水閘自動化系統安全問題探討

馮良隊

水閘自動化系統安全問題探討

馮良隊

水閘自動化系統可以實現遠程自動監控功能，提升水閘管理的現代化和信息化水平，是實現水閘無人值守或少人值守的物理基礎。近年來，新建和加固的大中型水閘大多數都安裝了自動化系統，為水閘的運行管理提供了較大方便。水閘自動化系統一般包括視頻監視和微機監控系統，微機監控系統具有測量與控制、自動計算、顯示輸出、記錄、遠程傳輸等功能。視頻監視具有實時監視或錄像回放功能，監視工程現場情況，如上下游水面有無船只、漂浮物，水流流態以及啟閉機房內人員工作及設備運行情況等。

一、存在的安全問題

水閘自動化系統為水閘的運行管理提供便利條件。然而，由于設計方案缺陷、硬件設備故障、軟件系統不穩定及運行管理不善等原因，水閘自動化系統往往存在各種不安全因素，如方案設計不合理、硬件設備不可靠、工作環境不適宜、管理維護不及時等，對水閘運行安全造成不利影響，導致數據不能采集、控制系統失靈、設備元件損壞等，甚至造成閘門啟閉機和建筑結構的損壞。有的水閘因為自動化系統運行不穩定，可靠性差，管理單位在水閘控制運用時不敢采用遠程控制的方式，而采用現場手動操作的方式。有的水閘自動化系統因后期維護不到位，專業技術人員缺乏或維修資金不足，處于閑置或癱瘓狀況，使其成為一種高檔擺設。自動化系統存在的安全問題主要表現在設計方案先天不足、硬件設備可靠性差、軟件系統對安全方面考慮不周、運行管理不到位等幾個方面。

1.設計方案

設計方案的總體構架是否合理、安全冗余量的大小是水閘自動化系統能否安全運行的先決條件。有的水閘自動化系統設計目標不明確、功能不齊全，對安全問題考慮不周全；有的總體構架不合理，組網方案安全冗余量低（如組網采用枝狀還是環狀）；有的監測項目不全、點位采集不足，數據采集不準確；有的保護功能不足，自檢功能差，運行環境不合適；有的設備安全防護措施不到位等等。

2.硬件設備

水閘自動化系統的硬件設備包括電源、PLC、服務器、監控主機、編碼器、交換機等。因生產廠家的不同，同類設備在質量方面（如穩定性、可靠性、耐久性）差別較大；另外，不同設備因生產商不同，內置系統不同，兼容性和穩定性存在問題。硬件設備的使用環境，如戶內（外）、溫度、濕度、電磁干擾、振動、防雷擊、防浪涌等，如果選擇不當則會對設備的穩定性和使用壽命產生不利影響；設備老化、故障、損壞能否及時發現并加以維護，也是保持系統安全運行的重要因素。另外電子元器件故障的產生有其突然性，無明顯征兆，不易檢查。

3.軟件系統

包括操作系統和應用軟件。操作系統要求穩定性好、應用功能齊全、具有多任務功能、數據處理功能，適合工業控制。應用軟件一般由專業公司根據具體工程，使用專業開發工具軟件進行編程開發。系統的目標要求、開發人員的水平、開發工具等因素，影響軟件的安全功能。軟件設計功能不全、程序執行不閉合、安全條件設置不全都可能影響軟件安全使用。有的軟件功能混亂，導致系統崩潰，甚至對硬件造成損壞。軟件的開發具有獨特性，往往由于原開發人員調離，軟件后期難以維護。

4.運行管理

水閘自動化系統專業性較強，一般需要專業對口、專業素質較強的管理人員進行運行維護管理。有些管理單位管理制度不健全，管理人員專業不對口，專業能力不強，人員培訓不到位，沒有編制操作規程及注意事項，未設置管理權限，硬件設備不能及時維修更新，軟件系統維護不力，數據不能及時備份。對一般的管理單位而言，水閘自動化系統僅是應用層面的，對軟件系統不具備專業開發維護的能力，導致問題積壓，最終造成系統癱瘓。另外系統設備老化后，維護更新資金不到位，設備帶病運行，故障頻發。

二、建議及對策

為了充分發揮水閘自動化系統功能和效益,必須從總體設計、硬件、軟件和管理方面加強其安全性、可靠性和可維護性。

1.設計方案

自動化監控系統以“無人值守或少人值守”為目標進行總體設計，本著安全可靠、技術先進、經濟、實用的原則進行配置，其中安全性是重要考量。

自動化系統的總體構架要合理、先進，能夠滿足功能和安全性要求，有較大安全冗余和安全系數。在進行方案設計時，從安全、投資等方面要進行方案優化、比選、論證。系統設計目標明確、功能相對齊全。目前，通訊組網一般采用環狀結構，要求監測項目、點位采集全面，數據采集準確；保護功能齊全，自檢功能好，運行環境適合，設備的安全防護措施完備。

