水闸自动化系统安全问题探讨

冯良队

水闸自动化系统安全问题探讨

冯良队

水闸自动化系统可以实现远程自动监控功能，提升水闸管理的现代化和信息化水平，是实现水闸无人值守或少人值守的物理基础。近年来，新建和加固的大中型水闸大多数都安装了自动化系统，为水闸的运行管理提供了较大方便。水闸自动化系统一般包括视频监视和微机监控系统，微机监控系统具有测量与控制、自动计算、显示输出、记录、远程传输等功能。视频监视具有实时监视或录像回放功能，监视工程现场情况，如上下游水面有无船只、漂浮物，水流流态以及启闭机房内人员工作及设备运行情况等。

一、存在的安全问题

水闸自动化系统为水闸的运行管理提供便利条件。然而，由于设计方案缺陷、硬件设备故障、软件系统不稳定及运行管理不善等原因，水闸自动化系统往往存在各种不安全因素，如方案设计不合理、硬件设备不可靠、工作环境不适宜、管理维护不及时等，对水闸运行安全造成不利影响，导致数据不能采集、控制系统失灵、设备元件损坏等，甚至造成闸门启闭机和建筑结构的损坏。有的水闸因为自动化系统运行不稳定，可靠性差，管理单位在水闸控制运用时不敢采用远程控制的方式，而采用现场手动操作的方式。有的水闸自动化系统因后期维护不到位，专业技术人员缺乏或维修资金不足，处于闲置或瘫痪状况，使其成为一种高档摆设。自动化系统存在的安全问题主要表现在设计方案先天不足、硬件设备可靠性差、软件系统对安全方面考虑不周、运行管理不到位等几个方面。

1.设计方案

设计方案的总体构架是否合理、安全冗余量的大小是水闸自动化系统能否安全运行的先决条件。有的水闸自动化系统设计目标不明确、功能不齐全，对安全问题考虑不周全；有的总体构架不合理，组网方案安全冗余量低（如组网采用枝状还是环状）；有的监测项目不全、点位采集不足，数据采集不准确；有的保护功能不足，自检功能差，运行环境不合适；有的设备安全防护措施不到位等等。

2.硬件设备

水闸自动化系统的硬件设备包括电源、PLC、服务器、监控主机、编码器、交换机等。因生产厂家的不同，同类设备在质量方面（如稳定性、可靠性、耐久性）差别较大；另外，不同设备因生产商不同，内置系统不同，兼容性和稳定性存在问题。硬件设备的使用环境，如户内（外）、温度、湿度、电磁干扰、振动、防雷击、防浪涌等，如果选择不当则会对设备的稳定性和使用寿命产生不利影响；设备老化、故障、损坏能否及时发现并加以维护，也是保持系统安全运行的重要因素。另外电子元器件故障的产生有其突然性，无明显征兆，不易检查。

3.软件系统

包括操作系统和应用软件。操作系统要求稳定性好、应用功能齐全、具有多任务功能、数据处理功能，适合工业控制。应用软件一般由专业公司根据具体工程，使用专业开发工具软件进行编程开发。系统的目标要求、开发人员的水平、开发工具等因素，影响软件的安全功能。软件设计功能不全、程序执行不闭合、安全条件设置不全都可能影响软件安全使用。有的软件功能混乱，导致系统崩溃，甚至对硬件造成损坏。软件的开发具有独特性，往往由于原开发人员调离，软件后期难以维护。

4.运行管理

水闸自动化系统专业性较强，一般需要专业对口、专业素质较强的管理人员进行运行维护管理。有些管理单位管理制度不健全，管理人员专业不对口，专业能力不强，人员培训不到位，没有编制操作规程及注意事项，未设置管理权限，硬件设备不能及时维修更新，软件系统维护不力，数据不能及时备份。对一般的管理单位而言，水闸自动化系统仅是应用层面的，对软件系统不具备专业开发维护的能力，导致问题积压，最终造成系统瘫痪。另外系统设备老化后，维护更新资金不到位，设备带病运行，故障频发。

