試論現代水利工程中自動化系統問題

曹春芳

池州市城市防洪管理處 安徽池州 247000

水利工程自動化是利用自動化技術和信息化技術對水利設施實現自動化控制，自動采集水利工程信息，其中自動化系統是核心部分，也是水利工程重要輔助設施。隨著水利工程建設規模的不斷擴大，水利工程自動化應用也日益廣泛，普及范圍日益擴大。自動化系統的可靠性直接影響著數據采集和相關部門決策工作，因此必須要把控好水利工程自動化系統質量。

1 現代水利工程自動化系統概述

水利工程自動化系統是分級型綜合性系統，其中包括信息收集、傳輸、數據處理和結果反饋等部分，在應用時，我們需要對自動化系統分級，若是發生事故需要根據故障現象進行原因分析，之后采用分級處理法排查故障[1]。自動化系統由各種自動化元件組成，彼此作用不同，又具有不同物理性和電氣屬性，其中，輸入設備包括操作開關、電流電壓互感器、溫度傳感器、水位儀、攝像頭等，輸出設備包括中間繼電器、顯示器、指示燈、接觸器等，傳輸設備包括通信線、協議轉換卡、交換機等，處理設備包括PLC、微機保護、中控電腦等。

2 現代水利工程自動化系統問題分析

2.1 設計問題

現代水利工程自動化系統盡管具有一定應用效果，但是系統設計仍然不夠完善，與現代水利工程實際需求有所差異，需要采用先進技術結合實際需求進行系統設計。自動化系統較為復雜，其中包含的內容較多，出現的故障類型也較多，如果在設計時與實際情況結合不到位，技術應用不足，會直接對自動化系統運行產生影響，導致各種故障問題。例如，三維淹沒分析設計時，沒有準確采集現場高程及環境，就無法動態模擬出不同水情雨情條件下現場淹沒情況，不能為防洪排澇調度提供有力依據；開度儀設計時，未根據水利工程實際需要選擇，導致開度儀無法適應工程現場環境，過閘流量以及閘門水位參數不夠準確，實際應用時出現閘門關閉不到位的現象[2]。

2.2 通信問題

現代水利工程自動化系統中，通信系統占據重要地位，是傳遞信息、傳達調度指令的工具。但也存在一些問題，需要進一步優化。通信系統的問題主要體現在如何科學選擇通信方式上，一般情況下會采用自建光纖的方式組建水雨情信息傳輸通訊網絡。但是傳輸距離長且未考慮公網傳輸能力時，會使建設成本增加。同時需要加強數據災備和線路維護工作。自動化系統運行期會生成海量數據，其安全性極其重要，各種意外均可能引起通信網絡中斷和數據丟失。因此，有必要對重要的數據進行安全備份，保證一旦發生災難，有備份數據作支撐，能夠迅速恢復系統運行。另外要定期檢查并做好線路維護工作。否則會影響通信線路的正常運行，導致遠程操作失敗等一系列問題，進而使水利工程自動化系統運行受到阻礙[3]。未充分發揮公共網絡多路由保護功能，未有效利用通信資源，未體現水利衛星通信作用。

2.3 人員問題

自動化是對人工操作的一種重大變革，傳統水利工程工作人員主要靠人工到現場進行操作。現代水利工程中，自動化系統運行需要專業技術人員作為保障，而傳統水利人員缺乏專業性，不了解計算機信息技術，導致自動化系統操作時極易出現問題，出現問題后查找不出故障點、不知道如何排除等狀況。比如在泵閘站遠程控制時，沒有掌握自動化操作流程而出現誤操作，導致反復開關機組、機組開關失敗等問題，影響了自動化系統運行；傳統水利維護人員不能全方位了解自動化系統整體結構，自動化系統中斷時，不了解網絡拓撲圖，不能結合PLC及其他設備掌握整個系統，不會根據報警信息判斷故障原因，找不到故障點，無法排除故障。這些不利于水利工程的持續發展。

2.4 管理問題

一方面，備件和易耗品的儲備管理不到位。自動化系統涉及的電氣元件較多，在運行一段時間之后有些易損耗部件需要及時更換，例如通訊模塊、防雷部件、電池等，否則會導致系統出現故障，但是大部分運行管理單位并沒有進行備件和易耗品儲備管理工作，更換部件時通常當即訂貨，但是周期長，費用高，對系統使用產生影響。另一方面，檢定管理不到位。自動化系統中的量測設備需要進行定期檢定，但是當前相關單位對于量測設備的檢定不夠重視，無法保證準確性；很多單位并不知道量測設備何時不準確，只有數據異常表現較大時才會檢定或是更換，這樣導致無法保證數據準確性，容易出現數據失真、設備浪費等問題。

3 現代水利工程自動化系統問題應對措施

3.1 把控系統總體

現代水利工程自動化系統要想正常運行需要做好維護管理工作，及時發現其中的問題并采取相應措施。對此，維護人員需要全方位把控自動化系統整體情況，明確系統整體結構，把握整體布局，從全局層面把握系統中的各種設備，例如通信信號、控制指令等內容。盡管自動化系統復雜，線路和設備較多，但只要能夠清晰的展現自動化系統結構圖就能夠直觀了解系統各個部分，進行有效維護。根據系統通信拓撲圖，并與設備系統、PLC系統圖配合確保自動化系統運行穩定。此外，把控好自動化系統中的設備，明確設備使用情況，掌握其中的參數變化，確定系統中元件和設備的正常運行狀態[4]。在系統發出故障警報之后按照故障燈指示對故障發生原因進行查明，在部分故障中直接將故障原因表現處理。例如，利用溫度傳感器、中間繼電器等設備的數據發現故障點，進而對系統中的設備進行嚴格管理，了解控制設備運行情況，以便獲得更多精準、高效數據，做到精準定位問題。

