水閘自動(dòng)化系統(tǒng)安全問(wèn)題探討

馮良隊(duì)

水閘自動(dòng)化系統(tǒng)安全問(wèn)題探討

馮良隊(duì)

水閘自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控功能，提升水閘管理的現(xiàn)代化和信息化水平，是實(shí)現(xiàn)水閘無(wú)人值守或少人值守的物理基礎(chǔ)。近年來(lái)，新建和加固的大中型水閘大多數(shù)都安裝了自動(dòng)化系統(tǒng)，為水閘的運(yùn)行管理提供了較大方便。水閘自動(dòng)化系統(tǒng)一般包括視頻監(jiān)視和微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有測(cè)量與控制、自動(dòng)計(jì)算、顯示輸出、記錄、遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ?。視頻監(jiān)視具有實(shí)時(shí)監(jiān)視或錄像回放功能，監(jiān)視工程現(xiàn)場(chǎng)情況，如上下游水面有無(wú)船只、漂浮物，水流流態(tài)以及啟閉機(jī)房?jī)?nèi)人員工作及設(shè)備運(yùn)行情況等。

一、存在的安全問(wèn)題

水閘自動(dòng)化系統(tǒng)為水閘的運(yùn)行管理提供便利條件。然而，由于設(shè)計(jì)方案缺陷、硬件設(shè)備故障、軟件系統(tǒng)不穩(wěn)定及運(yùn)行管理不善等原因，水閘自動(dòng)化系統(tǒng)往往存在各種不安全因素，如方案設(shè)計(jì)不合理、硬件設(shè)備不可靠、工作環(huán)境不適宜、管理維護(hù)不及時(shí)等，對(duì)水閘運(yùn)行安全造成不利影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能采集、控制系統(tǒng)失靈、設(shè)備元件損壞等，甚至造成閘門(mén)啟閉機(jī)和建筑結(jié)構(gòu)的損壞。有的水閘因?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，可靠性差，管理單位在水閘控制運(yùn)用時(shí)不敢采用遠(yuǎn)程控制的方式，而采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作的方式。有的水閘自動(dòng)化系統(tǒng)因后期維護(hù)不到位，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員缺乏或維修資金不足，處于閑置或癱瘓狀況，使其成為一種高檔擺設(shè)。自動(dòng)化系統(tǒng)存在的安全問(wèn)題主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)方案先天不足、硬件設(shè)備可靠性差、軟件系統(tǒng)對(duì)安全方面考慮不周、運(yùn)行管理不到位等幾個(gè)方面。

1.設(shè)計(jì)方案

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。有的水閘自動(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)題考慮不周全；有的總體構(gòu)架不合理，組網(wǎng)方案安全冗余量低（如組網(wǎng)采用枝狀還是環(huán)狀）；有的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目不全、點(diǎn)位采集不足，數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確；有的保護(hù)功能不足，自檢功能差，運(yùn)行環(huán)境不合適；有的設(shè)備安全防護(hù)措施不到位等等。

2.硬件設(shè)備

水閘自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件設(shè)備包括電源、PLC、服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)、編碼器、交換機(jī)等。因生產(chǎn)廠家的不同，同類(lèi)設(shè)備在質(zhì)量方面（如穩(wěn)定性、可靠性、耐久性）差別較大；另外，不同設(shè)備因生產(chǎn)商不同，內(nèi)置系統(tǒng)不同，兼容性和穩(wěn)定性存在問(wèn)題。硬件設(shè)備的使用環(huán)境，如戶內(nèi)（外）、溫度、濕度、電磁干擾、振動(dòng)、防雷擊、防浪涌等，如果選擇不當(dāng)則會(huì)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命產(chǎn)生不利影響；設(shè)備老化、故障、損壞能否及時(shí)發(fā)現(xiàn)并加以維護(hù)，也是保持系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要因素。另外電子元器件故障的產(chǎn)生有其突然性，無(wú)明顯征兆，不易檢查。

3.軟件系統(tǒng)

包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件。操作系統(tǒng)要求穩(wěn)定性好、應(yīng)用功能齊全、具有多任務(wù)功能、數(shù)據(jù)處理功能，適合工業(yè)控制。應(yīng)用軟件一般由專(zhuān)業(yè)公司根據(jù)具體工程，使用專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)工具軟件進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)的目標(biāo)要求、開(kāi)發(fā)人員的水平、開(kāi)發(fā)工具等因素，影響軟件的安全功能。軟件設(shè)計(jì)功能不全、程序執(zhí)行不閉合、安全條件設(shè)置不全都可能影響軟件安全使用。有的軟件功能混亂，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，甚至對(duì)硬件造成損壞。軟件的開(kāi)發(fā)具有獨(dú)特性，往往由于原開(kāi)發(fā)人員調(diào)離，軟件后期難以維護(hù)。

