馬天明 湯蔚峰 方厲節(jié) 黃金一 夏鳴

【摘 ?要】對(duì)于大型原水泵站的生產(chǎn)運(yùn)行以人為主，人員的行為及處理方法均會(huì)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生影響，少人值守以智能化管理為依托，改變傳統(tǒng)的“人管機(jī)器”的思路，通過智能化的全面部署，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器管機(jī)器”、“機(jī)器管人”的管理局面。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化;智能化;少人值守;無人值守;

中圖分類號(hào)：TP319 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

五號(hào)溝泵站，日供水規(guī)模708萬立方米，規(guī)模為亞洲第一，擁有亞洲首屈一指的生產(chǎn)設(shè)施設(shè)備，24臺(tái)大型立式混流機(jī)泵，單機(jī)容量為4800KW、2400KW、1900KW，分別采用美國AB、德國Siemens變頻調(diào)速和以色列SOLCON軟起動(dòng)技術(shù)，負(fù)責(zé)向嚴(yán)橋、金海、凌橋三條支線的下游13家自來水廠輸送青草沙水源地原水。在遇到故障發(fā)生時(shí)，以人工判斷、處理為主，不能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的保障生產(chǎn)運(yùn)行，甚至因?yàn)檎`判斷、操作造成二次故障。泵站管理人員就根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況編制各項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，并不斷補(bǔ)充，目前已形成一套比較完備應(yīng)急預(yù)案匯編，對(duì)所有發(fā)生的故障和故障處理方式都有較完整的記錄，泵站目前擁有SCADA系統(tǒng)、設(shè)備健康管理系統(tǒng)、配電管理系統(tǒng)，但系統(tǒng)之間各自獨(dú)立。

大型原水泵站故障模式主要包含三類：電氣設(shè)備導(dǎo)致的故障模式、機(jī)械設(shè)備導(dǎo)致的故障模式、和自動(dòng)化設(shè)備導(dǎo)致的故障模式，全面深入的分析五號(hào)溝泵站的故障模式，進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，并制定相應(yīng)的智能化應(yīng)對(duì)策略。使用計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)建原水泵站故障模式下的應(yīng)對(duì)策略預(yù)案庫，一方面提供已發(fā)生故障及處理方式檢索，實(shí)現(xiàn)故障統(tǒng)計(jì)、新員工自我學(xué)習(xí)的目的;另一方面結(jié)合自控系統(tǒng)采集到的大量數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)來代替人進(jìn)行智能化故障診斷，判斷出系統(tǒng)故障原因，并結(jié)合實(shí)際工況和應(yīng)急預(yù)案，給出應(yīng)急操作的最優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案的智能化指引.

SCADA系統(tǒng)：采用PLC技術(shù)、通訊、計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的具備監(jiān)控功能的系統(tǒng)總稱。

設(shè)備健康管理系統(tǒng)：采用傳感器、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)大型設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析的系統(tǒng)。

2大型原水泵站管理模式的重要性與特點(diǎn)分析

2.1管理模式的重要性

結(jié)合五號(hào)溝泵站系統(tǒng)的與五號(hào)溝設(shè)備健康管理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研分析，確認(rèn)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能與難點(diǎn)，本系統(tǒng)首先應(yīng)與泵站本地子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接，獲取泵站本地的運(yùn)行信息，運(yùn)行狀態(tài)，開關(guān)泵時(shí)間，流量壓力信息等，之后與故障信息庫進(jìn)行對(duì)接，獲取機(jī)泵增和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表、機(jī)泵點(diǎn)檢記錄表、振動(dòng)數(shù)據(jù)表，同時(shí)也要獲取變頻器故障信息，并單獨(dú)創(chuàng)建采集系統(tǒng)，開發(fā)與變頻器對(duì)接的驅(qū)動(dòng)，針對(duì)故障進(jìn)行相應(yīng)分析處理;

