现代水利自动化工程存在问题的思考_朱梦珺.pdf

154 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）现代水利自动化工程存在问题的思考朱梦珺，唐琦(江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安 223200)摘 要：当前国内绝大多数的泵站、水闸以及水库等水利工程都配备了自动化监控系统，水利自动化系统是为水利管理工作服务的自动测量、监控系统。此系统的运行包括对各种数据的自动采集、传输、存贮、处理和分析计算判断、自动控制等。系统可以实时检测水利工程信息，并及时上报，方便工程调度人员根据信息采取防洪措施，减轻以至避免人民生命财产和社会经济的重大损失。水利部大力推进“智慧水利”的建设，文章以江苏省灌溉总渠管理处为例，就当前智慧水利中的水利自动化工程在实际运用中存在的问题进行思考分析，同时给出了相关问题的建议。关键字：智慧水利；水利自动化；思考；建议中图分类号：TP18文献标识码：B现在省厅正在全力推进“智慧水利”建设，“智慧水利”是指以水利信息化为基础，高度整合水利信息资源，通过物联网、互联网+、云计算等新技术，基于水利大数据，建立具有模拟分析和智能优选能力的水利业务应用系统，实现水利信息资源共享和智慧管理，也是科学化调配水资源，中国水利走向人水和谐的大方向。为进一步做好“智慧水利”相关工作，管理处逐步完善水文、重点水利工程、水行政执法和湖泊管理等相关信息的自动采集建设，加强移动信息采集和应急信息采集。完善水利工程自动监控体系，扩大监控覆盖范围和监控参数内容，增加监控系统管理和预警功能。将全处工程视频监视系统改造为高清数字摄像机，利用网络直接传输。建设统一的水利信息采集系统和工程监控平台，形成水利信息采集、传输体系，为各业务系统提供基础信息。而自动化监视系统则是其中不可缺少的一环，主要是在平台上实现各闸站自动化监控系统数据监测和统计。工程信息化平台展示视频画面时，通过对应通信驱动向科达视频监视平台采集各个工程实时画面，从而在一体化软件平台上实现对各工程视频监视。软件平台可在水利专网内任意一台电脑上登录和二次展示。以满足江苏省灌溉总渠管理处水利现代化发展和工程精细化管理的要求。目前，管理处主要建有淮安抽水站集中控制中心和管理处集控中心 2 处集中监控点。淮安抽水站集中控制系统，将位于淮安站区周边的淮安抽水一站、二站、三站、四站、淮安抽水站变电所、运西分水闸、运东闸 7 个闸、站点自动化监控系统实时运行数据集中采集、接入位于淮安抽水二站的淮安抽水站集中控制中心，同时有网页发布功能，具备向省厅传送运行数据的能力。多年来管理处利用加固改造和工程维修养护机会,逐步提高工程信息化、自动化水平，从而不断提高工程可靠运行能力、优化运行能力。1 当前水利自动化工程存在的问题而管理处所管理的水工建筑物配备的自动化控制系统存在着以下几方面问题：收稿日期 2022-12-15作者简介朱梦珺（1992-），女，江苏淮安人，技术员；唐琦（1995-），男，江苏淮安人，助理工程师。文章编号:1007-7596（2023）01-0154-04DOI:10.14122/ki.hskj.2023.01.029 155 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）1.1 经费方面1）中国水利自动化工程还不尽成熟，很多人未意识到自动化控制系统在现代水利中发挥的重要作用，对其保障水工建筑物工程安全重要性的认知不到位。因此，对自动化专项工程等项目的资金投入有所减少。而我们知道，自动化监控系统的实际运用效果主要取决于信息的采集以及传输，这就要求自动化监控系统中所使用的元器件的质量要过硬，而目前，由于在自动化监控系统的建设中资金通常不是很充裕，导致工程实施过程中所能配备的元器件数量、质量均有限，导致在自动化系统运作过程中会出现数据错误或延迟的现象，后期维护压力非常大。