現(xiàn)代水利工程中自動(dòng)化系統(tǒng)問(wèn)題分析

李鵬飛，李俊楠，呂廣鎖

(1.遼寧省湯河水庫(kù)管理局，遼寧 遼陽(yáng) 111000；2.遼寧省蓡窩水庫(kù)管理局，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中，自動(dòng)化系統(tǒng)在很多領(lǐng)域當(dāng)中得到了應(yīng)用。在現(xiàn)今很多的水利樞紐當(dāng)中，就具有著自動(dòng)化系統(tǒng)的配備，在實(shí)際工作當(dāng)中，操作者則可以在調(diào)度中心以及中控室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞、遠(yuǎn)程監(jiān)控調(diào)配以及現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)水利工程的整體控制以及有效管理，以此達(dá)到排澇、水環(huán)境改善以及防洪等綜合性目標(biāo)?？梢哉f(shuō)，在現(xiàn)今水利工程運(yùn)行當(dāng)中，自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)成為了其不可缺少的一項(xiàng)部分，是技術(shù)保障的同時(shí)也是其重要的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。但對(duì)于水利自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其同時(shí)也是一項(xiàng)具有綜合性、復(fù)雜性的系統(tǒng)，對(duì)此，在實(shí)際故障檢修以及設(shè)備維護(hù)工作開(kāi)展當(dāng)中，則對(duì)技術(shù)人員水平以及現(xiàn)場(chǎng)操作方式具有了較高的需求，需要在實(shí)際處理當(dāng)中做好把握。

1 工程概況

我國(guó)南部某水利工程，為該城市的重要防洪樞紐。該工程由一座船閘，設(shè)計(jì)流量為60m3/s泵站以及凈寬16m的節(jié)制閘組成。工程機(jī)電設(shè)備以微機(jī)自動(dòng)化方式監(jiān)控。在本研究當(dāng)中，將從方法論角度出發(fā)，在將該水利樞紐自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)作為實(shí)例的基礎(chǔ)上將原本較為復(fù)雜的系統(tǒng)對(duì)不同簡(jiǎn)單的功能模塊進(jìn)行剖解，通過(guò)對(duì)比、歸類(lèi)等方式的應(yīng)用對(duì)故障表現(xiàn)的形式、推斷以及故障發(fā)生電排查進(jìn)行分析，進(jìn)而針對(duì)性的提出問(wèn)題的解決措施。

2 水利工程常見(jiàn)故障與排除

2.1 系統(tǒng)總體情況了解

作為維護(hù)人員，首先需要能夠?qū)λこ坍?dāng)中自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及整體布局形成較好的熟悉與了解，從全局角度對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的通訊信號(hào)、操作步驟以及控制命令等信息進(jìn)行把握。無(wú)論自動(dòng)化系統(tǒng)在接線(xiàn)以及設(shè)備方面如何復(fù)雜，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常較為直觀與簡(jiǎn)單，通過(guò)系統(tǒng)圖的觀察即能夠直觀的了解。在把握系統(tǒng)通信拓?fù)鋱D的基礎(chǔ)上，同具體設(shè)備系統(tǒng)如以及PLC系統(tǒng)圖的配合應(yīng)用即能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的把握。在做好系統(tǒng)整體情況后，即需要對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中自動(dòng)化設(shè)備的特性、工作參數(shù)以及具體作用形成了解，對(duì)自動(dòng)化元件、設(shè)備在正常模式當(dāng)中的運(yùn)行狀態(tài)，以及在故障情況下發(fā)出的報(bào)警信息進(jìn)行充分的熟悉了解。對(duì)于微機(jī)保護(hù)以及PLC設(shè)備來(lái)說(shuō)，其越是高級(jí)，在故障判斷方面則將具有更簡(jiǎn)單的特點(diǎn)[2]。在這部分設(shè)備當(dāng)中，通常都具有故障指示燈的設(shè)置，在高級(jí)設(shè)備當(dāng)中，甚至?xí)⒐收习l(fā)生的時(shí)間與原因進(jìn)行直觀的顯示。而對(duì)于溫度傳感器、壓力傳感器這部分簡(jiǎn)單的感應(yīng)元器件以及中間繼電器電氣特性如常開(kāi)常閉狀態(tài)、常規(guī)阻值以及量程范圍等，則需要能夠做好資料參數(shù)的收集與了解。最后，則需要對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)所控制的電氣設(shè)備以及機(jī)械設(shè)備形成充分的了解。在自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行當(dāng)中是否能夠正確的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行反映、對(duì)各類(lèi)信息進(jìn)行及時(shí)的傳遞以及是否能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)設(shè)備的精確控制都是對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此，通過(guò)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中電氣設(shè)備、監(jiān)視設(shè)備以及系統(tǒng)控制設(shè)備運(yùn)行特性的了解，如定子允許溫升、閘門(mén)正常開(kāi)度攝像正常模式、定子正常溫度以及主泵正常擺度等，即能夠較好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行工況的判斷[3]。