利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將五號(hào)溝泵站故障模式下的應(yīng)對(duì)策略編寫成計(jì)算機(jī)程序，在發(fā)生故障時(shí)由該程序提供智能向?qū)А?/p>

（1）通過采集到的大量數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)來代替人進(jìn)行智能化故障診斷，判斷出系統(tǒng)故障原因，并結(jié)合實(shí)際工況和應(yīng)急預(yù)案，給出應(yīng)急操作的最優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案的智能化指引;

（2）計(jì)算機(jī)通過采集到的數(shù)據(jù)，與故障前的狀態(tài)進(jìn)行分析比對(duì)，由智能化策略系統(tǒng)發(fā)出操控指引，恢復(fù)到故障發(fā)生前的穩(wěn)定狀態(tài);

（3）故障處理完成后，計(jì)算機(jī)根據(jù)分析出的故障原因、故障影響設(shè)備統(tǒng)計(jì)、恢復(fù)設(shè)備統(tǒng)計(jì)，提交出故障處置報(bào)告，并通知相關(guān)管理人員。

本系統(tǒng)采用C/S體系結(jié)構(gòu)，通過采集電氣數(shù)據(jù)、機(jī)械化數(shù)據(jù)、自動(dòng)化數(shù)據(jù)及輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過類比的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷。發(fā)生故障時(shí)，對(duì)當(dāng)前所有系統(tǒng)進(jìn)行判斷、比對(duì)，選擇最適合的應(yīng)對(duì)策略進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行引導(dǎo)，在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)故障造成的影響。

（1）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)演示功能，用精美的3D圖畫展示現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并精確到單個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)

（2）實(shí)現(xiàn)故障告警功能，若現(xiàn)場(chǎng)水泵、變頻器、PLC等設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，本系統(tǒng)應(yīng)立即作出反應(yīng)，發(fā)出語音報(bào)警提示，并在畫面明顯位置突出顯示報(bào)警信息

（3）實(shí)現(xiàn)應(yīng)急控制流程，當(dāng)發(fā)生跳泵故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)分析排查，進(jìn)行處理，完成升速、開泵、降速操作。

（4）實(shí)現(xiàn)信息統(tǒng)計(jì)功能，搜集每次故障發(fā)生的時(shí)間，故障類型，當(dāng)班操作員信息，存入數(shù)據(jù)庫

（5）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全管理功能，分級(jí)用戶，可查詢不同故障的內(nèi)容;

2.2特點(diǎn)分析

（1）系統(tǒng)管理功能

此系統(tǒng)應(yīng)具有完善的安全管理級(jí)別，并可動(dòng)態(tài)增加用戶，修改用戶密碼。

（2）語音告警功能

泵站人員需要24小時(shí)不間斷值班，需求語音報(bào)警功能可在故障發(fā)生時(shí)立即提醒工作人員。

（3）應(yīng)急處理功能

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化泵站，不需要人工干涉，靠計(jì)算機(jī)處理故障。

（4）報(bào)警查詢功能

實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史記錄的查詢功能，分析數(shù)據(jù)時(shí)及時(shí)調(diào)取數(shù)據(jù)并保存打印成紙質(zhì)資料;

3大型原水泵站少人值守的研究路線

大型原水泵站的輸水現(xiàn)狀對(duì)運(yùn)行管理模式提出了更高的要求，少人值守的新型管理模式，標(biāo)志著大型原水泵站值班方式的全面革新，該管理理念不僅可以提升自動(dòng)化水平，又可以增強(qiáng)相關(guān)人員的管理能力和專業(yè)技能。因此少人值守的管理模式，是當(dāng)下大型原水泵站最為基礎(chǔ)的保障方式，只有實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行目標(biāo)，才能保證大型原水泵站生產(chǎn)的安全性和效益性。

