现代水利工程中自动化系统问题分析

2017-03-04李鹏飞李俊楠吕广锁

黑龙江水利科技 2017年12期

李鹏飞，李俊楠，吕广锁

(1.辽宁省汤河水库管理局，辽宁辽阳 111000；2.辽宁省蓡窝水库管理局，辽宁辽阳 111000)

在科学技术不断发展的过程当中，自动化系统在很多领域当中得到了应用。在现今很多的水利枢纽当中，就具有着自动化系统的配备，在实际工作当中，操作者则可以在调度中心以及中控室通过网络信息传递、远程监控调配以及现场自动控制技术的应用实现水利工程的整体控制以及有效管理，以此达到排涝、水环境改善以及防洪等综合性目标。可以说，在现今水利工程运行当中，自动化系统已经成为了其不可缺少的一项部分，是技术保障的同时也是其重要的物质基础[1]。但对于水利自动化系统来说，其同时也是一项具有综合性、复杂性的系统，对此，在实际故障检修以及设备维护工作开展当中，则对技术人员水平以及现场操作方式具有了较高的需求，需要在实际处理当中做好把握。

1 工程概况

我国南部某水利工程，为该城市的重要防洪枢纽。该工程由一座船闸，设计流量为60m3/s泵站以及净宽16m的节制闸组成。工程机电设备以微机自动化方式监控。在本研究当中，将从方法论角度出发，在将该水利枢纽自动化系统运行维护作为实例的基础上将原本较为复杂的系统对不同简单的功能模块进行剖解，通过对比、归类等方式的应用对故障表现的形式、推断以及故障发生电排查进行分析，进而针对性的提出问题的解决措施。

2 水利工程常见故障与排除

2.1 系统总体情况了解

作为维护人员，首先需要能够对水利工程当中自动化系统的结构以及整体布局形成较好的熟悉与了解，从全局角度对系统设备的通讯信号、操作步骤以及控制命令等信息进行把握。无论自动化系统在接线以及设备方面如何复杂，其系统结构通常较为直观与简单，通过系统图的观察即能够直观的了解。在把握系统通信拓扑图的基础上，同具体设备系统如以及PLC系统图的配合应用即能够实现整个自动化系统的把握。在做好系统整体情况后，即需要对系统当中自动化设备的特性、工作参数以及具体作用形成了解，对自动化元件、设备在正常模式当中的运行状态，以及在故障情况下发出的报警信息进行充分的熟悉了解。对于微机保护以及PLC设备来说，其越是高级，在故障判断方面则将具有更简单的特点[2]。在这部分设备当中，通常都具有故障指示灯的设置，在高级设备当中，甚至会将故障发生的时间与原因进行直观的显示。而对于温度传感器、压力传感器这部分简单的感应元器件以及中间继电器电气特性如常开常闭状态、常规阻值以及量程范围等，则需要能够做好资料参数的收集与了解。最后，则需要对自动化系统所控制的电气设备以及机械设备形成充分的了解。在自动化设备运行当中是否能够正确的相关数据进行反映、对各类信息进行及时的传递以及是否能够实现相关设备的精确控制都是对自动化设备进行检验的一项重要标准。对此，通过对自动化系统当中电气设备、监视设备以及系统控制设备运行特性的了解，如定子允许温升、闸门正常开度摄像正常模式、定子正常温度以及主泵正常摆度等，即能够较好的实现自动化系统运行工况的判断[3]。

2.2 系统基本原理掌握

首先，要做好系统基本结构的掌握。对于自动化系统来说，其是一个具有分级特征的综合性系统，通常由信息传递、结果反馈、信号采集以及数据处理这几大部分所组成。在具体应用当中，可以先对系统进行分级处理，在故障问题出现之后，则需要根据故障现象做好问题发生原因的分析，之后通过分级处理方式的应用逐步进行排查[4]。

其次，要做好设备属性的熟悉了解，对不同元件的位置进行明确。在自动化系统当中，具有着多种类型以及数量的自动化元器件，且具有着不同的作用以及电气属性，通过这部分信息的掌握，为实际工作开展以及故障判断都将打下良好的理论基础。

2.3 常见故障分析

自动化系统复杂特征的存在，使其在故障表现形式方面也具有了多样性特点，其系统性特征也将对故障在具体表现方式方面的关联性特点进行了确定。在自动化系统运行当中，常见的设备故障有信号传递丢失、变形、不动作以及发生误动作等。根据故障实质，可以将其分为信息传输设备、传感元器件、主控制设备以及执行元器件故障。

