现代水利工程中自动化系统问题分析

现代水利工程中自动化系统问题分析

[摘要] 本文是作者根据自身经验,结合具体工程案例对水利工程自动化系统出现的常见问题及故障进行的分析,并做出了相应的解决方法。

[关键词] 水利工程自动化故障处理

1前言

近年来,在一些水利枢纽中,操作者只要在中控室或调度中心通

过现场自动控制、网络信息传递、远程监控调配等技术手段,就能对某一枢纽乃至整个城市防洪工程进行有序管理、整体控制,达到防洪、排涝、通航和水环境改善的综合运行目的。可以说自动化系统是实现水利现代化的物质基础和技术保障。但是,由于水利自动化系统是较复杂的综合性设备系统,所以在设备维护和故障检修时,对相关技术人员的专业素质和综合能力就有较高的要求。

2工程概况

某水利枢纽为城市防洪八大枢纽之一,位于中心城区南部的河上。工程由一座净宽16m的节制闸、一座12(16)m×90 m的船闸和一座设计流量为60m3/s的泵站 (安装4套单机流量为15 m3/s的立式轴流泵和10 kw同步电机)组成;工程全部机电设备都采用微机自动化监控;工程总投资1.39亿元。

3水利工程自动化系统的常见故障排除方法及实例

本文将从方法论的观点出发,以该水利枢纽自动化系统的运行维护为实例,将复杂的系统剖解成简单的功能模块,通过归类、对比等

方法,说明如何通过故障表现的形式推断、排查出故障发生点,以便采取进一步解决措施。

(1)了解系统总体情况

首先,维护人员应熟悉自动化系统的整体布局、系统结构,从全局的角度把握系统设备的控制命令、通讯信号、操作步骤等信息的出发点与归结点。不管自动化系统的设备、接线如何复杂,系统结构通常是比较简单的,甚至可以通过系统图(拓扑图)达到一目了然的效果,图1是该水利枢纽自动化系统的通讯拓扑图。实际应用中,只要再配合相关plc及具体设备的系统图就能掌握整个自动化系统了。

图1水利枢纽自动化系统拓扑图

其次 ,要了解各自动化设备在系统中的作用、特性及工作参数。熟悉自动化设备、元件在正常模式下的运行状态、故障模式下的报警信息等。其实越是高级的设备(如plc、微机保护等),故障判断越简单,因为这些设备上通常有故障显示灯,甚至能将故障发生原因、时间都明确显示出来。而对一些简单感应元器件(如压力传感器、温度传感器等)、中间继电器的电气特性(如常规阻值、量程范围、常开常闭状态等)则需要进行资料收集、参数了解。

最后,要了解被自动化系统所控制的机械、电器设备。能否精确控制相关设备、正确反映有关数据、及时传递各种信息是检验自动化设备是否正常的标准。所以将自动化系统控制、监视的机械、电器设备的特性了解清楚(如主泵的正常摆度、定子的正常温度与允

许温升、闸门正常的开度、摄像装置正常模式等),能有助于反过来判断自动化系统的运行工况。

(2)掌握系统基本原理

①把握系统基本结构

自动化系统是一个分级的综合性系统,它通常由信号采集、信息传递、数据处理、结果反馈等几部分组成。在实际应用中,我们可以对自动化系统进行分级。一旦出现故障,先按故障现象分析原因,再用分级处理的方法逐步排查。如图2所示,对于“逻辑处理器及有关控制主机”,a区为信号输入、输出部分,b区为信号处理部分,a、b间为信号传递部分(通常为数字、模拟量的信号连接线 );而对于“计算机”来说,a区与b区则为信号输入、输出部分,c区为信号处理部分,b、c间的为信号传递部分(通常为网络系统)。想要在实际工作中准确找出故障发生点,可以从这几个简化了的环节人手,

先整体后局部,层层分析、逐个排查。

②熟悉设备属性、明确元件位置

自动化系统是由各种自动化元器件构成的,他们有着各自的作用,同时又有着各自的物理和电气属性,表1将自动化系统涉及的主要元器件进行分类,以便做进一步研究:

(3)常见故障分析

自动化系统的复杂性决定了其故障表现形式的多样性,而它的系统性又决定了故障表现方式的关联性。常见的设备故障有误动作或不动作、信号传递丢失或变形等。可按照故障的实质将其分为四类:

传感元器件故障、执行元器件故障、信息传输设备故障、主控制设备故障。可以明显的看出,这种故障分类是和设备属性相关联的,见表2。

(4)故障解决实例

将水利自动化系统按设备性质进行分类后,最终得到简化(认知上的)了的系统结构,如图2。然后再按设备故障的实质进行分类,从而得到具体故障设备在这个结构中的位置点,如表2。将自动化系统的常见故障进行打包、分块后,用方法论的原理,以水利枢纽的系统检修为实例,来说明如何用从整体出发 ,以逐层分析的方法找出故障并解决它。

①先总后分,逐层分析

该方法就是按照故障影响的范围,从整体上判断故障是发生在系统的哪一个功能块中,然后再分析能影响这个功能块的设备。通过有层次的判断、检查找到最后的故障点,并排除它。

案例1:

发生日期:2008年11月

设备故障、缺陷情况:水闸(船闸内、外闸首和节制闸)plc控制柜触摸屏上所有数据消失(包括闸门开度、电量数据、信号灯状态等),而且在中控室的控制主机上也无任何和水闸有关的数据显示。但各闸门还是能在控制柜上用自动的方式操作。

故障分析:由于故障面积比较大,初步确定故障发生在“信息传输设备”,因为没有单个感应器件和执行器件能影响所有的电量显示,

同时闸门在本地能自动操作,说明控制闸门的各plc还是正常的。而通讯不正常能使触摸屏、中控机采不到plc的信息,所以故障应该发生在通讯传输设备,而且是网络设备。从图1可以看出,能同时影响内闸首、外闸首、节制闸三个部分通讯的设备就只有4#交换机。

采取措施:

1)到现场察看4# 交换机,发现该设备电源指示灯不亮。确定故障点就是该设备。

2)测量该设备的供电电源,现场有24 v供电。说明非供电原因引起4# 交换机无法工作。

3)由于4# 交换机是在质保期内的进口产品,所以通知厂家更换该产品。

4)换上新交换机后,系统恢复正常。

②明确故障,先易后难

该方法就是在明确故障发生在哪一个模块后,从容易排查的先入手,逐步排除故障的各个可能性。最后,哪怕故障点是发生在难以测量的环境内,也能将其明确,以便在合适的时间进行检修工作。

案例2:

发生日期:2008年1月

设备故障、缺陷情况:3#主机和4#主机各有一个定子温度点比正常温度高近40℃,而在正常开机状态下,这两个温度点的温升和其他温度点的温升近似。