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(shù)和信息化技術(shù)對水利設(shè)施實現(xiàn)自動化控制，自動采集水利工程信息，其中自動化系統(tǒng)是核心部分，也是水利工程重要輔助設(shè)施。隨著水利工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，水利工程自動化應(yīng)用也日益廣泛，普及范圍日益擴大。自動化系統(tǒng)的可靠性直接影響著數(shù)據(jù)采集和相關(guān)部門決策工作，因此必須要把控好水利工程自動化系統(tǒng)質(zhì)量。

1 現(xiàn)代水利工程自動化系統(tǒng)概述

水利工程自動化系統(tǒng)是分級型綜合性系統(tǒng)，其中包括信息收集、傳輸、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果反饋等部分，在應(yīng)用時，我們需要對自動化系統(tǒng)分級，若是發(fā)生事故需要根據(jù)故障現(xiàn)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(tǒng)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(shè)備包括操作開關(guān)、電流電壓互感器、溫度傳感器、水位儀、攝像頭等，輸出設(shè)備包括中間繼電器、顯示器、指示燈、接觸器等，傳輸設(shè)備包括通信線、協(xié)議轉(zhuǎn)換卡、交換機等，處理設(shè)備包括PLC、微機保護、中控電腦等。

2 現(xiàn)代水利工程自動化系統(tǒng)問題分析

2.1 設(shè)計問題

現(xiàn)代水利工程自動化系統(tǒng)盡管具有一定應(yīng)用效果，但是系統(tǒng)設(shè)計仍然不夠完善，與現(xiàn)代水利工程實際需求有所差異，需要采用先進技術(shù)結(jié)合實際需求進行系統(tǒng)設(shè)計。自動化系統(tǒng)較為復(fù)雜，其中包含的內(nèi)容較多，出現(xiàn)的故障類型也較多，如果在設(shè)計時與實際情況結(jié)合不到位，技術(shù)應(yīng)用不足，會直接對自動化系統(tǒng)運行產(chǎn)生影響，導(dǎo)致各種故障問題。例如，三維淹沒分析設(shè)計時，沒有準(zhǔn)確采集現(xiàn)場高程及環(huán)境，就無法動態(tài)模擬出不同水情雨情條件下現(xiàn)場淹沒情況，不能為防洪排澇調(diào)度提供有力依據(jù)；開度儀設(shè)計時，未根據(jù)水利工程實際需要選擇，導(dǎo)致開度儀無法適應(yīng)工程現(xiàn)場環(huán)境，過閘流量以及閘門水位參數(shù)不夠準(zhǔn)確，實際應(yīng)用時出現(xiàn)閘門關(guān)閉不到位的現(xiàn)象[2]。

2.2 通信問題

現(xiàn)代水利工程自動化系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)占據(jù)重要地位，是傳遞信息、傳達調(diào)度指令的工具。但也存在一些問題，需要進一步優(yōu)化。通信系統(tǒng)的問題主要體現(xiàn)在如何科學(xué)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(wǎng)絡(luò)。但是傳輸距離長且未考慮公網(wǎng)傳輸能力時，會使建設(shè)成本增加。同時需要加強數(shù)據(jù)災(zāi)備和線路維護工作。自動化系統(tǒng)運行期會生成海量數(shù)據(jù)，其安全性極其重要，各種意外均可能引起通信網(wǎng)絡(luò)中斷和數(shù)據(jù)丟失。因此，有必要對重要的數(shù)據(jù)進行安全備份，保證一旦發(fā)生災(zāi)難，有備份數(shù)據(jù)作支撐，能夠迅速恢復(fù)系統(tǒng)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(dǎo)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(tǒng)運行受到阻礙[3]。未充分發(fā)揮公共網(wǎng)絡(luò)多路由保護功能，未有效利用通信資源，未體現(xiàn)水利衛(wèi)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(tǒng)水利工程工作人員主要靠人工到現(xiàn)場進行操作。現(xiàn)代水利工程中，自動化系統(tǒng)運行需要專業(yè)技術(shù)人員作為保障，而傳統(tǒng)水利人員缺乏專業(yè)性，不了解計算機信息技術(shù)，導(dǎo)致自動化系統(tǒng)操作時極易出現(xiàn)問題，出現(xiàn)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(xiàn)誤操作，導(dǎo)致反復(fù)開關(guān)機組、機組開關(guān)失敗等問題，影響了自動化系統(tǒng)運行；傳統(tǒng)水利維護人員不能全方位了解自動化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，自動化系統(tǒng)中斷時，不了解網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，不能結(jié)合PLC及其他設(shè)備掌握整個系統(tǒng)，不會根據(jù)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(xù)發(fā)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(tǒng)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(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)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(dāng)即訂貨，但是周期長，費用高，對系統(tǒng)使用產(chǎn)生影響。另一方面，檢定管理不到位。自動化系統(tǒng)中的量測設(shè)備需要進行定期檢定，但是當(dāng)前相關(guān)單位對于量測設(shè)備的檢定不夠重視，無法保證準(zhǔn)確性；很多單位并不知道量測設(shè)備何時不準(zhǔn)確，只有數(shù)據(jù)異常表現(xiàn)較大時才會檢定或是更換，這樣導(dǎo)致無法保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真、設(shè)備浪費等問題。

