插花閘自動化控制系統(tǒng)存在的問題及對策

王自明， 王曉潔

(1.阜陽市茨淮新河插花樞紐管理所，安徽 阜陽 236136；2.阜陽市潁泉水利建筑有限公司，安徽 阜陽 236000)

插花樞紐工程已運行30多年，發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟和社會效益。由于存在嚴重的安全隱患，曾于2008年對節(jié)制閘工程進行除險加固，工程的調(diào)度運用初步實現(xiàn)了自動化控制。但是，目前仍存在一些影響運行安全的問題亟待解決。

1 工程存在的問題

工程存在的主要問題如下：

(1)自動化元件失靈。壓阻式滲壓傳感器、浮子式水位計等自動化元件，由于長期在水下工作，約過半損壞或失靈，亟待修復或校正。上、下游水位不能準確觀測，無法準確掌握工情水情，嚴重影響工程安全運行和有效管理；水閘滲壓不能準確觀測，滲壓數(shù)據(jù)不能完整記錄，無法判定閘室底部的揚壓力變化情況，存在嚴重的安全隱患。

(2)閘門開度儀與荷重測控儀出現(xiàn)故障。本工程配置17只閘門開度儀和17只閘門荷重測控儀。其中4只閘門開度儀、7只閘門荷重測控儀出現(xiàn)故障，閘門只能手動運行，無法實現(xiàn)自動化控制；閘門荷重傳感器4～20mA信號只有1路顯示，閘門荷載重量顯示誤差較大，嚴重影響電動機的使用和控制。

(3)PLC控制器無人-機界面。閘門現(xiàn)地控制單元PLC控制器為GE VersaMax系列，沒有配觸摸顯示人機界面，屬早期市場產(chǎn)品。VersaMax CPU模塊IC200CPUE05經(jīng)常失電死機，R區(qū)控制數(shù)據(jù)容易丟失，需廠家人員用專用編程工具重新灌入，維護極為不便。

(4)PLC性能不穩(wěn)定。該工程配置的PLC由于CPU模塊內(nèi)置以太網(wǎng)接口，價格便宜，曾廣泛使用，但因性能不穩(wěn)定，我省水利工程現(xiàn)大都淘汰該型PLC，無法購買相應配件。

(5)服務器已到淘汰周期。服務器、工作站等計算機設備已到淘汰周期，已超出保修期5～6年，運行現(xiàn)行軟件較慢，無法滿足操作系統(tǒng)和應用軟件升級。1#工作站已不能開機，服務器經(jīng)常死機不能穩(wěn)定運行。

(6)不能實現(xiàn)信息互通。插花閘服務器沒有與省水文、氣象信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，無法查閱水文、氣象數(shù)據(jù)。無專用路由設備，不能滿足上級OPC服務器調(diào)度、監(jiān)控需要。內(nèi)部網(wǎng)絡光纖通訊不暢，受船閘施工影響，管理所中控室到節(jié)制閘通信線路需重新架設。

(7)視頻監(jiān)控系統(tǒng)急需升級。視頻監(jiān)視系統(tǒng)為模擬標清設備，模擬信號干擾大、清析度低，不能滿足防汛調(diào)度部門要求。視頻矩陣和控制鍵盤故障，市場模擬產(chǎn)品已淘汰，無法購置替代設備。監(jiān)控圖像不能保存和調(diào)取，水閘安防存在漏洞，視頻監(jiān)視系亟待升級。

(8)不能滿足防汛要求。現(xiàn)有自控系統(tǒng)不能滿足防汛指揮調(diào)度信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)要求。節(jié)制閘和船閘控制系統(tǒng)各自成一體，互不聯(lián)系，沒有統(tǒng)一控制設備，不利于運行管理。為了工程能夠滿足防汛調(diào)度需求，保證工程安全度汛和平穩(wěn)運行，需要對自動化控制系統(tǒng)進行升級改造。

2 對 策

2.1 采取對策的設計原則

針對自動化控制設備既有故障與問題，以恢復系統(tǒng)正常功能，提升系統(tǒng)性能，滿足防汛抗旱工作需要，確保工程安全運行，同時又適當節(jié)約資金為原則選擇解決方案。根據(jù)以上原則，擬定以下解決方案：①充分利用現(xiàn)有設備，在現(xiàn)有設備基礎上升級改造，恢復系統(tǒng)正常功能，提升系統(tǒng)性能，滿足防汛抗旱工作需求。②國家明確規(guī)定屬于淘汰產(chǎn)品的，全部更新；③未明確規(guī)定為淘汰產(chǎn)品的，但因使用年限較長、運行中存在各種缺陷影響安全運行的自動化設備全部更新。④對于可以通過更換元器件恢復使用功能，且能安全運行的設備給予維修。