要實(shí)現(xiàn)大型原水泵站的少人值守管理，必須分析現(xiàn)有的管理模式，研究實(shí)現(xiàn)少人值守的關(guān)鍵技術(shù)路線，逐步提升現(xiàn)有的管理模式，直至全面進(jìn)入少人值守管理。大型原水泵站的管理主要分為設(shè)備管理、人員技術(shù)及培訓(xùn)管理、應(yīng)急管理等幾個(gè)方面。

設(shè)備管理是大型原水泵站管理的主要研究方向，通過對(duì)機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)在控制室一地全面掌控大型原水泵站的運(yùn)行全局。因此要實(shí)現(xiàn)少人值守的管理模式首要統(tǒng)一全廠的自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)，將所有的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以統(tǒng)一的模式接入控制室的監(jiān)控平臺(tái)。其次要完善大型原水泵站全廠監(jiān)控的數(shù)據(jù)，接入生產(chǎn)運(yùn)行電氣數(shù)據(jù)、四遙電力數(shù)據(jù)、電力運(yùn)行數(shù)據(jù)、備用電力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、機(jī)械故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及SCADA監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的完善可以減少現(xiàn)場(chǎng)輪值人員的數(shù)量、提升監(jiān)控的效率、提高監(jiān)控的水平。同時(shí)通過設(shè)備視頻監(jiān)控的布設(shè)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)無人化或者少人化的監(jiān)控管理，將更多的管理集中在控制室一地。最后提升自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)，通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與實(shí)際監(jiān)控的視頻自動(dòng)比對(duì)、聯(lián)動(dòng)、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析等方式，實(shí)現(xiàn)少人值守管理的最終目標(biāo)。

人員是實(shí)現(xiàn)大型原水泵站的少人值守管理可行性的關(guān)鍵因素，人員的技術(shù)及管理水平直接影響全廠的管理效率，首先通過全廠一卡通系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，減少非技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行的干擾;其次通過考勤系統(tǒng)及生產(chǎn)管理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，規(guī)范生產(chǎn)運(yùn)行管理;最后通過全廠智能化培訓(xùn)系統(tǒng)提升生產(chǎn)管理水平。

應(yīng)急管理是大型原水泵站的少人值守管理的最后一道防線，隨著管理人員的減少及集中，如果出現(xiàn)故障或者突變事件，全廠生產(chǎn)面臨極大風(fēng)險(xiǎn)，建立具有學(xué)習(xí)型的智能化應(yīng)急管理，在發(fā)生問題前，提出針對(duì)性預(yù)測(cè)，在發(fā)生問題時(shí)及時(shí)智能化應(yīng)對(duì)，減少處理時(shí)間，避免風(fēng)險(xiǎn)帶來的損失。

少人值守就是全廠智能化管理實(shí)現(xiàn)的具體表現(xiàn)，通過監(jiān)測(cè)手段的統(tǒng)一及提升，多接口、多系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)接入，直至最后的智能應(yīng)對(duì)防護(hù)，實(shí)現(xiàn)少人值守在大型原水泵站的應(yīng)用。

4現(xiàn)有管理模式存在的問題

青草沙原水廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備眾多，自動(dòng)化程度相對(duì)較高，設(shè)備設(shè)施大型且分散，點(diǎn)多面廣，目前每班由1名班組長、3名組員組成。然而，除了在應(yīng)對(duì)諸如外來電網(wǎng)波動(dòng)或設(shè)備故障等突發(fā)性事件所引發(fā)的停機(jī)斷水事故時(shí)，需要較多的生產(chǎn)運(yùn)行崗位員工立即響應(yīng)、快速趕赴現(xiàn)場(chǎng)處置。然而，現(xiàn)有的管理模式存在著一系列的問題導(dǎo)致應(yīng)急處置可能出現(xiàn)紕漏。

