自動(dòng)化系統(tǒng)在水閘工程應(yīng)用中的問(wèn)題與解決方法

高民望，陳劍，嚴(yán)凱，萬(wàn)景紅

（江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223200）

水閘自動(dòng)化是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘運(yùn)行狀態(tài)信息化的監(jiān)測(cè)與控制，在水閘的管理中，自動(dòng)化系統(tǒng)起到了很大的輔助功能。水閘自動(dòng)化的管理和操作效果對(duì)水利部門(mén)的決策質(zhì)量有比較直接的關(guān)系，同時(shí)，對(duì)于水閘設(shè)施的安全也有一定的影響。因此，自動(dòng)化系統(tǒng)在水閘工程應(yīng)用中受到了人們廣泛的關(guān)注。

1 自動(dòng)化系統(tǒng)在水閘工程應(yīng)用中的問(wèn)題

水閘自動(dòng)化系統(tǒng)是利用自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)水閘相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和控制閘門(mén)設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)，主要分為視頻監(jiān)控和微機(jī)監(jiān)控。目前，在各類(lèi)水閘的新建及加固改造中，大多采用了全自動(dòng)監(jiān)測(cè)。從整體上看，已經(jīng)完成的閘門(mén)自動(dòng)化系統(tǒng)，大多都取得了良好的效果。其運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)采集方便，設(shè)備監(jiān)控全面，很大程度上減輕了操作人員的工作負(fù)擔(dān)，提高了工作效率。但仍然存在以下幾個(gè)問(wèn)題，只有解決了這些問(wèn)題，自動(dòng)化系統(tǒng)才能得到進(jìn)一步的發(fā)展和推廣。

1.1 設(shè)計(jì)方案存在不足

水閘自動(dòng)化系統(tǒng)的目標(biāo)是無(wú)人值守或少人值守，能大幅降低水閘工程的管理成本，但需要以智能化技術(shù)為基礎(chǔ)，這就要求在自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案中提升規(guī)范性和精確性，規(guī)避可能發(fā)生的各項(xiàng)問(wèn)題。但現(xiàn)階段的水閘自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有完善，這也是導(dǎo)致許多自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)了不合理之處。設(shè)計(jì)方案的總體構(gòu)架是否合理、安全冗余量的大小是水閘自動(dòng)化系統(tǒng)能否安全運(yùn)行的先決條件。部分水閘自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)不明確、功能不齊全，對(duì)安全問(wèn)題考慮不全面；部分水閘總體架構(gòu)不合理，組網(wǎng)方案的安全冗余量低；部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不齊全、采集的點(diǎn)位不滿(mǎn)足要求；部分保護(hù)功能不強(qiáng)，設(shè)備安全防護(hù)措施不到位，存在安全隱患，自檢功能較差，不適合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境等，這些都是目前自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段時(shí)的問(wèn)題。

1.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺乏精準(zhǔn)性

從水閘自動(dòng)控制的特點(diǎn)來(lái)看，傳感器監(jiān)控的數(shù)據(jù)將會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)的運(yùn)行有著很大的影響。如果監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的精準(zhǔn)性不足，就會(huì)使自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)水閘工程的真實(shí)狀況難以做出正確的判斷。目前，存在的問(wèn)題主要是滲壓、水位、閘門(mén)開(kāi)度、閘門(mén)負(fù)荷、水體流速等缺乏精準(zhǔn)性的問(wèn)題。可能會(huì)造成自動(dòng)控制系統(tǒng)在啟閉閘門(mén)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而降低了工作效能。對(duì)閘門(mén)自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其監(jiān)控結(jié)果將直接影響自動(dòng)控制系統(tǒng)所執(zhí)行的操作命令。一旦出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤的操作指令，就無(wú)法真正發(fā)揮出水閘的功能，甚至還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重安全事故的發(fā)生，使人們的生命財(cái)產(chǎn)安全受到威脅。這種自動(dòng)化系統(tǒng)不但無(wú)法保證閘門(mén)的正常運(yùn)行，而且還可能造成毀滅性的災(zāi)害。

1.3 運(yùn)行性能缺乏穩(wěn)定性

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)水閘工程自動(dòng)化系統(tǒng)的使用情況，有些自動(dòng)化控制系統(tǒng)在后期無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)研究與分析后可以看出，自動(dòng)化控制系統(tǒng)在剛剛投入使用時(shí)運(yùn)行很流暢，但在其運(yùn)行一段時(shí)間后其運(yùn)行性能穩(wěn)定性會(huì)大幅下降，其間時(shí)常會(huì)出現(xiàn)無(wú)法使用的現(xiàn)象，致使工作人員只能使用人工操作模式，影響正常的工程運(yùn)用。