3 現(xiàn)代水利工程自動化系統(tǒng)問題應(yīng)對措施

3.1 把控系統(tǒng)總體

現(xiàn)代水利工程自動化系統(tǒng)要想正常運行需要做好維護管理工作，及時發(fā)現(xiàn)其中的問題并采取相應(yīng)措施。對此，維護人員需要全方位把控自動化系統(tǒng)整體情況，明確系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，把握整體布局，從全局層面把握系統(tǒng)中的各種設(shè)備，例如通信信號、控制指令等內(nèi)容。盡管自動化系統(tǒng)復(fù)雜，線路和設(shè)備較多，但只要能夠清晰的展現(xiàn)自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖就能夠直觀了解系統(tǒng)各個部分，進行有效維護。根據(jù)系統(tǒng)通信拓撲圖，并與設(shè)備系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)圖配合確保自動化系統(tǒng)運行穩(wěn)定。此外，把控好自動化系統(tǒng)中的設(shè)備，明確設(shè)備使用情況，掌握其中的參數(shù)變化，確定系統(tǒng)中元件和設(shè)備的正常運行狀態(tài)[4]。在系統(tǒng)發(fā)出故障警報之后按照故障燈指示對故障發(fā)生原因進行查明，在部分故障中直接將故障原因表現(xiàn)處理。例如，利用溫度傳感器、中間繼電器等設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)故障點，進而對系統(tǒng)中的設(shè)備進行嚴格管理，了解控制設(shè)備運行情況，以便獲得更多精準(zhǔn)、高效數(shù)據(jù)，做到精準(zhǔn)定位問題。

3.2 優(yōu)化通信系統(tǒng)

水利工程自動化系統(tǒng)要想順利實現(xiàn)遠程操作，需要科學(xué)選擇通信系統(tǒng)，同時考慮建設(shè)成本，利用好公共網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)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(wǎng)維護成本，降低工程人員工作量。根據(jù)具體要求科學(xué)設(shè)計，配置相應(yīng)的設(shè)施，避免出現(xiàn)不必要的資源浪費，充分應(yīng)用水利衛(wèi)星通信網(wǎng)，確保自動化系統(tǒng)工作能夠順利完成，同時根據(jù)系統(tǒng)中的信息有效抵御災(zāi)害[5]。此外，還需要完善備用調(diào)度、數(shù)據(jù)災(zāi)備等中心，實行網(wǎng)絡(luò)安全防護，降低其中的安全風(fēng)險。若是水閘PLC控制柜觸摸屏中沒有顯示數(shù)據(jù)，同時在中控室的控制主機上也沒有關(guān)于水閘的信息，閘門仍然可以實現(xiàn)自動化操作，故障出現(xiàn)原因主要是信息傳輸設(shè)備出現(xiàn)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(guān)信息，對此，需要及時檢查，查看設(shè)備供電電源和交換機狀態(tài)。

3.3 加強人員培訓(xùn)

