試論現(xiàn)代水利工程中自動(dòng)化系統(tǒng)問題

曹春芳

池州市城市防洪管理處 安徽池州 247000

水利工程自動(dòng)化是利用自動(dòng)化技術(shù)和信息化技術(shù)對(duì)水利設(shè)施實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，自動(dòng)采集水利工程信息，其中自動(dòng)化系統(tǒng)是核心部分，也是水利工程重要輔助設(shè)施。隨著水利工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，水利工程自動(dòng)化應(yīng)用也日益廣泛，普及范圍日益擴(kuò)大。自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性直接影響著數(shù)據(jù)采集和相關(guān)部門決策工作，因此必須要把控好水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)質(zhì)量。

1 現(xiàn)代水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)概述

水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)是分級(jí)型綜合性系統(tǒng)，其中包括信息收集、傳輸、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果反饋等部分，在應(yīng)用時(shí)，我們需要對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)分級(jí)，若是發(fā)生事故需要根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，之后采用分級(jí)處理法排查故障[1]。自動(dòng)化系統(tǒng)由各種自動(dòng)化元件組成，彼此作用不同，又具有不同物理性和電氣屬性，其中，輸入設(shè)備包括操作開關(guān)、電流電壓互感器、溫度傳感器、水位儀、攝像頭等，輸出設(shè)備包括中間繼電器、顯示器、指示燈、接觸器等，傳輸設(shè)備包括通信線、協(xié)議轉(zhuǎn)換卡、交換機(jī)等，處理設(shè)備包括PLC、微機(jī)保護(hù)、中控電腦等。

2 現(xiàn)代水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)問題分析

2.1 設(shè)計(jì)問題

現(xiàn)代水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)盡管具有一定應(yīng)用效果，但是系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍然不夠完善，與現(xiàn)代水利工程實(shí)際需求有所差異，需要采用先進(jìn)技術(shù)結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。自動(dòng)化系統(tǒng)較為復(fù)雜，其中包含的內(nèi)容較多，出現(xiàn)的故障類型也較多，如果在設(shè)計(jì)時(shí)與實(shí)際情況結(jié)合不到位，技術(shù)應(yīng)用不足，會(huì)直接對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響，導(dǎo)致各種故障問題。例如，三維淹沒分析設(shè)計(jì)時(shí)，沒有準(zhǔn)確采集現(xiàn)場(chǎng)高程及環(huán)境，就無法動(dòng)態(tài)模擬出不同水情雨情條件下現(xiàn)場(chǎng)淹沒情況，不能為防洪排澇調(diào)度提供有力依據(jù)；開度儀設(shè)計(jì)時(shí)，未根據(jù)水利工程實(shí)際需要選擇，導(dǎo)致開度儀無法適應(yīng)工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，過閘流量以及閘門水位參數(shù)不夠準(zhǔn)確，實(shí)際應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)閘門關(guān)閉不到位的現(xiàn)象[2]。

2.2 通信問題

現(xiàn)代水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)占據(jù)重要地位，是傳遞信息、傳達(dá)調(diào)度指令的工具。但也存在一些問題，需要進(jìn)一步優(yōu)化。通信系統(tǒng)的問題主要體現(xiàn)在如何科學(xué)選擇通信方式上，一般情況下會(huì)采用自建光纖的方式組建水雨情信息傳輸通訊網(wǎng)絡(luò)。但是傳輸距離長(zhǎng)且未考慮公網(wǎng)傳輸能力時(shí)，會(huì)使建設(shè)成本增加。同時(shí)需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)災(zāi)備和線路維護(hù)工作。自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行期會(huì)生成海量數(shù)據(jù)，其安全性極其重要，各種意外均可能引起通信網(wǎng)絡(luò)中斷和數(shù)據(jù)丟失。因此，有必要對(duì)重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全備份，保證一旦發(fā)生災(zāi)難，有備份數(shù)據(jù)作支撐，能夠迅速恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。另外要定期檢查并做好線路維護(hù)工作。否則會(huì)影響通信線路的正常運(yùn)行，導(dǎo)致遠(yuǎn)程操作失敗等一系列問題，進(jìn)而使水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行受到阻礙[3]。未充分發(fā)揮公共網(wǎng)絡(luò)多路由保護(hù)功能，未有效利用通信資源，未體現(xiàn)水利衛(wèi)星通信作用。

