大壩自動監測系統的可靠性設計

閆俊超

摘要：將可靠性分析數據作為基礎概念，從大壩自動監測系統的整體角度出發，對大壩自動監測系統的儀器設備、防雷設備、軟件設備等進行相應的探究，同時總結過往的實踐經驗。而大多數的實踐表明，其可靠性設計能夠為相關單位的大壩自動監測系統提供有利的參考。

關鍵詞：大壩自動檢測；可靠性設計；探究

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大壩自動檢測系統可以使人們了解大壩的日常信息，并且大壩的工作環境較為惡劣，通常把儀器設備擺放在了并無人煙的荒郊野嶺，沒有便利的交通，其氣候條件較差，同時沒有良好的生活工作環境。大壩信息是水庫可以運行的基本保障，同時汛期大壩信息可以直接影響著整個水庫的安全問題。大壩信息來源是依靠于大壩自動監測系統，其大壩自動監測系統所給出的信息能夠直接影響著大壩信息是否具有可靠性，所以，可靠性設計是大壩自動監測系統中的主要內容。

一、大壩自動監測系統的組成

其自動監測系統是以分布式來進行設計，系統大致分為上位機以、下位機以及交換機。其中上位機包含了數據庫服務器、數據采集計算機、數據管理計算機。而下位機則包含了交換機、PLC主站以及PLC分站和壓力傳感器。

二、可靠性的概念

（一）可靠性的含義

可靠性的實質是指在系統使用的期間內以及預計環境中使人們相信所設計的功能，同時其性能還能夠得到相應的保證。

首先，需要較為良好的使用功能。系統在使用的過程中，可以滿足設計中的功能要求以及指標，其中包含了數值的準確性，通訊的流暢性，功能的穩定性，對于自身診斷的有效性，分析數據的準確性，對于大壩的分析以及及時性。

其次，在使用的過程中其系統可以承受由于環境因素所帶來影響。例如潮濕、結露、結霜、結冰、日曬雨淋、高低溫所引起的銹蝕以及老化，電磁場(包括雷電電磁脈沖)、浪涌電壓、瞬變電流、地電位差等擾亂，人畜、蛇鼠等對系統的破壞，交通、發電、泄洪和地震等引起的系統震動等。

而后，還要有一定的耐久性。整個系統的部件具備抗老化、抗腐蝕以及抗松動的特質，同時其測量、通訊、數據處理以及其他性能在使用時所發生的變化并不會超出設計的范疇之內。其硬件可以承受在使用過程中的各種作用，同時還可以滿足使用要求；但是對于軟件來說它能夠兼容新舊兩個版本，并且還可以進行系統更新或者自動升級以及遠程下載，以此來確保系統在使用的過程中其軟件不會過時。

最后，在發生事件的前后，可以保證其系統的穩定性。系統一旦受到意外因素的影響，例如在人為原因、雷擊等作用時并不會產生較為嚴重的后果，從而不會影響到其它部分的工作，在事發后的系統可以對故障進行顯示以及報警，方便故障的找尋以及恢復，同時能夠花費較少的費用。

（二）可靠性指標

從大體上來說，其可靠性指標能夠利用分散型工業來進行控制系統來表示，并且，可用性和平均沒有故障的時間以及平均修復時間有一定的關系，即

如對于由Ⅳ臺儀器構成的大壩自動監測系統，其某時刻的可靠恤為正常工作的儀器數(Ns)與總數（N)加之比，即：

NF為故障的儀器數，是系統在任一次工作中，系統中達不到設計功能和性能要求的儀器總數。即

同時將兩邊乘以N/NS，即

則右邊說明了在t時刻內，每臺儀器工作在單位時間內的故障概率，用來表示，

（三）可靠性指標的影響因素

RAS指標的實質是一個隨機變量，它和系統元器件、原材料、設計及組裝、現場土建、安裝調試、運行維護及現場環境等因素存在一定的關系，所以需要用概率統計方法進行相應的探究。

RAS系統受到了內外部的共同干擾，其中包含了電磁、高低溫變化、溫度升高或者驟降、潮濕、灰塵等；同時系統內的集成電路以及材料逐漸老化；并且廠家的技術能力以及管理水平都會對系統造成一定的影響，其售后的管理以及對待客戶的服務方式也會對系統的使用產生了一定的影響。

在確定系統可靠性指標之前應該分析以上影響因素系統可，并注意收集以下資料：大壩施工現場的干擾因素以及統計特征，例如空間的電磁場、雷電強度大小、空氣濕度大小等；收集系統和元器件在破壞因素的作用下所出現的反應以及規律，利用室內試驗來確定系統所能承受干擾的極限值以及相應的時間，例如在一定時間內系統及各部分所能承受的電壓、電流、電場強度、磁性強度、濕度等，并研究系統對各元器件老化及失效速率的影響；并以此來統計系統材料的老化以及失效特征，從中總結其統計規律。

三、可靠性設計

（一）總體設計

1.加強元器件和儀器的選型

其系統內的儀器設備可靠性是系統可靠性的重要保證。通過微功耗、工業級甚至是軍用級芯片對元器件進行適當的降額使用，并在此基礎上對電路設計進行優化，以此來提升設備可靠性。同時傳感器盡最大限度的選取無源或微功耗的基礎設備，有利于能夠在現場進行長期工作。在設計的過程中，應該優先選擇已經通過建筑工程考驗過、較為成熟的設備，這樣可以提升系統的可靠性。

2.優化系統工作模式

在設計的過程中，應該盡最大限度來簡化其系統的結構，同時不應該附加其他的無用功能。在實際情況中，應該采取自報式以及間斷工作的手段，如果系統設備可以得到較長的間歇時間并且損耗較小，就可以提升其設備的使用年限。

3.適當的采用干擾措施

其大壩自動監測系統主要是以電子產品為基礎，在設計的過程中應該考慮其雷電等各種因素的干擾。其中保護措施主包含了：測量控制裝置和儀器設備需要采用直流供電，并以此來解除電源線引入的雷電干擾；在無線傳輸的過程中，天線安裝同軸避雷器，防止雷電從天饋線引入遙測設備；并且交流供電線路應該安裝電源避雷裝置。并且，同頻干擾以及太陽風暴能夠對通訊形成一定的干擾，影響其信號的傳輸，從而增加的了誤碼率，因此需要在硬件上使用干擾糾錯技術。

就目前而言，所使用的信道編碼采用糾錯編碼技術，可以檢兩位，糾一位錯誤。除此之外，使用多級校驗能夠提升系統的可靠性。對通信電路以及線路的設計，需要考慮大氣條件的變化，所以要在每一條電路中都要預留出一定的干擾保護度以及余度，并以此來保證其電路的余量。

（二）設備的可靠性設計

選擇較為簡單的合理方案，多使用積分型的電路，在模擬電路的設計中，要著重關注于工作點的穩定功能，選擇合適的深度，并以此來保證其工作的穩定，以免出現自激的現象。

同時應該對所有的設備進行不定期的檢測，每批機器應該依照標準規定來進行震動跌落以及高溫高濕的抽樣檢測，以此來確保其設備能夠在艱苦的條件下運行。在檢測的過程中，做好相關的檢測記錄，并從中總結經驗，完善其系統產品。

四、結束語：

綜上所述，其大壩自動監測系統所分布的范圍較廣，同時其工作環境較為艱苦，存在較為嚴重的干擾現象，所以應該進行全面的系統研究，并以此來保證系統可以保證長時間的工作。創建一個適當的可靠性指標能夠對系統的可靠性進行全面的評價，從而促使廠家提升其產品的質量以及售后服務質量。

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