1.4 系統(tǒng)實(shí)用性較弱

水閘自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，受各種客觀因素的制約。很多工程位置比較偏遠(yuǎn)，而且專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力高的工作人員招募相對(duì)困難，只能對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)水平普通的人員進(jìn)行聘用。但自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于操作人員專(zhuān)業(yè)知識(shí)能力需求相對(duì)較高，使得一些基層工作人員不能熟練對(duì)水閘自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行操作，其中還有部分工作人員不會(huì)對(duì)水閘自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行使用，這也導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)在長(zhǎng)期缺少使用的情況下會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行卡死以及無(wú)法正常啟動(dòng)等問(wèn)題。除此之外，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，需要專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行檢修，可在實(shí)際工作中，專(zhuān)業(yè)的檢修人員并不能在第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)。這也是水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)用性較弱的主要原因。

2 水閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用問(wèn)題分析

2.1 水閘自動(dòng)化系統(tǒng)工程特征

自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用于其他行業(yè)，然而，由于水閘的自動(dòng)化系統(tǒng)特性，導(dǎo)致存在著許多問(wèn)題。首先，在閘門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程中，具有強(qiáng)烈的間歇性，并且一年中大多數(shù)閘門(mén)幾乎沒(méi)有投入運(yùn)行，只有少數(shù)處于運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作比較快，期間電流比較大，設(shè)備需要具備比較高的質(zhì)量，所以一旦出現(xiàn)問(wèn)題，很難處理。其次，維修難度大，費(fèi)用高。由于水閘工程所在的位置相對(duì)比較偏僻，很難把技術(shù)人員從生產(chǎn)公司短時(shí)間內(nèi)調(diào)到工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修。尤其是一些閘門(mén)的自動(dòng)控制裝置，隨著其工作時(shí)間較長(zhǎng)，維修費(fèi)用也隨之大幅度增加。

2.2 自動(dòng)化建設(shè)過(guò)程中的銜接問(wèn)題

由于自動(dòng)化系統(tǒng)的客觀復(fù)雜性和設(shè)備更新速度快的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)單位往往只是提供設(shè)計(jì)方案和工程量清單。具體的軟件設(shè)計(jì)一般都由自動(dòng)化中標(biāo)單位負(fù)責(zé)完成，導(dǎo)致各單位的自動(dòng)化系統(tǒng)千差萬(wàn)別，這就造成了各單位的自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)法兼容，增加了之后的維修和改造難度。

2.3 系統(tǒng)質(zhì)量缺乏把關(guān)

任何一項(xiàng)水閘工程都要靠質(zhì)量把關(guān)。在建設(shè)過(guò)程中一方面靠監(jiān)理人員，另一方面，就靠質(zhì)量檢測(cè)。但針對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)，這兩者也都缺乏專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人才。所以，目前，水閘工程的自動(dòng)化系統(tǒng)驗(yàn)收大部分還是依靠施工單位的自我演示。

3 改善自動(dòng)化系統(tǒng)在水閘中的應(yīng)用建議

3.1 做好自動(dòng)化運(yùn)行管理

在解決閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)遇到的諸多問(wèn)題中，首先要解決的就是如何加強(qiáng)運(yùn)行管理的問(wèn)題。尤其是對(duì)于已建成水閘工程的自動(dòng)化系統(tǒng)，要進(jìn)行定期的追蹤，同時(shí)，根據(jù)追蹤的成果將其記錄下來(lái)，最后反饋給施工、設(shè)計(jì)等相關(guān)單位，以便能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，從而在最短時(shí)間內(nèi)解決問(wèn)題。

3.1.1 軟件

在水閘操作和管理過(guò)程中，系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。我們選擇的軟件系統(tǒng)不僅需要滿(mǎn)足技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、穩(wěn)定性強(qiáng)、拓展效果好等特點(diǎn)，也需要達(dá)到方便操作和維護(hù)的要求。除此之外，軟件系統(tǒng)的安全也極為重要，既要能防病毒和黑客的攻擊，也要能保證整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠。

軟件系統(tǒng)一旦開(kāi)發(fā)完成，交付給管理單位使用，其后期的改造就相對(duì)困難，所以在軟件設(shè)計(jì)和編程時(shí)，我們不僅要考慮實(shí)際運(yùn)用的需要，明確具體的方案框架，布置模塊，還要考慮到軟件在工程監(jiān)測(cè)、限位保護(hù)，尤其是故障報(bào)警等工作，這些功能極大地保證了整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)和水閘的安全可靠運(yùn)行。軟件設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)編程前，應(yīng)將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集齊全，確定準(zhǔn)確的參數(shù)設(shè)置，編制詳細(xì)的方案框架，能清楚地表達(dá)出目標(biāo)的功能，合理的組成模塊，編制全面的安全保護(hù)和故障診斷方案。