二、建议及对策

为了充分发挥水闸自动化系统功能和效益,必须从总体设计、硬件、软件和管理方面加强其安全性、可靠性和可维护性。

1.设计方案

自动化监控系统以“无人值守或少人值守”为目标进行总体设计，本着安全可靠、技术先进、经济、实用的原则进行配置，其中安全性是重要考量。

自动化系统的总体构架要合理、先进，能够满足功能和安全性要求，有较大安全冗余和安全系数。在进行方案设计时，从安全、投资等方面要进行方案优化、比选、论证。系统设计目标明确、功能相对齐全。目前，通讯组网一般采用环状结构，要求监测项目、点位采集全面，数据采集准确；保护功能齐全，自检功能好，运行环境适合，设备的安全防护措施完备。

2.硬件方面

应选择性能稳定、安全可靠性强的设备，同时考虑不同设备间的兼容性，设备的适用环境和条件。电气设备继电保护功能应齐全，比如过载、低电压、电流速断、热继电器等，考虑各种安全因素，设置可靠的机械连锁和电气连锁，防止误操作。在远程控制室内可设置“急停”按钮，防止自动控制失灵，按下此按钮可通过越级跳闸实现对工程设备的保护。自动监控系统的数据采集来自于各种传感器、仪器仪表等，这些设备本身的准确性和可靠性直接影响自动化系统的安全性，比如闸位仪、电流表、综合仪表等。可靠的接地系统、防雷击和防浪涌等设备设施也是安全保障的重要措施。限位开关应具有较高可靠性，应经常检查设备状态，一旦失灵要立即更换；另外，可设置后备限位和多点控制。对卷扬式启闭机可采用安全开度限位和最高位限位，对螺杆式启闭机可设置最高位和最低位限位。增强机械保护，如连轴器过载脱扣保护等。

3.软件方面

软件系统除满足先进性、功能性、稳定性、拓展性、易维护等要求，设计方面更应注重安全性。软件安全包括系统本身的安全防护能力和软件系统对工程设备的安全保护方面。前者指防病毒和黑客入侵能力，后者指对工程设备的安全设置。

（1）开发阶段在设备保护、安全运行方面的考虑。根据水闸监控系统软件的不同，主要包括工程的安全监测、闸门限位的保护、闸门卡阻保护、启闭机保护、电动机过载保护、电气设备保护、故障报警等方面。软件设计人员在软件编程前，要编制详细的方案框架，做到目标功能清楚、模块组成合理、开发工具适用、基础数据齐全、参数设置准确、安全保护方案周全、故障诊断功能完善，特别是安全功能方面更应倍加重视。一旦软件系统开发完成，交付管理单位使用，后期改动就比较困难了。目前，软件系统对设备状态的监控往往不够完善，缺乏必要的故障监测与报警系统；另外，自动化系统一般具有Web远程浏览功能，外网防护能力不足，然而一般的防卫杀毒软件会把控制程序误当作病毒删除，这就需要选择合适的防侵入软件。

（2）应用阶段的完善、升级。自动化系统的管理人员发现不足或部分程序组件不全及丢失要能够及时维护、补充，最好找设计人员来解决。如果其他设计人员来做这项工作，那么与原系统的衔接就比较困难，容易造成功能混乱、系统崩溃。管理单位的管理人员应具备软件系统重装、参数设置和调试能力，及时进行数据保存和备份。根据操作环境变化、硬件系统的更新而同步进行软件系统的升级，增强系统的安全性、可靠性。

4.管理方面

要使水闸自动系统发挥应有功能和作用，应加强管理，保持系统设备处于良好的工作状态。要完善管理制度、操作制度、监护制度、记录制度，做到制度化、规范化和精细化管理，并加以落实执行，从而保证管理有序，减少操作失误。应选派专业对口人员负责维护管理，加强操作人员培训，限定操作权限。加强巡视检查，及时发现隐患、故障并加以排除。保证充足的资金投入，及时进行维修、完善和升级改造。加强事故应急预案制定和演练，根据系统实际情况，进行事故预想，进而制定对策和防范措施，以便在发生突发事故时，能够正确快速地进行应急处理，把事故遏制在萌芽状态，阻止事故的进一步发展。操作上尽量采用输入闸门开度控制方式，以防在开启或者关闭操作时通讯中断。

三、结语

基于PLC和Web技术的水闸自动化系统是目前实现水闸自动化控制的主流方法。目前，水闸自动化系统还存在一些缺陷与不足，尤其是设备可靠性和系统的安全性得不到充分保证，要在应用管理过程中逐步加以总结、改进、完善，才能不断推进水闸工程运行管理水平向自动化、现代化方向迈进，逐步实现水闸运行管理的无人值守

（作者单位：江苏省淮沭新河管理处223005）