2.2 系統(tǒng)基本原理掌握

首先，要做好系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的掌握。對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其是一個(gè)具有分級(jí)特征的綜合性系統(tǒng)，通常由信息傳遞、結(jié)果反饋、信號(hào)采集以及數(shù)據(jù)處理這幾大部分所組成。在具體應(yīng)用當(dāng)中，可以先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分級(jí)處理，在故障問(wèn)題出現(xiàn)之后，則需要根據(jù)故障現(xiàn)象做好問(wèn)題發(fā)生原因的分析，之后通過(guò)分級(jí)處理方式的應(yīng)用逐步進(jìn)行排查[4]。

其次，要做好設(shè)備屬性的熟悉了解，對(duì)不同元件的位置進(jìn)行明確。在自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，具有著多種類(lèi)型以及數(shù)量的自動(dòng)化元器件，且具有著不同的作用以及電氣屬性，通過(guò)這部分信息的掌握，為實(shí)際工作開(kāi)展以及故障判斷都將打下良好的理論基礎(chǔ)。

2.3 常見(jiàn)故障分析

自動(dòng)化系統(tǒng)復(fù)雜特征的存在，使其在故障表現(xiàn)形式方面也具有了多樣性特點(diǎn)，其系統(tǒng)性特征也將對(duì)故障在具體表現(xiàn)方式方面的關(guān)聯(lián)性特點(diǎn)進(jìn)行了確定。在自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)中，常見(jiàn)的設(shè)備故障有信號(hào)傳遞丟失、變形、不動(dòng)作以及發(fā)生誤動(dòng)作等。根據(jù)故障實(shí)質(zhì)，可以將其分為信息傳輸設(shè)備、傳感元器件、主控制設(shè)備以及執(zhí)行元器件故障。

下面，將以該水利樞紐系統(tǒng)的檢修工作為例，對(duì)其實(shí)際發(fā)生的故障以及解決處理方式進(jìn)行一定的研究：

2.3.1 先總后分

對(duì)于該方式，即根據(jù)故障影響具體范圍，從整體角度對(duì)故障所處系統(tǒng)功能塊進(jìn)行判斷，之后對(duì)可能對(duì)該功能塊產(chǎn)生影響的設(shè)備進(jìn)行分析。在經(jīng)過(guò)有層次判斷以及檢查工作的開(kāi)展獲取真正的故障點(diǎn)，并根據(jù)其實(shí)際故障類(lèi)型對(duì)其進(jìn)行排除。

某日，水閘PLC控制柜觸摸屏上所有數(shù)據(jù)發(fā)生消失情況，包括有信號(hào)燈狀態(tài)、閘門(mén)開(kāi)度以及電量數(shù)據(jù)等。在中控室控制主機(jī)上，也沒(méi)有同水閘有關(guān)的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示。而在運(yùn)行方面，不同閘門(mén)還能夠以自動(dòng)的方式在控制柜上進(jìn)行操作。因本次故障發(fā)生的面積較大，在故障問(wèn)題顯現(xiàn)之后，初步確定本次故障發(fā)生在信息傳輸設(shè)備方面。因沒(méi)有執(zhí)行器件或者單個(gè)的感應(yīng)器件能夠?qū)λ须娏匡@示產(chǎn)生影響，且在本地閘門(mén)能夠自動(dòng)操作，即表明閘門(mén)不同PLC都能夠正常運(yùn)行。通訊不正常情況的存在，則使得中控機(jī)以及觸摸屏無(wú)法對(duì)PLC信息進(jìn)行采集，對(duì)此，本次故障應(yīng)當(dāng)發(fā)生在通訊傳輸設(shè)備當(dāng)中，具體即為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，該故障情況的存在，能夠?qū)λl的節(jié)制閘以及內(nèi)外閘首三個(gè)區(qū)域的通訊設(shè)備產(chǎn)生影響，而具有該種影響范圍的，經(jīng)過(guò)判定為水閘的4#交換機(jī)。在判定故障發(fā)生位置之后，按照以下措施對(duì)故障進(jìn)行處理：①及時(shí)來(lái)到下場(chǎng)對(duì)4#交換機(jī)進(jìn)行檢查，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，設(shè)備電源指示燈不亮，即確定該設(shè)備即為本次故障的故障點(diǎn)；②對(duì)該設(shè)備的供電電源進(jìn)行測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)具有24v供電。該種情況的存在，即并非因供電原因?qū)е缕錈o(wú)法正常工作；③經(jīng)過(guò)對(duì)交換器具體信息調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，該交換器為進(jìn)口產(chǎn)品，且在故障發(fā)生時(shí)處于質(zhì)保期。對(duì)此，及時(shí)通知廠家對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行更換，在對(duì)新交換機(jī)設(shè)備更換完畢后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行[5]。