2.3 人員問題

自動(dòng)化是對(duì)人工操作的一種重大變革，傳統(tǒng)水利工程工作人員主要靠人工到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作。現(xiàn)代水利工程中，自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行需要專業(yè)技術(shù)人員作為保障，而傳統(tǒng)水利人員缺乏專業(yè)性，不了解計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)操作時(shí)極易出現(xiàn)問題，出現(xiàn)問題后查找不出故障點(diǎn)、不知道如何排除等狀況。比如在泵閘站遠(yuǎn)程控制時(shí)，沒有掌握自動(dòng)化操作流程而出現(xiàn)誤操作，導(dǎo)致反復(fù)開關(guān)機(jī)組、機(jī)組開關(guān)失敗等問題，影響了自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行；傳統(tǒng)水利維護(hù)人員不能全方位了解自動(dòng)化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，自動(dòng)化系統(tǒng)中斷時(shí)，不了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，不能結(jié)合PLC及其他設(shè)備掌握整個(gè)系統(tǒng)，不會(huì)根據(jù)報(bào)警信息判斷故障原因，找不到故障點(diǎn)，無法排除故障。這些不利于水利工程的持續(xù)發(fā)展。

2.4 管理問題

一方面，備件和易耗品的儲(chǔ)備管理不到位。自動(dòng)化系統(tǒng)涉及的電氣元件較多，在運(yùn)行一段時(shí)間之后有些易損耗部件需要及時(shí)更換，例如通訊模塊、防雷部件、電池等，否則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障，但是大部分運(yùn)行管理單位并沒有進(jìn)行備件和易耗品儲(chǔ)備管理工作，更換部件時(shí)通常當(dāng)即訂貨，但是周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，對(duì)系統(tǒng)使用產(chǎn)生影響。另一方面，檢定管理不到位。自動(dòng)化系統(tǒng)中的量測(cè)設(shè)備需要進(jìn)行定期檢定，但是當(dāng)前相關(guān)單位對(duì)于量測(cè)設(shè)備的檢定不夠重視，無法保證準(zhǔn)確性；很多單位并不知道量測(cè)設(shè)備何時(shí)不準(zhǔn)確，只有數(shù)據(jù)異常表現(xiàn)較大時(shí)才會(huì)檢定或是更換，這樣導(dǎo)致無法保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真、設(shè)備浪費(fèi)等問題。

3 現(xiàn)代水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)問題應(yīng)對(duì)措施

3.1 把控系統(tǒng)總體

現(xiàn)代水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)要想正常運(yùn)行需要做好維護(hù)管理工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的問題并采取相應(yīng)措施。對(duì)此，維護(hù)人員需要全方位把控自動(dòng)化系統(tǒng)整體情況，明確系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，把握整體布局，從全局層面把握系統(tǒng)中的各種設(shè)備，例如通信信號(hào)、控制指令等內(nèi)容。盡管自動(dòng)化系統(tǒng)復(fù)雜，線路和設(shè)備較多，但只要能夠清晰的展現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖就能夠直觀了解系統(tǒng)各個(gè)部分，進(jìn)行有效維護(hù)。根據(jù)系統(tǒng)通信拓?fù)鋱D，并與設(shè)備系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)圖配合確保自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。此外，把控好自動(dòng)化系統(tǒng)中的設(shè)備，明確設(shè)備使用情況，掌握其中的參數(shù)變化，確定系統(tǒng)中元件和設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)[4]。在系統(tǒng)發(fā)出故障警報(bào)之后按照故障燈指示對(duì)故障發(fā)生原因進(jìn)行查明，在部分故障中直接將故障原因表現(xiàn)處理。例如，利用溫度傳感器、中間繼電器等設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格管理，了解控制設(shè)備運(yùn)行情況，以便獲得更多精準(zhǔn)、高效數(shù)據(jù)，做到精準(zhǔn)定位問題。

