试论现代水利工程中自动化系统问题

2021-11-23曹春芳

商品与质量 2021年41期

曹春芳

池州市城市防洪管理处安徽池州 247000

水利工程自动化是利用自动化技术和信息化技术对水利设施实现自动化控制，自动采集水利工程信息，其中自动化系统是核心部分，也是水利工程重要辅助设施。随着水利工程建设规模的不断扩大，水利工程自动化应用也日益广泛，普及范围日益扩大。自动化系统的可靠性直接影响着数据采集和相关部门决策工作，因此必须要把控好水利工程自动化系统质量。

1 现代水利工程自动化系统概述

水利工程自动化系统是分级型综合性系统，其中包括信息收集、传输、数据处理和结果反馈等部分，在应用时，我们需要对自动化系统分级，若是发生事故需要根据故障现象进行原因分析，之后采用分级处理法排查故障[1]。自动化系统由各种自动化元件组成，彼此作用不同，又具有不同物理性和电气属性，其中，输入设备包括操作开关、电流电压互感器、温度传感器、水位仪、摄像头等，输出设备包括中间继电器、显示器、指示灯、接触器等，传输设备包括通信线、协议转换卡、交换机等，处理设备包括PLC、微机保护、中控电脑等。

2 现代水利工程自动化系统问题分析

2.1 设计问题

现代水利工程自动化系统尽管具有一定应用效果，但是系统设计仍然不够完善，与现代水利工程实际需求有所差异，需要采用先进技术结合实际需求进行系统设计。自动化系统较为复杂，其中包含的内容较多，出现的故障类型也较多，如果在设计时与实际情况结合不到位，技术应用不足，会直接对自动化系统运行产生影响，导致各种故障问题。例如，三维淹没分析设计时，没有准确采集现场高程及环境，就无法动态模拟出不同水情雨情条件下现场淹没情况，不能为防洪排涝调度提供有力依据；开度仪设计时，未根据水利工程实际需要选择，导致开度仪无法适应工程现场环境，过闸流量以及闸门水位参数不够准确，实际应用时出现闸门关闭不到位的现象[2]。

2.2 通信问题

现代水利工程自动化系统中，通信系统占据重要地位，是传递信息、传达调度指令的工具。但也存在一些问题，需要进一步优化。通信系统的问题主要体现在如何科学选择通信方式上，一般情况下会采用自建光纤的方式组建水雨情信息传输通讯网络。但是传输距离长且未考虑公网传输能力时，会使建设成本增加。同时需要加强数据灾备和线路维护工作。自动化系统运行期会生成海量数据，其安全性极其重要，各种意外均可能引起通信网络中断和数据丢失。因此，有必要对重要的数据进行安全备份，保证一旦发生灾难，有备份数据作支撑，能够迅速恢复系统运行。另外要定期检查并做好线路维护工作。否则会影响通信线路的正常运行，导致远程操作失败等一系列问题，进而使水利工程自动化系统运行受到阻碍[3]。未充分发挥公共网络多路由保护功能，未有效利用通信资源，未体现水利卫星通信作用。

2.3 人员问题

自动化是对人工操作的一种重大变革，传统水利工程工作人员主要靠人工到现场进行操作。现代水利工程中，自动化系统运行需要专业技术人员作为保障，而传统水利人员缺乏专业性，不了解计算机信息技术，导致自动化系统操作时极易出现问题，出现问题后查找不出故障点、不知道如何排除等状况。比如在泵闸站远程控制时，没有掌握自动化操作流程而出现误操作，导致反复开关机组、机组开关失败等问题，影响了自动化系统运行；传统水利维护人员不能全方位了解自动化系统整体结构，自动化系统中断时，不了解网络拓扑图，不能结合PLC及其他设备掌握整个系统，不会根据报警信息判断故障原因，找不到故障点，无法排除故障。这些不利于水利工程的持续发展。

2.4 管理问题

一方面，备件和易耗品的储备管理不到位。自动化系统涉及的电气元件较多，在运行一段时间之后有些易损耗部件需要及时更换，例如通讯模块、防雷部件、电池等，否则会导致系统出现故障，但是大部分运行管理单位并没有进行备件和易耗品储备管理工作，更换部件时通常当即订货，但是周期长，费用高，对系统使用产生影响。另一方面，检定管理不到位。自动化系统中的量测设备需要进行定期检定，但是当前相关单位对于量测设备的检定不够重视，无法保证准确性；很多单位并不知道量测设备何时不准确，只有数据异常表现较大时才会检定或是更换，这样导致无法保证数据准确性，容易出现数据失真、设备浪费等问题。

3 现代水利工程自动化系统问题应对措施

3.1 把控系统总体

现代水利工程自动化系统要想正常运行需要做好维护管理工作，及时发现其中的问题并采取相应措施。对此，维护人员需要全方位把控自动化系统整体情况，明确系统整体结构，把握整体布局，从全局层面把握系统中的各种设备，例如通信信号、控制指令等内容。尽管自动化系统复杂，线路和设备较多，但只要能够清晰的展现自动化系统结构图就能够直观了解系统各个部分，进行有效维护。根据系统通信拓扑图，并与设备系统、PLC系统图配合确保自动化系统运行稳定。此外，把控好自动化系统中的设备，明确设备使用情况，掌握其中的参数变化，确定系统中元件和设备的正常运行状态[4]。在系统发出故障警报之后按照故障灯指示对故障发生原因进行查明，在部分故障中直接将故障原因表现处理。例如，利用温度传感器、中间继电器等设备的数据发现故障点，进而对系统中的设备进行严格管理，了解控制设备运行情况，以便获得更多精准、高效数据，做到精准定位问题。