2.3.2 明確故障

在該種該方式當(dāng)中，即在對(duì)故障所處模塊進(jìn)行明確之后，從容易排查的角度入手，對(duì)不同故障發(fā)生的可能性進(jìn)行初步排查。在經(jīng)過(guò)一系列處理之后，即使故障點(diǎn)出現(xiàn)的環(huán)境難以測(cè)量，也能夠?qū)ζ溥M(jìn)行較好的明確，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行檢修處理。

某日，3#以及4#主機(jī)當(dāng)中各具有一定定子溫度點(diǎn)發(fā)生溫度異常，同正常溫度相比要高出約40℃。在正常開(kāi)機(jī)情況下，這兩個(gè)溫度點(diǎn)在溫升方面同其余溫度點(diǎn)溫升情況相近。因這兩個(gè)溫度點(diǎn)具有正常的溫升情況，即表明在主機(jī)定子線(xiàn)圈當(dāng)中安裝的鉑熱電阻運(yùn)行正常。同時(shí)，其余測(cè)點(diǎn)同比正常，即表明這部分測(cè)點(diǎn)歸口PLC模塊都處于正常狀態(tài)。在泵組實(shí)際安裝當(dāng)中，因鉑熱電阻同PLC的連接回路沒(méi)有對(duì)調(diào)節(jié)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

對(duì)此，本次故障很可能出現(xiàn)在PLC模擬量輸入模塊同鉑熱電阻間的接線(xiàn)端子以及信號(hào)線(xiàn)路當(dāng)中[6]。在自動(dòng)化調(diào)節(jié)階段，設(shè)備的安裝單位即發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題的存在，但在當(dāng)時(shí)沒(méi)有進(jìn)行進(jìn)一步的檢查，僅僅以測(cè)溫電阻不具有調(diào)節(jié)功能為由對(duì)該溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了放棄。根據(jù)該方面信息的推斷，確定本次故障是由安裝方面問(wèn)題導(dǎo)致的小故障。在判定故障發(fā)生位置之后，按照以下措施對(duì)故障進(jìn)行處理：①先對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中解決較為簡(jiǎn)單的接線(xiàn)部分進(jìn)行排查，如主機(jī)端子箱當(dāng)中的接線(xiàn)端子以及PLC柜的接線(xiàn)端子等；②在檢查當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)主機(jī)端子箱當(dāng)中的端子存在沒(méi)有擰緊的情況，在對(duì)該問(wèn)題處理完成后，溫度顯示正常；③如問(wèn)題出現(xiàn)在電阻定子內(nèi)連接位置或者導(dǎo)線(xiàn)位置，在實(shí)際處理當(dāng)中則將存在著較大的困難，需要在泵組大修時(shí)才可以開(kāi)展維修工作。而通過(guò)先易后難方式的應(yīng)用，獲得了對(duì)故障點(diǎn)確定的有效的途徑。此外，通過(guò)對(duì)平衡電阻加裝方式的應(yīng)用，也能夠使變形電阻處于理想范圍當(dāng)中。

2.3.3 確定范圍

在該方式當(dāng)中，即在對(duì)故障發(fā)生范圍進(jìn)行確定之后，將發(fā)生故障的設(shè)備同型號(hào)、卻沒(méi)有發(fā)生故障的設(shè)備進(jìn)行比較，以此完成設(shè)備具體故障點(diǎn)的確定。在自動(dòng)化設(shè)備當(dāng)中，很多產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家僅僅具有使用說(shuō)明的提供，而缺少內(nèi)部部件詳細(xì)資料的信息。在該種情況，對(duì)良好運(yùn)行設(shè)備參數(shù)進(jìn)行對(duì)比則可以說(shuō)是故障點(diǎn)排查工作當(dāng)中較為有效的一種方式。

某日，泵站2#工作門(mén)在全開(kāi)狀態(tài)下存在開(kāi)度不正確情況，而閘門(mén)工作正常，在全開(kāi)位置能夠自動(dòng)停止。對(duì)于該故障，在自動(dòng)條件下閘門(mén)能夠正常工作，即表明其限位開(kāi)關(guān)不存在問(wèn)題，PLC、分閘繼電器以及接觸器運(yùn)行良好，即在高度顯示儀上存在問(wèn)題。在確定故障發(fā)生位置后，將高度顯示儀拆開(kāi)，以類(lèi)比方式試驗(yàn)，最終確定為磁柵輪當(dāng)中的某磁力點(diǎn)發(fā)生問(wèn)題。在對(duì)故障設(shè)備更換后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

3 結(jié) 語(yǔ)

在上文中，我們對(duì)現(xiàn)代水利工程中自動(dòng)化系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行了一定的研究。在未來(lái)水利工程故障解決當(dāng)中，要能夠從好壞比照、從大到下以及從易到難的方式定位故障，在保障故障快速定位的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的快速解決，在保障水利工程自動(dòng)化系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)水利工程的穩(wěn)定運(yùn)行。

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