3.2 優(yōu)化通信系統(tǒng)

水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)要想順利實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，需要科學(xué)選擇通信系統(tǒng)，同時(shí)考慮建設(shè)成本，利用好公共網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備傳輸信息，有效利用公共通信資源，盡可能的縮減光纖通信工程自建量，降低施工費(fèi)用一級(jí)網(wǎng)維護(hù)成本，降低工程人員工作量。根據(jù)具體要求科學(xué)設(shè)計(jì)，配置相應(yīng)的設(shè)施，避免出現(xiàn)不必要的資源浪費(fèi)，充分應(yīng)用水利衛(wèi)星通信網(wǎng)，確保自動(dòng)化系統(tǒng)工作能夠順利完成，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)中的信息有效抵御災(zāi)害[5]。此外，還需要完善備用調(diào)度、數(shù)據(jù)災(zāi)備等中心，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，降低其中的安全風(fēng)險(xiǎn)。若是水閘PLC控制柜觸摸屏中沒有顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)在中控室的控制主機(jī)上也沒有關(guān)于水閘的信息，閘門仍然可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，故障出現(xiàn)原因主要是信息傳輸設(shè)備出現(xiàn)問題，若是通信異常則會(huì)使中控機(jī)、PLC難以獲得閘門運(yùn)行相關(guān)信息，對(duì)此，需要及時(shí)檢查，查看設(shè)備供電電源和交換機(jī)狀態(tài)。

3.3 加強(qiáng)人員培訓(xùn)

時(shí)代在進(jìn)步，與之相對(duì)應(yīng)的人類的思想也應(yīng)該進(jìn)一步跟隨時(shí)代的發(fā)展不斷得到提高。人才的貢獻(xiàn)在任何一個(gè)行業(yè)都至關(guān)重要?，F(xiàn)代水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要加大力度培訓(xùn)工作人員，組織操作及管理維護(hù)的技術(shù)人員進(jìn)行水利自動(dòng)化的專項(xiàng)培訓(xùn)，進(jìn)行系統(tǒng)的理論知識(shí)及實(shí)操培訓(xùn)，提高人員專業(yè)性，增強(qiáng)業(yè)務(wù)能力。招聘人才時(shí)適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)，注重人才綜合素質(zhì)。同時(shí)，制定計(jì)劃對(duì)人員進(jìn)行定期培訓(xùn)，制定激勵(lì)約束制度，以激發(fā)人員工作積極性，發(fā)揮人員的主觀能動(dòng)性，以促使操作和管理維護(hù)人員能夠勝任其工作。此外，需要制定操作規(guī)程，規(guī)范人員操作技能，防止由于違反操作出現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)故障，同時(shí)，組織基層單位專業(yè)技術(shù)人員接受相關(guān)培訓(xùn)，對(duì)其操作進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)考核，使操作管理人員可以自行勝任工作，并鼓勵(lì)人員加強(qiáng)學(xué)習(xí)專項(xiàng)業(yè)務(wù)，掌握操作和維護(hù)技能，確保自動(dòng)化系統(tǒng)使用正常、規(guī)范[6]。

3.4 完善管理工作

要想加強(qiáng)部件儲(chǔ)備管理和量測(cè)設(shè)備檢定管理，需要設(shè)置專門的自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)保障中心，以此為專家技術(shù)管理平臺(tái)，統(tǒng)一管理、維護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)，負(fù)責(zé)年度運(yùn)維費(fèi)用預(yù)算，定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查、故障排查和校準(zhǔn)設(shè)備、設(shè)備升級(jí)等作業(yè)，并編制自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行簡(jiǎn)報(bào)，及時(shí)將相關(guān)問題發(fā)送給運(yùn)行管理單位，并統(tǒng)一管理、儲(chǔ)備自動(dòng)化系統(tǒng)備件，根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)提醒相關(guān)人員及時(shí)檢定量測(cè)設(shè)備，對(duì)并檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行跟蹤，確保設(shè)備測(cè)量準(zhǔn)確、有效。

