現代水利工程中自動化系統問題分析

李鵬飛，李俊楠，呂廣鎖

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

在科學技術不斷發展的過程當中，自動化系統在很多領域當中得到了應用。在現今很多的水利樞紐當中，就具有著自動化系統的配備，在實際工作當中，操作者則可以在調度中心以及中控室通過網絡信息傳遞、遠程監控調配以及現場自動控制技術的應用實現水利工程的整體控制以及有效管理，以此達到排澇、水環境改善以及防洪等綜合性目標?？梢哉f，在現今水利工程運行當中，自動化系統已經成為了其不可缺少的一項部分，是技術保障的同時也是其重要的物質基礎[1]。但對于水利自動化系統來說，其同時也是一項具有綜合性、復雜性的系統，對此，在實際故障檢修以及設備維護工作開展當中，則對技術人員水平以及現場操作方式具有了較高的需求，需要在實際處理當中做好把握。

1 工程概況

我國南部某水利工程，為該城市的重要防洪樞紐。該工程由一座船閘，設計流量為60m3/s泵站以及凈寬16m的節制閘組成。工程機電設備以微機自動化方式監控。在本研究當中，將從方法論角度出發，在將該水利樞紐自動化系統運行維護作為實例的基礎上將原本較為復雜的系統對不同簡單的功能模塊進行剖解，通過對比、歸類等方式的應用對故障表現的形式、推斷以及故障發生電排查進行分析，進而針對性的提出問題的解決措施。

2 水利工程常見故障與排除

2.1 系統總體情況了解

作為維護人員，首先需要能夠對水利工程當中自動化系統的結構以及整體布局形成較好的熟悉與了解，從全局角度對系統設備的通訊信號、操作步驟以及控制命令等信息進行把握。無論自動化系統在接線以及設備方面如何復雜，其系統結構通常較為直觀與簡單，通過系統圖的觀察即能夠直觀的了解。在把握系統通信拓撲圖的基礎上，同具體設備系統如以及PLC系統圖的配合應用即能夠實現整個自動化系統的把握。在做好系統整體情況后，即需要對系統當中自動化設備的特性、工作參數以及具體作用形成了解，對自動化元件、設備在正常模式當中的運行狀態，以及在故障情況下發出的報警信息進行充分的熟悉了解。對于微機保護以及PLC設備來說，其越是高級，在故障判斷方面則將具有更簡單的特點[2]。在這部分設備當中，通常都具有故障指示燈的設置，在高級設備當中，甚至會將故障發生的時間與原因進行直觀的顯示。而對于溫度傳感器、壓力傳感器這部分簡單的感應元器件以及中間繼電器電氣特性如常開常閉狀態、常規阻值以及量程范圍等，則需要能夠做好資料參數的收集與了解。最后，則需要對自動化系統所控制的電氣設備以及機械設備形成充分的了解。在自動化設備運行當中是否能夠正確的相關數據進行反映、對各類信息進行及時的傳遞以及是否能夠實現相關設備的精確控制都是對自動化設備進行檢驗的一項重要標準。對此，通過對自動化系統當中電氣設備、監視設備以及系統控制設備運行特性的了解，如定子允許溫升、閘門正常開度攝像正常模式、定子正常溫度以及主泵正常擺度等，即能夠較好的實現自動化系統運行工況的判斷[3]。

2.2 系統基本原理掌握

首先，要做好系統基本結構的掌握。對于自動化系統來說，其是一個具有分級特征的綜合性系統，通常由信息傳遞、結果反饋、信號采集以及數據處理這幾大部分所組成。在具體應用當中，可以先對系統進行分級處理，在故障問題出現之后，則需要根據故障現象做好問題發生原因的分析，之后通過分級處理方式的應用逐步進行排查[4]。

其次，要做好設備屬性的熟悉了解，對不同元件的位置進行明確。在自動化系統當中，具有著多種類型以及數量的自動化元器件，且具有著不同的作用以及電氣屬性，通過這部分信息的掌握，為實際工作開展以及故障判斷都將打下良好的理論基礎。

2.3 常見故障分析

自動化系統復雜特征的存在，使其在故障表現形式方面也具有了多樣性特點，其系統性特征也將對故障在具體表現方式方面的關聯性特點進行了確定。在自動化系統運行當中，常見的設備故障有信號傳遞丟失、變形、不動作以及發生誤動作等。根據故障實質，可以將其分為信息傳輸設備、傳感元器件、主控制設備以及執行元器件故障。

下面，將以該水利樞紐系統的檢修工作為例，對其實際發生的故障以及解決處理方式進行一定的研究：

2.3.1 先總后分

對于該方式，即根據故障影響具體范圍，從整體角度對故障所處系統功能塊進行判斷，之后對可能對該功能塊產生影響的設備進行分析。在經過有層次判斷以及檢查工作的開展獲取真正的故障點，并根據其實際故障類型對其進行排除。