2.硬件方面

應選擇性能穩定、安全可靠性強的設備，同時考慮不同設備間的兼容性，設備的適用環境和條件。電氣設備繼電保護功能應齊全，比如過載、低電壓、電流速斷、熱繼電器等，考慮各種安全因素，設置可靠的機械連鎖和電氣連鎖，防止誤操作。在遠程控制室內可設置“急停”按鈕，防止自動控制失靈，按下此按鈕可通過越級跳閘實現對工程設備的保護。自動監控系統的數據采集來自于各種傳感器、儀器儀表等，這些設備本身的準確性和可靠性直接影響自動化系統的安全性，比如閘位儀、電流表、綜合儀表等。可靠的接地系統、防雷擊和防浪涌等設備設施也是安全保障的重要措施。限位開關應具有較高可靠性，應經常檢查設備狀態，一旦失靈要立即更換；另外，可設置后備限位和多點控制。對卷揚式啟閉機可采用安全開度限位和最高位限位，對螺桿式啟閉機可設置最高位和最低位限位。增強機械保護，如連軸器過載脫扣保護等。

3.軟件方面

軟件系統除滿足先進性、功能性、穩定性、拓展性、易維護等要求，設計方面更應注重安全性。軟件安全包括系統本身的安全防護能力和軟件系統對工程設備的安全保護方面。前者指防病毒和黑客入侵能力，后者指對工程設備的安全設置。

（1）開發階段在設備保護、安全運行方面的考慮。根據水閘監控系統軟件的不同，主要包括工程的安全監測、閘門限位的保護、閘門卡阻保護、啟閉機保護、電動機過載保護、電氣設備保護、故障報警等方面。軟件設計人員在軟件編程前，要編制詳細的方案框架，做到目標功能清楚、模塊組成合理、開發工具適用、基礎數據齊全、參數設置準確、安全保護方案周全、故障診斷功能完善，特別是安全功能方面更應倍加重視。一旦軟件系統開發完成，交付管理單位使用，后期改動就比較困難了。目前，軟件系統對設備狀態的監控往往不夠完善，缺乏必要的故障監測與報警系統；另外，自動化系統一般具有Web遠程瀏覽功能，外網防護能力不足，然而一般的防衛殺毒軟件會把控制程序誤當作病毒刪除，這就需要選擇合適的防侵入軟件。

（2）應用階段的完善、升級。自動化系統的管理人員發現不足或部分程序組件不全及丟失要能夠及時維護、補充，最好找設計人員來解決。如果其他設計人員來做這項工作，那么與原系統的銜接就比較困難，容易造成功能混亂、系統崩潰。管理單位的管理人員應具備軟件系統重裝、參數設置和調試能力，及時進行數據保存和備份。根據操作環境變化、硬件系統的更新而同步進行軟件系統的升級，增強系統的安全性、可靠性。

4.管理方面

要使水閘自動系統發揮應有功能和作用，應加強管理，保持系統設備處于良好的工作狀態。要完善管理制度、操作制度、監護制度、記錄制度，做到制度化、規范化和精細化管理，并加以落實執行，從而保證管理有序，減少操作失誤。應選派專業對口人員負責維護管理，加強操作人員培訓，限定操作權限。加強巡視檢查，及時發現隱患、故障并加以排除。保證充足的資金投入，及時進行維修、完善和升級改造。加強事故應急預案制定和演練，根據系統實際情況，進行事故預想，進而制定對策和防范措施，以便在發生突發事故時，能夠正確快速地進行應急處理，把事故遏制在萌芽狀態，阻止事故的進一步發展。操作上盡量采用輸入閘門開度控制方式，以防在開啟或者關閉操作時通訊中斷。

三、結語

基于PLC和Web技術的水閘自動化系統是目前實現水閘自動化控制的主流方法。目前，水閘自動化系統還存在一些缺陷與不足，尤其是設備可靠性和系統的安全性得不到充分保證，要在應用管理過程中逐步加以總結、改進、完善，才能不斷推進水閘工程運行管理水平向自動化、現代化方向邁進，逐步實現水閘運行管理的無人值守

（作者單位：江蘇省淮沭新河管理處223005）