下面，将以该水利枢纽系统的检修工作为例，对其实际发生的故障以及解决处理方式进行一定的研究：

2.3.1 先总后分

对于该方式，即根据故障影响具体范围，从整体角度对故障所处系统功能块进行判断，之后对可能对该功能块产生影响的设备进行分析。在经过有层次判断以及检查工作的开展获取真正的故障点，并根据其实际故障类型对其进行排除。

某日，水闸PLC控制柜触摸屏上所有数据发生消失情况，包括有信号灯状态、闸门开度以及电量数据等。在中控室控制主机上，也没有同水闸有关的相关数据显示。而在运行方面，不同闸门还能够以自动的方式在控制柜上进行操作。因本次故障发生的面积较大，在故障问题显现之后，初步确定本次故障发生在信息传输设备方面。因没有执行器件或者单个的感应器件能够对所有电量显示产生影响，且在本地闸门能够自动操作，即表明闸门不同PLC都能够正常运行。通讯不正常情况的存在，则使得中控机以及触摸屏无法对PLC信息进行采集，对此，本次故障应当发生在通讯传输设备当中，具体即为网络设备，该故障情况的存在，能够对水闸的节制闸以及内外闸首三个区域的通讯设备产生影响，而具有该种影响范围的，经过判定为水闸的4#交换机。在判定故障发生位置之后，按照以下措施对故障进行处理：①及时来到下场对4#交换机进行检查，经过检查发现，设备电源指示灯不亮，即确定该设备即为本次故障的故障点；②对该设备的供电电源进行测量，现场具有24v供电。该种情况的存在，即并非因供电原因导致其无法正常工作；③经过对交换器具体信息调查后发现，该交换器为进口产品，且在故障发生时处于质保期。对此，及时通知厂家对该产品进行更换，在对新交换机设备更换完毕后，系统恢复正常运行[5]。

2.3.2 明确故障

在该种该方式当中，即在对故障所处模块进行明确之后，从容易排查的角度入手，对不同故障发生的可能性进行初步排查。在经过一系列处理之后，即使故障点出现的环境难以测量，也能够对其进行较好的明确，并在适当的时间内对其进行检修处理。

某日，3#以及4#主机当中各具有一定定子温度点发生温度异常，同正常温度相比要高出约40℃。在正常开机情况下，这两个温度点在温升方面同其余温度点温升情况相近。因这两个温度点具有正常的温升情况，即表明在主机定子线圈当中安装的铂热电阻运行正常。同时，其余测点同比正常，即表明这部分测点归口PLC模块都处于正常状态。在泵组实际安装当中，因铂热电阻同PLC的连接回路没有对调节功能进行设计。

对此，本次故障很可能出现在PLC模拟量输入模块同铂热电阻间的接线端子以及信号线路当中[6]。在自动化调节阶段，设备的安装单位即发现该问题的存在，但在当时没有进行进一步的检查，仅仅以测温电阻不具有调节功能为由对该温度测点进行了放弃。根据该方面信息的推断，确定本次故障是由安装方面问题导致的小故障。在判定故障发生位置之后，按照以下措施对故障进行处理：①先对系统当中解决较为简单的接线部分进行排查，如主机端子箱当中的接线端子以及PLC柜的接线端子等；②在检查当中，发现主机端子箱当中的端子存在没有拧紧的情况，在对该问题处理完成后，温度显示正常；③如问题出现在电阻定子内连接位置或者导线位置，在实际处理当中则将存在着较大的困难，需要在泵组大修时才可以开展维修工作。而通过先易后难方式的应用，获得了对故障点确定的有效的途径。此外，通过对平衡电阻加装方式的应用，也能够使变形电阻处于理想范围当中。

2.3.3 确定范围

在该方式当中，即在对故障发生范围进行确定之后，将发生故障的设备同型号、却没有发生故障的设备进行比较，以此完成设备具体故障点的确定。在自动化设备当中，很多产品的生产厂家仅仅具有使用说明的提供，而缺少内部部件详细资料的信息。在该种情况，对良好运行设备参数进行对比则可以说是故障点排查工作当中较为有效的一种方式。

某日，泵站2#工作门在全开状态下存在开度不正确情况，而闸门工作正常，在全开位置能够自动停止。对于该故障，在自动条件下闸门能够正常工作，即表明其限位开关不存在问题，PLC、分闸继电器以及接触器运行良好，即在高度显示仪上存在问题。在确定故障发生位置后，将高度显示仪拆开，以类比方式试验，最终确定为磁栅轮当中的某磁力点发生问题。在对故障设备更换后，系统恢复正常。