2）信息自动化系统后期维护经费也是严重不足，技术力量薄弱。随着社会的不断进步和发展，都对水利信息自动化提出了越来越高的要求，信息自动化系统更新升级的步伐也不断加快。3）受传统观念的影响，闸门、建筑物、机泵是硬件设备，是防汛的必备条件，而自动化、信息化是软件，是辅助手段，往往没有经费及时处理运行中出现的问题，系统中问题逐步累积，直至完全瘫痪。1.2 专业人员不足1）早期自动化监控系统工程建设时，管理处熟悉自动化控制系统的人员不足，自动化相关工程在完工验收时无法得到专业的意见，通常只按照施工协议中的功能实现情况作为工程质量验收的标准。这导致后期投入运行后，常常会出现无法预估的故障。2）管理处部分自动化管理人员缺乏专业理论的支撑和实践的经验，无法处理出现的这些故障，而且在长期的运行管理中，各闸站通常将重心放在了工程的安全运行上，忽视了自动化系统的更新维护，这给后期的维护工作带来了很大的压力，需聘请原施工人员到场维护，增加不小的维护成本。3）一些基层闸站管理所，由于条件差、收入低、所属地偏僻，在招聘时难以引进工程自动化人才，现有人员又缺少专门培训机会，使得系统没有专人管理，普通时期尚且在出现问题时非常被动的等待维护人员前来，在汛期时，在等待维修的时间里，则是要加大人力物力及资金投入，确保这段时间的工程安全监控和操作等。1.3 环境恶劣1）以管理处为例，水利工程常常设立在人迹罕至处，有些传感器如水位计，流量计，温度传感器等，被安装在烈日曝晒下，水藻堆积处，曝晒下的机柜中这直接导致了传感器使用寿命的减少。且外部传感器与上位机或 PLC 的通讯线路也常因农耕活动、野生动物野外活动轨迹等遭到破坏。2）有些闸站为方便手动操作，将 PLC 控制机柜与启闭机、油泵、变电设备等放置在同一环境中，所以现场环境比普通环境都要恶劣，在温度、震动、湿度等方面都要恶劣于普通环境，且机柜中通常线路比较复杂，有严重的线间干扰等。1.4施工的水利自动化公司及后期维护的公司各不相同1）因工程需配备自动化控制系统的时间不同，所以并不是统一招标，投标公司不尽相同，则所使用的部件厂家各有不同，如二河枢纽所使用的为西门子 PLC，运西分水闸所使用的为施耐德 PLC，通榆枢纽为 GEplc 之类。则所使用的编程语言、故障检测方式等各不相同，基层单位人员流动性相对较大，有些还未完全熟悉本单位自动化信息就更换到其他工作岗位上，给交接人员留下的资料不足，日常维护难度大。2）随着水利自动化建设行业的蒸蒸日上，建设公司如雨后春笋般冒出，施工单位服务质量参差不齐，有些元器件在投入应用前施工单位未核实厂家对其校准的情况，而是发现问题后由自己编制的运算方式对传感器上获得的数值加以运算，得到接近的值应付验收，导致后期水位变化时，传感器传递的数据不准确。也有施工单位没有考虑到有些闸站的功能特殊性，如运西分水闸管理所，兼具发电使用的运西分水闸与引水所用的沙庄引江闸，在PLC 设计上，同时需要兼顾到两个闸的闸门启闭以及发电机的开关等，使得程序运行时间有所加长，而在在施工时，施工单位将系统监视定时器的时间设定的很短，在长期使用过程中，运行时间超时、数据溢出情况多有出现，自动化工程不能正常运行。3）有些施工单位会出现“以次充好”现象，在资金充足的情况下，用低品质的零件作为替代；也有些会出现“超规格”情况，这种现象在线路铺 156 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）设过程中尤为常见，在需分类、分段使用不同规格的线路进行铺设的情况下，全部使用高规格的产品，大大增加了建设成本。1.5 粗放管理1）在对管理处的自动化控制系统的相关资料进行收集的过程中，发现各单位的数据规范性比较差，大多不完全清楚所负责的自动化控制系统的模块型号、网络拓扑图、网络节点、点表等具体情况，对日常维护有可能会使用到的故障判断说明书、设备使用说明书、日常维护日志等资料的收集情况也不是很到位。