大坝自动监测系统的可靠性设计

闫俊超

摘要：将可靠性分析数据作为基础概念，从大坝自动监测系统的整体角度出发，对大坝自动监测系统的仪器设备、防雷设备、软件设备等进行相应的探究，同时总结过往的实践经验。而大多数的实践表明，其可靠性设计能够为相关单位的大坝自动监测系统提供有利的参考。

关键词：大坝自动检测；可靠性设计；探究

中图分类号：TV文献标识码： A

大坝自动检测系统可以使人们了解大坝的日常信息，并且大坝的工作环境较为恶劣，通常把仪器设备摆放在了并无人烟的荒郊野岭，没有便利的交通，其气候条件较差，同时没有良好的生活工作环境。大坝信息是水库可以运行的基本保障，同时汛期大坝信息可以直接影响着整个水库的安全问题。大坝信息来源是依靠于大坝自动监测系统，其大坝自动监测系统所给出的信息能够直接影响着大坝信息是否具有可靠性，所以，可靠性设计是大坝自动监测系统中的主要内容。

一、大坝自动监测系统的组成

其自动监测系统是以分布式来进行设计，系统大致分为上位机以、下位机以及交换机。其中上位机包含了数据库服务器、数据采集计算机、数据管理计算机。而下位机则包含了交换机、PLC主站以及PLC分站和压力传感器。

二、可靠性的概念

（一）可靠性的含义

可靠性的实质是指在系统使用的期间内以及预计环境中使人们相信所设计的功能，同时其性能还能够得到相应的保证。

首先，需要较为良好的使用功能。系统在使用的过程中，可以满足设计中的功能要求以及指标，其中包含了数值的准确性，通讯的流畅性，功能的稳定性，对于自身诊断的有效性，分析数据的准确性，对于大坝的分析以及及时性。

其次，在使用的过程中其系统可以承受由于环境因素所带来影响。例如潮湿、结露、结霜、结冰、日晒雨淋、高低温所引起的锈蚀以及老化，电磁场(包括雷电电磁脉冲)、浪涌电压、瞬变电流、地电位差等扰乱，人畜、蛇鼠等对系统的破坏，交通、发电、泄洪和地震等引起的系统震动等。

而后，还要有一定的耐久性。整个系统的部件具备抗老化、抗腐蚀以及抗松动的特质，同时其测量、通讯、数据处理以及其他性能在使用时所发生的变化并不会超出设计的范畴之内。其硬件可以承受在使用过程中的各种作用，同时还可以满足使用要求；但是对于软件来说它能够兼容新旧两个版本，并且还可以进行系统更新或者自动升级以及远程下载，以此来确保系统在使用的过程中其软件不会过时。

最后，在发生事件的前后，可以保证其系统的稳定性。系统一旦受到意外因素的影响，例如在人为原因、雷击等作用时并不会产生较为严重的后果，从而不会影响到其它部分的工作，在事发后的系统可以对故障进行显示以及报警，方便故障的找寻以及恢复，同时能够花费较少的费用。

（二）可靠性指标

从大体上来说，其可靠性指标能够利用分散型工业来进行控制系统来表示，并且，可用性和平均没有故障的时间以及平均修复时间有一定的关系，即

如对于由Ⅳ台仪器构成的大坝自动监测系统，其某时刻的可靠恤为正常工作的仪器数(Ns)与总数（N)加之比，即：

NF为故障的仪器数，是系统在任一次工作中，系统中达不到设计功能和性能要求的仪器总数。即

同时将两边乘以N/NS，即

则右边说明了在t时刻内，每台仪器工作在单位时间内的故障概率，用来表示，

（三）可靠性指标的影响因素

RAS指标的实质是一个随机变量，它和系统元器件、原材料、设计及组装、现场土建、安装调试、运行维护及现场环境等因素存在一定的关系，所以需要用概率统计方法进行相应的探究。

RAS系统受到了内外部的共同干扰，其中包含了电磁、高低温变化、温度升高或者骤降、潮湿、灰尘等；同时系统内的集成电路以及材料逐渐老化；并且厂家的技术能力以及管理水平都会对系统造成一定的影响，其售后的管理以及对待客户的服务方式也会对系统的使用产生了一定的影响。

在确定系统可靠性指标之前应该分析以上影响因素系统可，并注意收集以下资料：大坝施工现场的干扰因素以及统计特征，例如空间的电磁场、雷电强度大小、空气湿度大小等；收集系统和元器件在破坏因素的作用下所出现的反应以及规律，利用室内试验来确定系统所能承受干扰的极限值以及相应的时间，例如在一定时间内系统及各部分所能承受的电压、电流、电场强度、磁性强度、湿度等，并研究系统对各元器件老化及失效速率的影响；并以此来统计系统材料的老化以及失效特征，从中总结其统计规律。

三、可靠性设计

（一）总体设计

1.加强元器件和仪器的选型

其系统内的仪器设备可靠性是系统可靠性的重要保证。通过微功耗、工业级甚至是军用级芯片对元器件进行适当的降额使用，并在此基础上对电路设计进行优化，以此来提升设备可靠性。同时传感器尽最大限度的选取无源或微功耗的基础设备，有利于能够在现场进行长期工作。在设计的过程中，应该优先选择已经通过建筑工程考验过、较为成熟的设备，这样可以提升系统的可靠性。

2.优化系统工作模式

在设计的过程中，应该尽最大限度来简化其系统的结构，同时不应该附加其他的无用功能。在实际情况中，应该采取自报式以及间断工作的手段，如果系统设备可以得到较长的间歇时间并且损耗较小，就可以提升其设备的使用年限。

3.适当的采用干扰措施

其大坝自动监测系统主要是以电子产品为基础，在设计的过程中应该考虑其雷电等各种因素的干扰。其中保护措施主包含了：测量控制装置和仪器设备需要采用直流供电，并以此来解除电源线引入的雷电干扰；在无线传输的过程中，天线安装同轴避雷器，防止雷电从天馈线引入遥测设备；并且交流供电线路应该安装电源避雷装置。并且，同频干扰以及太阳风暴能够对通讯形成一定的干扰，影响其信号的传输，从而增加的了误码率，因此需要在硬件上使用干扰纠错技术。

就目前而言，所使用的信道编码采用纠错编码技术，可以检两位，纠一位错误。除此之外，使用多级校验能够提升系统的可靠性。对通信电路以及线路的设计，需要考虑大气条件的变化，所以要在每一条电路中都要预留出一定的干扰保护度以及余度，并以此来保证其电路的余量。

（二）设备的可靠性设计

选择较为简单的合理方案，多使用积分型的电路，在模拟电路的设计中，要着重关注于工作点的稳定功能，选择合适的深度，并以此来保证其工作的稳定，以免出现自激的现象。

同时应该对所有的设备进行不定期的检测，每批机器应该依照标准规定来进行震动跌落以及高温高湿的抽样检测，以此来确保其设备能够在艰苦的条件下运行。在检测的过程中，做好相关的检测记录，并从中总结经验，完善其系统产品。

四、结束语：

综上所述，其大坝自动监测系统所分布的范围较广，同时其工作环境较为艰苦，存在较为严重的干扰现象，所以应该进行全面的系统研究，并以此来保证系统可以保证长时间的工作。创建一个适当的可靠性指标能够对系统的可靠性进行全面的评价，从而促使厂家提升其产品的质量以及售后服务质量。

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