時代在進步，與之相對應(yīng)的人類的思想也應(yīng)該進一步跟隨時代的發(fā)展不斷得到提高。人才的貢獻在任何一個行業(yè)都至關(guān)重要?，F(xiàn)代水利工程自動化系統(tǒng)運行過程中，需要加大力度培訓(xùn)工作人員，組織操作及管理維護的技術(shù)人員進行水利自動化的專項培訓(xùn)，進行系統(tǒng)的理論知識及實操培訓(xùn)，提高人員專業(yè)性，增強業(yè)務(wù)能力。招聘人才時適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)，注重人才綜合素質(zhì)。同時，制定計劃對人員進行定期培訓(xùn)，制定激勵約束制度，以激發(fā)人員工作積極性，發(fā)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(guī)程，規(guī)范人員操作技能，防止由于違反操作出現(xiàn)自動化系統(tǒng)故障，同時，組織基層單位專業(yè)技術(shù)人員接受相關(guān)培訓(xùn)，對其操作進行系統(tǒng)培訓(xùn)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(xué)習(xí)專項業(yè)務(wù)，掌握操作和維護技能，確保自動化系統(tǒng)使用正常、規(guī)范[6]。

3.4 完善管理工作

要想加強部件儲備管理和量測設(shè)備檢定管理，需要設(shè)置專門的自動化系統(tǒng)運行維護保障中心，以此為專家技術(shù)管理平臺，統(tǒng)一管理、維護自動化系統(tǒng)，負責(zé)年度運維費用預(yù)算，定期進行現(xiàn)場巡查、故障排查和校準(zhǔn)設(shè)備、設(shè)備升級等作業(yè)，并編制自動化系統(tǒng)運行簡報，及時將相關(guān)問題發(fā)送給運行管理單位，并統(tǒng)一管理、儲備自動化系統(tǒng)備件，根據(jù)自動化系統(tǒng)提醒相關(guān)人員及時檢定量測設(shè)備，對并檢測結(jié)果進行跟蹤，確保設(shè)備測量準(zhǔn)確、有效。

4 現(xiàn)代水利工程自動化系統(tǒng)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(qū)河流上，該工程中，節(jié)制閘為16m，船閘為12m*90m，泵站設(shè)計流量60m3/s，機電設(shè)備為計算機自動化監(jiān)控，投資總量大大1.41億元。該工程自動化系統(tǒng)是將復(fù)雜系統(tǒng)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(tǒng)整體情況，利用拓撲圖，并與PLC和其他設(shè)備系統(tǒng)圖配合掌握整個系統(tǒng)。掌握自動化設(shè)備和元件正常運行下的報警信息，設(shè)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(tǒng)控制設(shè)備，了解系統(tǒng)控制監(jiān)視的設(shè)備，有利于判斷系統(tǒng)運行情況。

其次，分析故障。自動化系統(tǒng)本身復(fù)雜，這也導(dǎo)致故障表現(xiàn)形式不同，系統(tǒng)本身決定了故障表現(xiàn)，常見故障包括誤動作、信息傳輸丟失等，根據(jù)故障實質(zhì)分成傳感元器件、執(zhí)行元器件、信息傳輸設(shè)備、主控設(shè)備等故障，這些故障與設(shè)備屬性有關(guān)。

以水利工程系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(yīng)器以及執(zhí)行器影響電量顯示，初步確定故障位于信息傳輸設(shè)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(dǎo)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(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。也就是說，內(nèi)外閘首、節(jié)制閘等部分通信設(shè)備影響的設(shè)備主要為4#交換機。對于該故障，需要先檢查交換機，發(fā)現(xiàn)電源指示燈未亮，也就是說故障點即為該設(shè)備，之后對設(shè)備供電電壓進行測量，無異常，并更換交換機，系統(tǒng)運行恢復(fù)[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(diào)節(jié)中情況發(fā)現(xiàn)該設(shè)備是由于安裝問題導(dǎo)致的，對此，需要排查系統(tǒng)接線，發(fā)現(xiàn)端子未擰緊，處理完后溫度變?yōu)檎！?/p>

5 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代水利工程自動化系統(tǒng)設(shè)計過程復(fù)雜，相關(guān)的內(nèi)容比較多，極易導(dǎo)致各種故障，為了使該系統(tǒng)能夠正常運行，明確故障點，及時解決故障，需要有效預(yù)防易發(fā)故障，并了解好自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選擇合適的通信設(shè)備，確保信息傳輸正常，組建高素質(zhì)的自動化系統(tǒng)操作隊伍，進而為現(xiàn)代水利工程自動化發(fā)展提供有力保障。