測控系統(tǒng)中存在的問題進行分析，并就自動化測控系統(tǒng)的建設(shè)和管理提出了合理建議。

2 水利工程自動化發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 系統(tǒng)建設(shè)情況

由于自動化技術(shù)在石油化工行業(yè)應用早、范圍廣，因此水利行業(yè)實施自動化測控系統(tǒng)也大都以石油化工行業(yè)標準為依據(jù)，適用性欠佳。近些年，隨著自動化測控系統(tǒng)在水利工程中的普遍應用，水利部頒布了諸如《水資源監(jiān)控設(shè)備基本技術(shù)條件》（SL426—2008）、《水利水電工程自動化設(shè)計規(guī)范》（SL612—2013）、《水利視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（SL515—2013）等一系列標準規(guī)范，為陜西省在水利工程中配套建設(shè)自動化測控系統(tǒng)提供了堅實的理論依據(jù)。目前，陜西省新建、改造水利工程大都配備了自動化測控系統(tǒng)，各工程普遍都包括數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和計算機監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。

2.1.1 系統(tǒng)主要配置

除前文提到的必不可少的五大系統(tǒng)外，一般還會根據(jù)工程實際情況增加繼電保護系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、衛(wèi)星校時系統(tǒng)等，下面主要對五大系統(tǒng)進行介紹。

計算機監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)：位于值班室或中控室，包含工業(yè)監(jiān)控計算機、操作臺等硬件設(shè)備和監(jiān)測與控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫等軟件。

通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：主要是采用以太網(wǎng)、GPRS/3G運營商網(wǎng)絡(luò)、數(shù)傳電臺、衛(wèi)星通道等途徑將計算機調(diào)度系統(tǒng)各個子系統(tǒng)或其他系統(tǒng)進行互聯(lián)，以達到采集數(shù)據(jù)、控制設(shè)備、共享數(shù)據(jù)等目的。

數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)：主要指的是用于數(shù)據(jù)采集的前端儀表，如：流量計、液位計、溫度計、閘位計等，這些設(shè)備的集成化程度往往根據(jù)具體的工程需求進行選擇，一般儀表監(jiān)測的數(shù)據(jù)都會進入PLC、RTU等設(shè)備。

設(shè)備控制系統(tǒng)：現(xiàn)地控制單元與PLC、RTU共同組成該部分，向上提供設(shè)備運行狀態(tài)信號，向下向設(shè)備下達運行命令。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)普遍由硬盤錄像機和前端視頻監(jiān)控攝像機構(gòu)成，既可獨立運行，也可嵌入到整個系統(tǒng)中。

圖1 自動化測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 某測控系統(tǒng)應用軟件界面圖

2.1.2 系統(tǒng)應用軟件

自動化測控系統(tǒng)的核心在于計算機調(diào)度系統(tǒng)中的應用軟件，該軟件一般采用已經(jīng)產(chǎn)品化的組態(tài)軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)與下位機進行通訊、展現(xiàn)工藝流程、采集監(jiān)測數(shù)據(jù)并存儲、遠程控制設(shè)備、異常情況報警、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。

2.2 系統(tǒng)運行管理情況

目前，就筆者接觸到的大部分水利工程而言，在自動化測控系統(tǒng)建成后，普遍都能有效改善運行管理環(huán)境，減少運行管理人員，為實現(xiàn)水利工程的“無人值班（少人值守）”創(chuàng)造了條件，發(fā)揮了積極的作用。

（1）通過自控系統(tǒng)的建設(shè)，水利工程運行管理單位也都建立了自控系統(tǒng)管理制度及操作流程，為現(xiàn)場操作提供了指導。

（2）針對自控系統(tǒng)的運維，各運維單位都設(shè)立了自控系統(tǒng)運行管理隊伍，但基本都是日常值班隊伍，且大都只知操作，不知維護。

（3）由于自控系統(tǒng)建設(shè)水平參差不齊，部分工程存在實際運行與預期相差較遠，存在著重建設(shè)輕應用的現(xiàn)象，最終導致自控系統(tǒng)有可能不能完全發(fā)揮作用。

（4）由于水利行業(yè)的特殊性，部分工程只有在豐水期才會正常運轉(zhuǎn)，自控系統(tǒng)的使用也就變得不是那么頻繁，造成了自控系統(tǒng)長期擱置，缺乏養(yǎng)護，導致部分元器件失靈的情況發(fā)生。

