自動化技術在水利工程中的應用

陳小龍

（1.西安迪飛科技有限責任公司 陜西 西安 710018；2.陜西水環境工程勘測設計研究院 陜西 西安 710018）

1 前言

水利行業較石油、化工、冶金、輕工業等行業應用自動化技術較晚，但隨著計算機技術、電子技術、通訊技術和系統工程等專業的高速發展，自動化技術已經廣泛應用于水文測報、洪水調度、大壩監測、水質監測、設備控制等水利建設的各個方面[1]，大幅提升了水利現代化管理水平，為水利工程建設質量和投資效益提高發揮了巨大的作用。近些年，自動化技術以水利相關信息的自動采集和水力設施的自動控制為著力點，在陜西水利行業的應用趨勢明顯上升，各新建、改造水利工程在運行管理過程中生產效益顯著提高，勞動成本和強度明顯下降，但仍然存在一些問題。筆者根據自身從事自動化測控技術咨詢、設計、實施的經驗，針對水利工程自動化測控系統中存在的問題進行分析，并就自動化測控系統的建設和管理提出了合理建議。

2 水利工程自動化發展現狀

2.1 系統建設情況

由于自動化技術在石油化工行業應用早、范圍廣，因此水利行業實施自動化測控系統也大都以石油化工行業標準為依據，適用性欠佳。近些年，隨著自動化測控系統在水利工程中的普遍應用，水利部頒布了諸如《水資源監控設備基本技術條件》（SL426—2008）、《水利水電工程自動化設計規范》（SL612—2013）、《水利視頻監控系統技術規范》（SL515—2013）等一系列標準規范，為陜西省在水利工程中配套建設自動化測控系統提供了堅實的理論依據。目前，陜西省新建、改造水利工程大都配備了自動化測控系統，各工程普遍都包括數據監測系統、設備控制系統、視頻監控系統、通信網絡系統和計算機監控調度系統。

2.1.1 系統主要配置

除前文提到的必不可少的五大系統外，一般還會根據工程實際情況增加繼電保護系統、火災報警系統、衛星校時系統等，下面主要對五大系統進行介紹。

計算機監控調度系統：位于值班室或中控室，包含工業監控計算機、操作臺等硬件設備和監測與控制系統及數據庫等軟件。

通信網絡系統：主要是采用以太網、GPRS/3G運營商網絡、數傳電臺、衛星通道等途徑將計算機調度系統各個子系統或其他系統進行互聯，以達到采集數據、控制設備、共享數據等目的。

數據監測系統：主要指的是用于數據采集的前端儀表，如：流量計、液位計、溫度計、閘位計等，這些設備的集成化程度往往根據具體的工程需求進行選擇，一般儀表監測的數據都會進入PLC、RTU等設備。

設備控制系統：現地控制單元與PLC、RTU共同組成該部分，向上提供設備運行狀態信號，向下向設備下達運行命令。

視頻監控系統：該系統普遍由硬盤錄像機和前端視頻監控攝像機構成，既可獨立運行，也可嵌入到整個系統中。

圖1 自動化測控系統結構圖

圖2 某測控系統應用軟件界面圖

2.1.2 系統應用軟件

自動化測控系統的核心在于計算機調度系統中的應用軟件，該軟件一般采用已經產品化的組態軟件進行二次開發，實現與下位機進行通訊、展現工藝流程、采集監測數據并存儲、遠程控制設備、異常情況報警、歷史數據查詢等功能。

2.2 系統運行管理情況

目前，就筆者接觸到的大部分水利工程而言，在自動化測控系統建成后，普遍都能有效改善運行管理環境，減少運行管理人員，為實現水利工程的“無人值班（少人值守）”創造了條件，發揮了積極的作用。