4.運(yùn)行管理

水閘自動(dòng)化系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，一般需要專(zhuān)業(yè)對(duì)口、專(zhuān)業(yè)素質(zhì)較強(qiáng)的管理人員進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)管理。有些管理單位管理制度不健全，管理人員專(zhuān)業(yè)不對(duì)口，專(zhuān)業(yè)能力不強(qiáng)，人員培訓(xùn)不到位，沒(méi)有編制操作規(guī)程及注意事項(xiàng)，未設(shè)置管理權(quán)限，硬件設(shè)備不能及時(shí)維修更新，軟件系統(tǒng)維護(hù)不力，數(shù)據(jù)不能及時(shí)備份。對(duì)一般的管理單位而言，水閘自動(dòng)化系統(tǒng)僅是應(yīng)用層面的，對(duì)軟件系統(tǒng)不具備專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)維護(hù)的能力，導(dǎo)致問(wèn)題積壓，最終造成系統(tǒng)癱瘓。另外系統(tǒng)設(shè)備老化后，維護(hù)更新資金不到位，設(shè)備帶病運(yùn)行，故障頻發(fā)。

二、建議及對(duì)策

為了充分發(fā)揮水閘自動(dòng)化系統(tǒng)功能和效益,必須從總體設(shè)計(jì)、硬件、軟件和管理方面加強(qiáng)其安全性、可靠性和可維護(hù)性。

1.設(shè)計(jì)方案

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)以“無(wú)人值守或少人值守”為目標(biāo)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，本著安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則進(jìn)行配置，其中安全性是重要考量。

自動(dòng)化系統(tǒng)的總體構(gòu)架要合理、先進(jìn)，能夠滿足功能和安全性要求，有較大安全冗余和安全系數(shù)。在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，從安全、投資等方面要進(jìn)行方案優(yōu)化、比選、論證。系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)明確、功能相對(duì)齊全。目前，通訊組網(wǎng)一般采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)，要求監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、點(diǎn)位采集全面，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確；保護(hù)功能齊全，自檢功能好，運(yùn)行環(huán)境適合，設(shè)備的安全防護(hù)措施完備。

2.硬件方面

應(yīng)選擇性能穩(wěn)定、安全可靠性強(qiáng)的設(shè)備，同時(shí)考慮不同設(shè)備間的兼容性，設(shè)備的適用環(huán)境和條件。電氣設(shè)備繼電保護(hù)功能應(yīng)齊全，比如過(guò)載、低電壓、電流速斷、熱繼電器等，考慮各種安全因素，設(shè)置可靠的機(jī)械連鎖和電氣連鎖，防止誤操作。在遠(yuǎn)程控制室內(nèi)可設(shè)置“急?！卑粹o，防止自動(dòng)控制失靈，按下此按鈕可通過(guò)越級(jí)跳閘實(shí)現(xiàn)對(duì)工程設(shè)備的保護(hù)。自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集來(lái)自于各種傳感器、儀器儀表等，這些設(shè)備本身的準(zhǔn)確性和可靠性直接影響自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性，比如閘位儀、電流表、綜合儀表等。可靠的接地系統(tǒng)、防雷擊和防浪涌等設(shè)備設(shè)施也是安全保障的重要措施。限位開(kāi)關(guān)應(yīng)具有較高可靠性，應(yīng)經(jīng)常檢查設(shè)備狀態(tài)，一旦失靈要立即更換；另外，可設(shè)置后備限位和多點(diǎn)控制。對(duì)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)可采用安全開(kāi)度限位和最高位限位，對(duì)螺桿式啟閉機(jī)可設(shè)置最高位和最低位限位。增強(qiáng)機(jī)械保護(hù)，如連軸器過(guò)載脫扣保護(hù)等。

3.軟件方面

軟件系統(tǒng)除滿足先進(jìn)性、功能性、穩(wěn)定性、拓展性、易維護(hù)等要求，設(shè)計(jì)方面更應(yīng)注重安全性。軟件安全包括系統(tǒng)本身的安全防護(hù)能力和軟件系統(tǒng)對(duì)工程設(shè)備的安全保護(hù)方面。前者指防病毒和黑客入侵能力，后者指對(duì)工程設(shè)備的安全設(shè)置。