3.2 优化通信系统

水利工程自动化系统要想顺利实现远程操作，需要科学选择通信系统，同时考虑建设成本，利用好公共网络通信设备传输信息，有效利用公共通信资源，尽可能的缩减光纤通信工程自建量，降低施工费用一级网维护成本，降低工程人员工作量。根据具体要求科学设计，配置相应的设施，避免出现不必要的资源浪费，充分应用水利卫星通信网，确保自动化系统工作能够顺利完成，同时根据系统中的信息有效抵御灾害[5]。此外，还需要完善备用调度、数据灾备等中心，实行网络安全防护，降低其中的安全风险。若是水闸PLC控制柜触摸屏中没有显示数据，同时在中控室的控制主机上也没有关于水闸的信息，闸门仍然可以实现自动化操作，故障出现原因主要是信息传输设备出现问题，若是通信异常则会使中控机、PLC难以获得闸门运行相关信息，对此，需要及时检查，查看设备供电电源和交换机状态。

3.3 加强人员培训

时代在进步，与之相对应的人类的思想也应该进一步跟随时代的发展不断得到提高。人才的贡献在任何一个行业都至关重要。现代水利工程自动化系统运行过程中，需要加大力度培训工作人员，组织操作及管理维护的技术人员进行水利自动化的专项培训，进行系统的理论知识及实操培训，提高人员专业性，增强业务能力。招聘人才时适当提高标准，注重人才综合素质。同时，制定计划对人员进行定期培训，制定激励约束制度，以激发人员工作积极性，发挥人员的主观能动性，以促使操作和管理维护人员能够胜任其工作。此外，需要制定操作规程，规范人员操作技能，防止由于违反操作出现自动化系统故障，同时，组织基层单位专业技术人员接受相关培训，对其操作进行系统培训考核，使操作管理人员可以自行胜任工作，并鼓励人员加强学习专项业务，掌握操作和维护技能，确保自动化系统使用正常、规范[6]。

3.4 完善管理工作

要想加强部件储备管理和量测设备检定管理，需要设置专门的自动化系统运行维护保障中心，以此为专家技术管理平台，统一管理、维护自动化系统，负责年度运维费用预算，定期进行现场巡查、故障排查和校准设备、设备升级等作业，并编制自动化系统运行简报，及时将相关问题发送给运行管理单位，并统一管理、储备自动化系统备件，根据自动化系统提醒相关人员及时检定量测设备，对并检测结果进行跟踪，确保设备测量准确、有效。

4 现代水利工程自动化系统问题具体案例

某水利工程为城市防洪具体枢纽，位于主城区河流上，该工程中，节制闸为16m，船闸为12m*90m，泵站设计流量60m3/s，机电设备为计算机自动化监控，投资总量大大1.41亿元。该工程自动化系统是将复杂系统分解为不同功能，采用归类、对比等方式推断故障，排查故障点，并提出解决措施。

首先，维护人员需要了解系统整体情况，利用拓扑图，并与PLC和其他设备系统图配合掌握整个系统。掌握自动化设备和元件正常运行下的报警信息，设备上的故障显示灯可以显示故障原因、时间等信息。了解自动化系统控制设备，了解系统控制监视的设备，有利于判断系统运行情况。

其次，分析故障。自动化系统本身复杂，这也导致故障表现形式不同，系统本身决定了故障表现，常见故障包括误动作、信息传输丢失等，根据故障实质分成传感元器件、执行元器件、信息传输设备、主控设备等故障，这些故障与设备属性有关。

以水利工程系统检修为例阐述从整体采用逐层分层法确定故障，解决故障。例如，水闸PLC控制柜触屏上数据消失，中控室主控机也没有显示，但是在闸门控制柜上仍然能够操作。该故障因为故障面积大，缺乏单个感应器以及执行器影响电量显示，初步确定故障位于信息传输设备。由于本地能够自动操作闸门，这就表示闸门PLC正常，但是通讯异常导致触摸屏、中控机无法收集PLC信息，因此故障位于通讯传输设备和网络设备中。也就是说，内外闸首、节制闸等部分通信设备影响的设备主要为4#交换机。对于该故障，需要先检查交换机，发现电源指示灯未亮，也就是说故障点即为该设备，之后对设备供电电压进行测量，无异常，并更换交换机，系统运行恢复[7]。再比如，3#和4#主机中的定子温度异常，相对于正常温度超出40℃左右，这就表示主机电子线圈中的铂热电阻有问题，通过判断自动化调节中情况发现该设备是由于安装问题导致的，对此，需要排查系统接线，发现端子未拧紧，处理完后温度变为正常。