（1）通過自控系統的建設，水利工程運行管理單位也都建立了自控系統管理制度及操作流程，為現場操作提供了指導。

（2）針對自控系統的運維，各運維單位都設立了自控系統運行管理隊伍，但基本都是日常值班隊伍，且大都只知操作，不知維護。

（3）由于自控系統建設水平參差不齊，部分工程存在實際運行與預期相差較遠，存在著重建設輕應用的現象，最終導致自控系統有可能不能完全發揮作用。

（4）由于水利行業的特殊性，部分工程只有在豐水期才會正常運轉，自控系統的使用也就變得不是那么頻繁，造成了自控系統長期擱置，缺乏養護，導致部分元器件失靈的情況發生。

3 存在的主要問題

縱觀自控系統在水利工程中的應用情況，主要存在以下方面的問題：

（1）水利自動化投資受限

很多水利工程在規劃、設計之初都有自控系統的考慮，但后期往往由于整體工程投資受限，不得不將自控系統的投資進行壓縮，從而使得部分功能或設備缺失[2]，導致整個自控系統自動化程度降低，這種現象在中小工程或地方投資的項目中十分常見。

（2）招投標環節存在不足

水利自動化工程的設備和技術相對更新較快，設計單位只提工程量清單，且該部分工程往往包含在主體工程的某個標段中。自控系統的詳細設計大都在開工后由分包施工單位承擔，這就造成了自控系統的設計與實施缺乏審查、監管，存在隨意性較大，不能完全保證工程質量的問題。

（3）施工過程缺乏有效監督

水利工程自動化在施工過程中，要么由分包標段監理單位進行監理，要么沒有監理，而無論那種情況，都存在著沒有自控專業的監理人員，缺乏對整個施工過程的有效監督。

（4）質量驗收評定標準難把握

在工程驗收時，由于缺乏自控系統的具體驗收標準而難以具體操作，質量評定單位和業主往往只能從儀表、設備的數量、外觀、安裝等方面進行驗收，很難深入到具體功能和突發情況預警等方面，這給施工單位偷工減料留有了空間。

（5）自控系統缺乏有效維護

工程驗收、整體移交后，運營單位沒有專業的技術團隊來維護自控系統，當初的施工單位也很難及時到位，因此，自控系統長期處于缺乏維護狀態，導致部分設備性能或指標下降，從而有可能會致使整個自控系統癱瘓。

4 建議及對策

為了保證水利投資充分發揮效益，水利自動化系統除了要建設好之外，更要管理好，解決這些問題還需要很長的一個過程，筆者根據以上問題提出了一些建議：

（1）在工程招投標環節加強資質管理

在包含有自動化系統的水利工程中，嚴格劃分標段，可以將自動化測控系統單獨成標強化資質要求，例如可以同時要求具有系統集成資質和水利行業資質，因為這兩類資質內容都包含有自控系統的相關部分。

（2）工程建設中嚴格執行第三方檢測機制

水利工程自動化工程監測相比較傳統檢測機構和技術而言，起步較晚，且自動化工程質量檢測及管理目前還處于缺失狀態，研究出臺相關檢測及驗收的技術規范勢在必行，重要的工程還要實行第三方檢測。

（3）加強崗位相關培訓

在基層單位管理人員中開展自動化專項技術培訓，通過操作培訓及考核保證基層員工都能勝任崗位，激發工作人員學習熱情，加強其掌握技能的能力，保證自動化系統的使用及后期維護。

（4）依托水利行業信用市場建設，逐漸規范市場

目前，陜西省已經建立水利行業市場主體信用體系，下一步將會逐步建立企業信用評價機制。在這期間，完全可以將自動化施工企業納入其中，對其系統運行狀況和售后服務工作進行監督，迫使其不斷提高信譽度，為水利自動化事業的發展奠定基礎。陜西水利

[1]黃祚繼,黃忠赤,馬浩.水利工程自動化現狀與適應技術分析研究[J].《水利建設與管理》

[2]盧常亮,趙振.水利自動化工程存在問題分析及建議[J].《科技傳播》