在自動(dòng)化系統(tǒng)交付使用后，一旦發(fā)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的不足或者部分程序組件不全及丟失，要及時(shí)地維護(hù)補(bǔ)充，最好找當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)人員來(lái)解決。如果是其他設(shè)計(jì)人員解決，可能會(huì)在原設(shè)計(jì)的系統(tǒng)銜接問(wèn)題上發(fā)生問(wèn)題，容易造成功能混亂和系統(tǒng)崩潰。

3.1.2 硬件

在自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件選擇上，我們應(yīng)選用工作穩(wěn)定性好、性能齊全、安全系數(shù)高的設(shè)備，此外，我們也要注重硬件之間的兼容性?？紤]到水閘所在現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因素，硬件的環(huán)境要求和使用壽命也應(yīng)該在我們選擇設(shè)備時(shí)的思考范圍。在硬件配備時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作需要，應(yīng)選擇合適的傳感器，需要保證其自身的工作的穩(wěn)定性和精度。對(duì)接地系統(tǒng)，我們需要配備防雷擊和防浪涌的專(zhuān)業(yè)設(shè)備，為自動(dòng)化系統(tǒng)提供安全的工作環(huán)境。對(duì)限位開(kāi)關(guān)，我們要加強(qiáng)巡查巡視，時(shí)刻關(guān)注限位開(kāi)關(guān)的有效性，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢修，更換損壞失靈的開(kāi)關(guān)，并配備備用控制器。電氣設(shè)備繼電保護(hù)器一般應(yīng)滿(mǎn)足過(guò)載、過(guò)壓等要求，通過(guò)其快速斷電的方式提高系統(tǒng)的安全性能，也可以配備連鎖裝置，以避免誤操作導(dǎo)致安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)在配置和使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證其開(kāi)度的安全，需設(shè)定其最高限位，螺桿啟閉機(jī)也應(yīng)設(shè)定其最高和最低限位。

3.2 完善設(shè)計(jì)方案

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步以及自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)用范圍的擴(kuò)大，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)積極提高自身的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，不斷完善自動(dòng)化系統(tǒng)的相關(guān)技能水平。因?yàn)槟壳暗淖詣?dòng)化系統(tǒng)是基于無(wú)人值守和少人值守來(lái)開(kāi)展工作，需要提高各設(shè)備的自動(dòng)化能力、減少人工的現(xiàn)場(chǎng)參與，所以要求系統(tǒng)具備較高的安全性能和穩(wěn)定性能。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)水閘的實(shí)際參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)的具體環(huán)境和水域要求進(jìn)行量身設(shè)計(jì)方案，既要滿(mǎn)足實(shí)用性的要求，也要兼顧安全穩(wěn)定的因素。在方案設(shè)計(jì)完成前，應(yīng)當(dāng)結(jié)合模型進(jìn)行模型演練和仿真模擬，確保各項(xiàng)所需數(shù)據(jù)都能充分的得到采集，并順利匯總存儲(chǔ)，使得自動(dòng)化系統(tǒng)能夠有足夠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

3.3 完善質(zhì)量檢測(cè)

為了保證水閘工程自動(dòng)化系統(tǒng)的最終效果，在施工過(guò)程中需加強(qiáng)質(zhì)量檢測(cè)。根據(jù)設(shè)備質(zhì)量、數(shù)據(jù)采集、裝配情況等，采取第三方檢測(cè)的方法，增加第三方檢測(cè)的環(huán)節(jié)，根據(jù)第三方檢驗(yàn)報(bào)告對(duì)問(wèn)題進(jìn)行查找和處理。依據(jù)第三方檢驗(yàn)的結(jié)論，當(dāng)作各類(lèi)項(xiàng)目付款的基礎(chǔ)。當(dāng)然，我們也需要加強(qiáng)對(duì)第三方檢測(cè)公司的工作監(jiān)督。

3.4 提升相關(guān)人員的專(zhuān)業(yè)水平

管理單位工作人員的專(zhuān)業(yè)水平很大程度影響著水閘自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行效率。管理單位應(yīng)健全各項(xiàng)規(guī)章制度和操作規(guī)程，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄、整合和傳輸存儲(chǔ)，降低人為的操作失誤。管理單位不僅要安排員工進(jìn)行工程管理，還要安排員工針對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)，提升工作人員的專(zhuān)業(yè)水平，定期對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)檢修，制定各項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，定期開(kāi)展預(yù)案演練，確保在面臨突發(fā)事件時(shí)可以第一時(shí)間做出有效的應(yīng)對(duì)，將損失控制在最小范圍內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，自動(dòng)化系統(tǒng)在水閘工程中被廣泛采用。但由于受各種客觀條件的制約，其使用也存在一些缺陷。因此，應(yīng)正確地看待水閘的自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)其各項(xiàng)性能和能力進(jìn)行客觀全面的分析，作業(yè)人員應(yīng)針對(duì)實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和改進(jìn)，確保自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)能夠處于安全、穩(wěn)定、高效的環(huán)境，從而達(dá)到對(duì)水閘工程的自動(dòng)化和智能化的要求。