2）部分闸站的自动化监控系统的建成时间较长，长期高温的机柜加快了标签的氧化速度，设备型号模糊不清，出现故障后，在无设备管理记录的情况下，不易快速查询型号进行购买替换。3）在有设备维护日志的前提下，一些基层闸站单位的技术负责人为使得自动化资料更加丰富，会杜撰出一些设备的维修情况，这给设备的使用寿命评估带来了干扰。2 现代水利自动化工程改善建议针对上述发现的问题，文章提出以下 5 个方面的思考及建议：2.1提高对自动化监控系统的认识，加大对水利自动化系统建设的投资1）加大宣传力度，让水利工作者们更加深刻地了解到水利工程的信息化建设在当前信息化社会的重大意义。认识到水利自动化是水利工程管理走向智能化、智慧化的必不可少的一环。2）由于 PLC 自身是非常稳定的，它将对开关量的操作都写入到了所使用的的程序当中，将控制都交由 CPU 来进行实现，基本上不会涉及到物理层面的损耗，所以可供使用的时限很长。且目前的PLC 在设备的各个接口处都集成有隔离保护模块，能够在一定的干扰情况下防止瞬发生成的大电压电流对设备造成影响。所以要摈弃“机器不可靠，人力才准确”的思想，将自动化系统使用起来，避免资源浪费。3）加大自动化系统建设的投资，提高自动化工程建设质量，改善设备安装环境。为减少环境对设备以及数据传输能力的影响，可以尽量使用工业级的设备如工业级环网交换机等可以在恶劣环境中保持正常的工作状态，保障数据传输的准确性和可靠性。加大自动化设备维护的资金投入，减少后期维护压力，增强维护团队质量。4）加大维护资金，后期的维护也是实现水利自动化控制系统安全运行的关键所在，通过定期对各工程自动化系统所使用的的传感器进行校验，确保设备工作正常，增强了信息来源的准确性，供“智慧水利”进行水利大数据分析，实现水利信息资源共享和智慧管理。2.2 严控招标标准，把握工程质量1）在招投标方面，要严控招标标准，进一步强化水利行业资质要求，调研投标公司施工实例和工程使用情况反馈情况。尽量在招标中统一施工单位所使用的 plc 厂家，便于统一管理维护，并在施工或维护后对施工内容进行记录，由基层管理单位整理成维护档案，方便随时调阅。2）工程建设过程中委托第三方检测，在验收时，详细核对设备品牌、技术参数和施工资料，聘请信息化专家参与验收，增强技术审查人员的技术力量，以专业技术为支撑，确保工程质量。3）根据本工程的运行特点，在一些细节上选择合适的配置，并不是贵的就一定是适合的，要按需选择，如在运行环境较好的地方，有些通讯设备可以使用商用级别进行替换，有些可以使用超五类或六类网线就可以满足需求的地方，施工单位则全部使用超六类双屏蔽的网线等，这不但造成了资源的浪费，也大大增加了施工成本。2.3更加专业化，注重管理处相关工作人员的业务培训1）培养大量信息化人才，一方面是有计划的定向招聘一批自动化专业人才；另一方面是定期组织基层管理单位自动化负责人员及日常维护人员进行自动化相关理论知识及操作技能的培训，以增强工作业务能力。也可以实践教学，当管理处自动控制系统维修工程处接到较为典型的维护任务时，可以由管理处组织相关人员或有学习意向的职工到场共同参与维护，共同学习共同进步。2）时刻关注现代水利工程自动化控制系统的技术发展情况，以单位创造的“技师工作室”等技术平台，学习新技术，尝试将新技术与管理处工程 157 2023 年 第 1 期 黑 龙 江 水 利 科 技 No.1.2023 （第 51 卷）Heilongjiang Hydraulic Science and Technology （Total No.51）实际运行情况相结合，探索出最契合的管理方式。为早日实现“智慧水利”夯实基础。3）以组织技能竞赛的方式，调动有特长人员的积极性，发现他们的闪光点，创建一个可供学