3 存在的主要問題

縱觀自控系統(tǒng)在水利工程中的應用情況，主要存在以下方面的問題：

（1）水利自動化投資受限

很多水利工程在規(guī)劃、設(shè)計之初都有自控系統(tǒng)的考慮，但后期往往由于整體工程投資受限，不得不將自控系統(tǒng)的投資進行壓縮，從而使得部分功能或設(shè)備缺失[2]，導致整個自控系統(tǒng)自動化程度降低，這種現(xiàn)象在中小工程或地方投資的項目中十分常見。

（2）招投標環(huán)節(jié)存在不足

水利自動化工程的設(shè)備和技術(shù)相對更新較快，設(shè)計單位只提工程量清單，且該部分工程往往包含在主體工程的某個標段中。自控系統(tǒng)的詳細設(shè)計大都在開工后由分包施工單位承擔，這就造成了自控系統(tǒng)的設(shè)計與實施缺乏審查、監(jiān)管，存在隨意性較大，不能完全保證工程質(zhì)量的問題。

（3）施工過程缺乏有效監(jiān)督

水利工程自動化在施工過程中，要么由分包標段監(jiān)理單位進行監(jiān)理，要么沒有監(jiān)理，而無論那種情況，都存在著沒有自控專業(yè)的監(jiān)理人員，缺乏對整個施工過程的有效監(jiān)督。

（4）質(zhì)量驗收評定標準難把握

在工程驗收時，由于缺乏自控系統(tǒng)的具體驗收標準而難以具體操作，質(zhì)量評定單位和業(yè)主往往只能從儀表、設(shè)備的數(shù)量、外觀、安裝等方面進行驗收，很難深入到具體功能和突發(fā)情況預警等方面，這給施工單位偷工減料留有了空間。

（5）自控系統(tǒng)缺乏有效維護

工程驗收、整體移交后，運營單位沒有專業(yè)的技術(shù)團隊來維護自控系統(tǒng)，當初的施工單位也很難及時到位，因此，自控系統(tǒng)長期處于缺乏維護狀態(tài)，導致部分設(shè)備性能或指標下降，從而有可能會致使整個自控系統(tǒng)癱瘓。

4 建議及對策

為了保證水利投資充分發(fā)揮效益，水利自動化系統(tǒng)除了要建設(shè)好之外，更要管理好，解決這些問題還需要很長的一個過程，筆者根據(jù)以上問題提出了一些建議：

（1）在工程招投標環(huán)節(jié)加強資質(zhì)管理

在包含有自動化系統(tǒng)的水利工程中，嚴格劃分標段，可以將自動化測控系統(tǒng)單獨成標強化資質(zhì)要求，例如可以同時要求具有系統(tǒng)集成資質(zhì)和水利行業(yè)資質(zhì)，因為這兩類資質(zhì)內(nèi)容都包含有自控系統(tǒng)的相關(guān)部分。

（2）工程建設(shè)中嚴格執(zhí)行第三方檢測機制

水利工程自動化工程監(jiān)測相比較傳統(tǒng)檢測機構(gòu)和技術(shù)而言，起步較晚，且自動化工程質(zhì)量檢測及管理目前還處于缺失狀態(tài)，研究出臺相關(guān)檢測及驗收的技術(shù)規(guī)范勢在必行，重要的工程還要實行第三方檢測。

（3）加強崗位相關(guān)培訓

在基層單位管理人員中開展自動化專項技術(shù)培訓，通過操作培訓及考核保證基層員工都能勝任崗位，激發(fā)工作人員學習熱情，加強其掌握技能的能力，保證自動化系統(tǒng)的使用及后期維護。

（4）依托水利行業(yè)信用市場建設(shè)，逐漸規(guī)范市場

目前，陜西省已經(jīng)建立水利行業(yè)市場主體信用體系，下一步將會逐步建立企業(yè)信用評價機制。在這期間，完全可以將自動化施工企業(yè)納入其中，對其系統(tǒng)運行狀況和售后服務(wù)工作進行監(jiān)督，迫使其不斷提高信譽度，為水利自動化事業(yè)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。陜西水利

[1]黃祚繼,黃忠赤,馬浩.水利工程自動化現(xiàn)狀與適應技術(shù)分析研究[J].《水利建設(shè)與管理》

[2]盧常亮,趙振.水利自動化工程存在問題分析及建議[J].《科技傳播》