4 現(xiàn)代水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)問題具體案例

某水利工程為城市防洪具體樞紐，位于主城區(qū)河流上，該工程中，節(jié)制閘為16m，船閘為12m*90m，泵站設(shè)計(jì)流量60m3/s，機(jī)電設(shè)備為計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控，投資總量大大1.41億元。該工程自動(dòng)化系統(tǒng)是將復(fù)雜系統(tǒng)分解為不同功能，采用歸類、對(duì)比等方式推斷故障，排查故障點(diǎn)，并提出解決措施。

首先，維護(hù)人員需要了解系統(tǒng)整體情況，利用拓?fù)鋱D，并與PLC和其他設(shè)備系統(tǒng)圖配合掌握整個(gè)系統(tǒng)。掌握自動(dòng)化設(shè)備和元件正常運(yùn)行下的報(bào)警信息，設(shè)備上的故障顯示燈可以顯示故障原因、時(shí)間等信息。了解自動(dòng)化系統(tǒng)控制設(shè)備，了解系統(tǒng)控制監(jiān)視的設(shè)備，有利于判斷系統(tǒng)運(yùn)行情況。

其次，分析故障。自動(dòng)化系統(tǒng)本身復(fù)雜，這也導(dǎo)致故障表現(xiàn)形式不同，系統(tǒng)本身決定了故障表現(xiàn)，常見故障包括誤動(dòng)作、信息傳輸丟失等，根據(jù)故障實(shí)質(zhì)分成傳感元器件、執(zhí)行元器件、信息傳輸設(shè)備、主控設(shè)備等故障，這些故障與設(shè)備屬性有關(guān)。

以水利工程系統(tǒng)檢修為例闡述從整體采用逐層分層法確定故障，解決故障。例如，水閘PLC控制柜觸屏上數(shù)據(jù)消失，中控室主控機(jī)也沒有顯示，但是在閘門控制柜上仍然能夠操作。該故障因?yàn)楣收厦娣e大，缺乏單個(gè)感應(yīng)器以及執(zhí)行器影響電量顯示，初步確定故障位于信息傳輸設(shè)備。由于本地能夠自動(dòng)操作閘門，這就表示閘門PLC正常，但是通訊異常導(dǎo)致觸摸屏、中控機(jī)無法收集PLC信息，因此故障位于通訊傳輸設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。也就是說，內(nèi)外閘首、節(jié)制閘等部分通信設(shè)備影響的設(shè)備主要為4#交換機(jī)。對(duì)于該故障，需要先檢查交換機(jī)，發(fā)現(xiàn)電源指示燈未亮，也就是說故障點(diǎn)即為該設(shè)備，之后對(duì)設(shè)備供電電壓進(jìn)行測(cè)量，無異常，并更換交換機(jī)，系統(tǒng)運(yùn)行恢復(fù)[7]。再比如，3#和4#主機(jī)中的定子溫度異常，相對(duì)于正常溫度超出40℃左右，這就表示主機(jī)電子線圈中的鉑熱電阻有問題，通過判斷自動(dòng)化調(diào)節(jié)中情況發(fā)現(xiàn)該設(shè)備是由于安裝問題導(dǎo)致的，對(duì)此，需要排查系統(tǒng)接線，發(fā)現(xiàn)端子未擰緊，處理完后溫度變?yōu)檎！?/p>

5 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程復(fù)雜，相關(guān)的內(nèi)容比較多，極易導(dǎo)致各種故障，為了使該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，明確故障點(diǎn)，及時(shí)解決故障，需要有效預(yù)防易發(fā)故障，并了解好自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選擇合適的通信設(shè)備，確保信息傳輸正常，組建高素質(zhì)的自動(dòng)化系統(tǒng)操作隊(duì)伍，進(jìn)而為現(xiàn)代水利工程自動(dòng)化發(fā)展提供有力保障。