3.2 優化通信系統

水利工程自動化系統要想順利實現遠程操作，需要科學選擇通信系統，同時考慮建設成本，利用好公共網絡通信設備傳輸信息，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，降低施工費用一級網維護成本，降低工程人員工作量。根據具體要求科學設計，配置相應的設施，避免出現不必要的資源浪費，充分應用水利衛星通信網，確保自動化系統工作能夠順利完成，同時根據系統中的信息有效抵御災害[5]。此外，還需要完善備用調度、數據災備等中心，實行網絡安全防護，降低其中的安全風險。若是水閘PLC控制柜觸摸屏中沒有顯示數據，同時在中控室的控制主機上也沒有關于水閘的信息，閘門仍然可以實現自動化操作，故障出現原因主要是信息傳輸設備出現問題，若是通信異常則會使中控機、PLC難以獲得閘門運行相關信息，對此，需要及時檢查，查看設備供電電源和交換機狀態。

3.3 加強人員培訓

時代在進步，與之相對應的人類的思想也應該進一步跟隨時代的發展不斷得到提高。人才的貢獻在任何一個行業都至關重要?，F代水利工程自動化系統運行過程中，需要加大力度培訓工作人員，組織操作及管理維護的技術人員進行水利自動化的專項培訓，進行系統的理論知識及實操培訓，提高人員專業性，增強業務能力。招聘人才時適當提高標準，注重人才綜合素質。同時，制定計劃對人員進行定期培訓，制定激勵約束制度，以激發人員工作積極性，發揮人員的主觀能動性，以促使操作和管理維護人員能夠勝任其工作。此外，需要制定操作規程，規范人員操作技能，防止由于違反操作出現自動化系統故障，同時，組織基層單位專業技術人員接受相關培訓，對其操作進行系統培訓考核，使操作管理人員可以自行勝任工作，并鼓勵人員加強學習專項業務，掌握操作和維護技能，確保自動化系統使用正常、規范[6]。

3.4 完善管理工作

要想加強部件儲備管理和量測設備檢定管理，需要設置專門的自動化系統運行維護保障中心，以此為專家技術管理平臺，統一管理、維護自動化系統，負責年度運維費用預算，定期進行現場巡查、故障排查和校準設備、設備升級等作業，并編制自動化系統運行簡報，及時將相關問題發送給運行管理單位，并統一管理、儲備自動化系統備件，根據自動化系統提醒相關人員及時檢定量測設備，對并檢測結果進行跟蹤，確保設備測量準確、有效。

4 現代水利工程自動化系統問題具體案例

某水利工程為城市防洪具體樞紐，位于主城區河流上，該工程中，節制閘為16m，船閘為12m*90m，泵站設計流量60m3/s，機電設備為計算機自動化監控，投資總量大大1.41億元。該工程自動化系統是將復雜系統分解為不同功能，采用歸類、對比等方式推斷故障，排查故障點，并提出解決措施。

首先，維護人員需要了解系統整體情況，利用拓撲圖，并與PLC和其他設備系統圖配合掌握整個系統。掌握自動化設備和元件正常運行下的報警信息，設備上的故障顯示燈可以顯示故障原因、時間等信息。了解自動化系統控制設備，了解系統控制監視的設備，有利于判斷系統運行情況。

其次，分析故障。自動化系統本身復雜，這也導致故障表現形式不同，系統本身決定了故障表現，常見故障包括誤動作、信息傳輸丟失等，根據故障實質分成傳感元器件、執行元器件、信息傳輸設備、主控設備等故障，這些故障與設備屬性有關。

以水利工程系統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控制柜觸屏上數據消失，中控室主控機也沒有顯示，但是在閘門控制柜上仍然能夠操作。該故障因為故障面積大，缺乏單個感應器以及執行器影響電量顯示，初步確定故障位于信息傳輸設備。由于本地能夠自動操作閘門，這就表示閘門PLC正常，但是通訊異常導致觸摸屏、中控機無法收集PLC信息，因此故障位于通訊傳輸設備和網絡設備中。也就是說，內外閘首、節制閘等部分通信設備影響的設備主要為4#交換機。對于該故障，需要先檢查交換機，發現電源指示燈未亮，也就是說故障點即為該設備，之后對設備供電電壓進行測量，無異常，并更換交換機，系統運行恢復[7]。再比如，3#和4#主機中的定子溫度異常，相對于正常溫度超出40℃左右，這就表示主機電子線圈中的鉑熱電阻有問題，通過判斷自動化調節中情況發現該設備是由于安裝問題導致的，對此，需要排查系統接線，發現端子未擰緊，處理完后溫度變為正常。

5 結語

綜上所述，現代水利工程自動化系統設計過程復雜，相關的內容比較多，極易導致各種故障，為了使該系統能夠正常運行，明確故障點，及時解決故障，需要有效預防易發故障，并了解好自動化系統結構，選擇合適的通信設備，確保信息傳輸正常，組建高素質的自動化系統操作隊伍，進而為現代水利工程自動化發展提供有力保障。