2.2 采取對策的設計要求

自動化控制系統(tǒng)設計要求如下應：①術先進、簡單可靠，高度冗余，操作靈活，維護方便；系統(tǒng)應實時性好，抗干擾能力強；人機接口功能強，操作方便。在保證整個系統(tǒng)可靠性、實用性和實時性的前提下，體現(xiàn)先進性。②系統(tǒng)各部分設計有多種不同的組合，系統(tǒng)具備充分的適宜性。整個系統(tǒng)能夠得到全方位的技術支持，保證系統(tǒng)長期的運行和持續(xù)的技術發(fā)展。軟件設計具有開放式的結(jié)構，不僅平臺開放，而且數(shù)據(jù)也采用開放的數(shù)據(jù)庫模式，以保證系統(tǒng)的兼容性。③系統(tǒng)中各部分軟件、硬件均具有標準化的網(wǎng)絡接口和通訊協(xié)議，保證網(wǎng)絡運行的可靠性和通訊的連續(xù)性、完整性。④系統(tǒng)具有嚴格的安全性和保密性，從網(wǎng)絡安全到數(shù)據(jù)安全等各方面全面考慮，并經(jīng)過長時間實際應用的檢驗。系統(tǒng)能夠為工程的運行、維護、管理服務等提供各方面的支持，并通過合理地系統(tǒng)應用使工程優(yōu)化運行，提高綜合效益。⑤系統(tǒng)信息傳輸采用有線方式，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、可靠性及安全性。

3 采取對策的最終選擇

根據(jù)工程的實際需求，經(jīng)過多方案比較選擇如下：

(1)控制中心系統(tǒng)設備升級。更換2臺控制主機兼作操作員工作站，2臺機互為冗余備用，作為本樞紐控制中心。主機配置符合計算機發(fā)展迅速的特點，利用計算機領域的先進技術，使系統(tǒng)達到當代的先進水平。

(2)現(xiàn)地控制單元LCU維護升級。更換新型PLC控制器，PLC控制器集成MicroSD卡插槽，使用市面上通用的MicroSD卡即可實現(xiàn)程序的更新和PLC 固件升級，方便客戶工程師對最終用戶的服務支持，也省去了因PLC 固件升級返廠服務的不便。增加人機顯示界面，解決閘門荷重顯示不全問題，方便顯示和設置閘門運行參數(shù)。

(3)壓阻式滲壓傳感器、浮子式水位計等自動化元件維修和更換。對顯示不準確的傳感器進行校正，更換損壞的元件。滲壓計采集模塊返廠維修，保證水閘安全監(jiān)測準確記錄。

(4)更換對故障的閘門開度儀、閘門荷重測控儀，進行更換，校正閘門開度、荷重傳感器。

(5)維修水閘光纖通信線路，更換損壞的光纖收發(fā)器。增加專用路由設備和交換機，與省水文、氣象信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，傳輸水閘控制數(shù)據(jù)和圖像。

(6)視頻監(jiān)視系統(tǒng)升級為數(shù)字高清產(chǎn)品。采用網(wǎng)絡高清攝像機和數(shù)字硬盤錄像機，滿足防汛調(diào)度部門要求。網(wǎng)絡攝像機將圖像轉(zhuǎn)換為基于TCP/IP網(wǎng)絡標準的數(shù)據(jù)包，與音頻，控制信號一起通過交換機連接視頻服務器，傳送到IP網(wǎng)絡中。

(7)將節(jié)制閘和船閘監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。將其整合為1個控制調(diào)度系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

水閘自動化控制系統(tǒng)是水利工程現(xiàn)代化管理的一種先進手段，其以電子產(chǎn)品為主。高溫、灰塵和濕度過大是導致其損壞的主要原因。因此在使用過程中，要注意其工作環(huán)境的通風、散熱、除塵，還要經(jīng)常檢查電流、電壓是否正常，并做好防雷保護，以達到延長產(chǎn)品使用壽命，精準控制工程，節(jié)約工程管理經(jīng)費，保證工程安全運行的目的。