某日，水閘PLC控制柜觸摸屏上所有數據發生消失情況，包括有信號燈狀態、閘門開度以及電量數據等。在中控室控制主機上，也沒有同水閘有關的相關數據顯示。而在運行方面，不同閘門還能夠以自動的方式在控制柜上進行操作。因本次故障發生的面積較大，在故障問題顯現之后，初步確定本次故障發生在信息傳輸設備方面。因沒有執行器件或者單個的感應器件能夠對所有電量顯示產生影響，且在本地閘門能夠自動操作，即表明閘門不同PLC都能夠正常運行。通訊不正常情況的存在，則使得中控機以及觸摸屏無法對PLC信息進行采集，對此，本次故障應當發生在通訊傳輸設備當中，具體即為網絡設備，該故障情況的存在，能夠對水閘的節制閘以及內外閘首三個區域的通訊設備產生影響，而具有該種影響范圍的，經過判定為水閘的4#交換機。在判定故障發生位置之后，按照以下措施對故障進行處理：①及時來到下場對4#交換機進行檢查，經過檢查發現，設備電源指示燈不亮，即確定該設備即為本次故障的故障點；②對該設備的供電電源進行測量，現場具有24v供電。該種情況的存在，即并非因供電原因導致其無法正常工作；③經過對交換器具體信息調查后發現，該交換器為進口產品，且在故障發生時處于質保期。對此，及時通知廠家對該產品進行更換，在對新交換機設備更換完畢后，系統恢復正常運行[5]。

2.3.2 明確故障

在該種該方式當中，即在對故障所處模塊進行明確之后，從容易排查的角度入手，對不同故障發生的可能性進行初步排查。在經過一系列處理之后，即使故障點出現的環境難以測量，也能夠對其進行較好的明確，并在適當的時間內對其進行檢修處理。

某日，3#以及4#主機當中各具有一定定子溫度點發生溫度異常，同正常溫度相比要高出約40℃。在正常開機情況下，這兩個溫度點在溫升方面同其余溫度點溫升情況相近。因這兩個溫度點具有正常的溫升情況，即表明在主機定子線圈當中安裝的鉑熱電阻運行正常。同時，其余測點同比正常，即表明這部分測點歸口PLC模塊都處于正常狀態。在泵組實際安裝當中，因鉑熱電阻同PLC的連接回路沒有對調節功能進行設計。

對此，本次故障很可能出現在PLC模擬量輸入模塊同鉑熱電阻間的接線端子以及信號線路當中[6]。在自動化調節階段，設備的安裝單位即發現該問題的存在，但在當時沒有進行進一步的檢查，僅僅以測溫電阻不具有調節功能為由對該溫度測點進行了放棄。根據該方面信息的推斷，確定本次故障是由安裝方面問題導致的小故障。在判定故障發生位置之后，按照以下措施對故障進行處理：①先對系統當中解決較為簡單的接線部分進行排查，如主機端子箱當中的接線端子以及PLC柜的接線端子等；②在檢查當中，發現主機端子箱當中的端子存在沒有擰緊的情況，在對該問題處理完成后，溫度顯示正常；③如問題出現在電阻定子內連接位置或者導線位置，在實際處理當中則將存在著較大的困難，需要在泵組大修時才可以開展維修工作。而通過先易后難方式的應用，獲得了對故障點確定的有效的途徑。此外，通過對平衡電阻加裝方式的應用，也能夠使變形電阻處于理想范圍當中。

2.3.3 確定范圍

在該方式當中，即在對故障發生范圍進行確定之后，將發生故障的設備同型號、卻沒有發生故障的設備進行比較，以此完成設備具體故障點的確定。在自動化設備當中，很多產品的生產廠家僅僅具有使用說明的提供，而缺少內部部件詳細資料的信息。在該種情況，對良好運行設備參數進行對比則可以說是故障點排查工作當中較為有效的一種方式。

某日，泵站2#工作門在全開狀態下存在開度不正確情況，而閘門工作正常，在全開位置能夠自動停止。對于該故障，在自動條件下閘門能夠正常工作，即表明其限位開關不存在問題，PLC、分閘繼電器以及接觸器運行良好，即在高度顯示儀上存在問題。在確定故障發生位置后，將高度顯示儀拆開，以類比方式試驗，最終確定為磁柵輪當中的某磁力點發生問題。在對故障設備更換后，系統恢復正常。

3 結 語

在上文中，我們對現代水利工程中自動化系統問題進行了一定的研究。在未來水利工程故障解決當中，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上實現問題的快速解決，在保障水利工程自動化系統正常工作的基礎上實現水利工程的穩定運行。

[1]黃毅.綜合管控平臺在布爾津河水利工程中的應用[J].黑龍江水利科技，2017(06)：49-50.

[2]吳杰輝.水利工程自動化現狀與適應技術分析研究[J].城市建設理論研究：電子版，2017(12)：51-52.

[3]劉懷利.水利工程自動化系統運行管理問題分析與對策探討[J].江淮水利科技，2016(06)：21-24.

[4]劉懷利,馬浩.安徽省水利工程自動化系統運行維護管理模式探討[J].水利建設與管理，2016(10)：69-72.

[5]董彩宏,楊建偉,岳偉志,等.淺談小型水電站無人值守運行模式[J].小水電，2016(02)：102-104.

[6]李兵.關于參窩水庫防汛信息化系統改造工程設計的研究[J].中國水能及電氣化，2016(04)：66-68.