（1）開(kāi)發(fā)階段在設(shè)備保護(hù)、安全運(yùn)行方面的考慮。根據(jù)水閘監(jiān)控系統(tǒng)軟件的不同，主要包括工程的安全監(jiān)測(cè)、閘門(mén)限位的保護(hù)、閘門(mén)卡阻保護(hù)、啟閉機(jī)保護(hù)、電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)、電氣設(shè)備保護(hù)、故障報(bào)警等方面。軟件設(shè)計(jì)人員在軟件編程前，要編制詳細(xì)的方案框架，做到目標(biāo)功能清楚、模塊組成合理、開(kāi)發(fā)工具適用、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)齊全、參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確、安全保護(hù)方案周全、故障診斷功能完善，特別是安全功能方面更應(yīng)倍加重視。一旦軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成，交付管理單位使用，后期改動(dòng)就比較困難了。目前，軟件系統(tǒng)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控往往不夠完善，缺乏必要的故障監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)；另外，自動(dòng)化系統(tǒng)一般具有Web遠(yuǎn)程瀏覽功能，外網(wǎng)防護(hù)能力不足，然而一般的防衛(wèi)殺毒軟件會(huì)把控制程序誤當(dāng)作病毒刪除，這就需要選擇合適的防侵入軟件。

（2）應(yīng)用階段的完善、升級(jí)。自動(dòng)化系統(tǒng)的管理人員發(fā)現(xiàn)不足或部分程序組件不全及丟失要能夠及時(shí)維護(hù)、補(bǔ)充，最好找設(shè)計(jì)人員來(lái)解決。如果其他設(shè)計(jì)人員來(lái)做這項(xiàng)工作，那么與原系統(tǒng)的銜接就比較困難，容易造成功能混亂、系統(tǒng)崩潰。管理單位的管理人員應(yīng)具備軟件系統(tǒng)重裝、參數(shù)設(shè)置和調(diào)試能力，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)保存和備份。根據(jù)操作環(huán)境變化、硬件系統(tǒng)的更新而同步進(jìn)行軟件系統(tǒng)的升級(jí)，增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性、可靠性。

4.管理方面

要使水閘自動(dòng)系統(tǒng)發(fā)揮應(yīng)有功能和作用，應(yīng)加強(qiáng)管理，保持系統(tǒng)設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)。要完善管理制度、操作制度、監(jiān)護(hù)制度、記錄制度，做到制度化、規(guī)范化和精細(xì)化管理，并加以落實(shí)執(zhí)行，從而保證管理有序，減少操作失誤。應(yīng)選派專(zhuān)業(yè)對(duì)口人員負(fù)責(zé)維護(hù)管理，加強(qiáng)操作人員培訓(xùn)，限定操作權(quán)限。加強(qiáng)巡視檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患、故障并加以排除。保證充足的資金投入，及時(shí)進(jìn)行維修、完善和升級(jí)改造。加強(qiáng)事故應(yīng)急預(yù)案制定和演練，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況，進(jìn)行事故預(yù)想，進(jìn)而制定對(duì)策和防范措施，以便在發(fā)生突發(fā)事故時(shí)，能夠正確快速地進(jìn)行應(yīng)急處理，把事故遏制在萌芽狀態(tài)，阻止事故的進(jìn)一步發(fā)展。操作上盡量采用輸入閘門(mén)開(kāi)度控制方式，以防在開(kāi)啟或者關(guān)閉操作時(shí)通訊中斷。

三、結(jié)語(yǔ)

基于PLC和Web技術(shù)的水閘自動(dòng)化系統(tǒng)是目前實(shí)現(xiàn)水閘自動(dòng)化控制的主流方法。目前，水閘自動(dòng)化系統(tǒng)還存在一些缺陷與不足，尤其是設(shè)備可靠性和系統(tǒng)的安全性得不到充分保證，要在應(yīng)用管理過(guò)程中逐步加以總結(jié)、改進(jìn)、完善，才能不斷推進(jìn)水閘工程運(yùn)行管理水平向自動(dòng)化、現(xiàn)代化方向邁進(jìn)，逐步實(shí)現(xiàn)水閘運(yùn)行管理的無(wú)人值守

（作者單位：江蘇省淮沭新河管理處223005）