4.1生產(chǎn)運(yùn)行工作時(shí)長且任務(wù)單一，容易造成疲憊。

青草沙原水廠目前實(shí)行的是五班三運(yùn)轉(zhuǎn)，每班時(shí)間為12小時(shí)，工作內(nèi)容中，除去應(yīng)急處理突發(fā)事件之外，僅為簡(jiǎn)單重復(fù)的諸如水泵開庭、變頻器調(diào)速等非體力勞動(dòng)，久而久之容易造成注意力不集中的后果。但當(dāng)正常的工作時(shí)間恢復(fù)到朝7晚5時(shí)，他們的生活卻總是出現(xiàn)偏差，翻班也就意味著逆著生物鐘而生活。這樣的工作結(jié)果會(huì)導(dǎo)致人體緊張、出現(xiàn)生理疾病和發(fā)生精疲力竭的情況。長期的精神疲憊對(duì)于至關(guān)重要的應(yīng)急處理會(huì)帶來極大的影響，一旦發(fā)生緊急時(shí)候的時(shí)候，正好處于人最疲憊的夜晚，運(yùn)行人員處置不及時(shí)，容易造成較大的事故。

4.2 生產(chǎn)運(yùn)行人員水平參差不齊，應(yīng)急處理能力大相徑庭。

青草沙原水廠的運(yùn)行人員隊(duì)伍比較年輕，普遍為80—90后獨(dú)生子女，都受過高等文化的教育。然而大多數(shù)人員所學(xué)專業(yè)與所從事的工作嚴(yán)重不對(duì)口，學(xué)習(xí)能力也存在著較大的差異。能力出眾的運(yùn)行人員轉(zhuǎn)崗至其他崗位的現(xiàn)象也屢見不鮮，久而久之，每個(gè)班組除班組長以外的3名組員都普遍不具有獨(dú)當(dāng)一面的個(gè)人能力，這對(duì)于尤其依賴應(yīng)急處置能力的生產(chǎn)一線來說面臨著巨大的考驗(yàn)。

4.3 傳統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案大多紙上談兵，缺乏正真有用之處。

青草沙原水廠為了方便運(yùn)行人員能夠快速、有序、高效地處理突發(fā)事故，最大限度地減少事故的損失，恢復(fù)正常的供水，特地制定了一套比較完備應(yīng)急預(yù)案匯編，匯編包含了大多數(shù)發(fā)生過的事故。目前傳統(tǒng)的應(yīng)急預(yù)案的編寫都是建立在已經(jīng)發(fā)生的事故上進(jìn)行應(yīng)急處理，處理步驟往往是按部就班的進(jìn)行，運(yùn)行人員在進(jìn)行預(yù)案演練時(shí)也是機(jī)械師的一步一步的按順序完成。然而，真正的事故中存在著諸多意想不到的因素，應(yīng)急預(yù)案不可能面面俱到全都涵蓋，運(yùn)行人員即使把應(yīng)急預(yù)案倒背如流了，也會(huì)碰到許多困難。因此，傳統(tǒng)的應(yīng)急預(yù)案已經(jīng)完全跟不上時(shí)代進(jìn)步、設(shè)備更替的步伐了。

5基于智能化應(yīng)用的少人值守模式的創(chuàng)新和分析

本系統(tǒng)的開發(fā)與五號(hào)溝現(xiàn)有系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)接，投入運(yùn)行后目標(biāo)為降低故障發(fā)生后的處理時(shí)間，提高容錯(cuò)率，保障運(yùn)行，因此對(duì)于故障的撲捉、解析、判斷及應(yīng)急預(yù)案的調(diào)取。

5.1少人值守模式的技術(shù)基礎(chǔ)

故障的采集是保證本系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，需采集機(jī)組、儀表、SCADA、設(shè)備健康管理、供配電信息、輔助系統(tǒng)等的所有數(shù)據(jù)，并進(jìn)行梳理，每個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式、頻率、格式均有較大差異，采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總并統(tǒng)一錄入KINGSCADA系統(tǒng)。

5.2少人值守模式帶來的改變

當(dāng)發(fā)生故障信號(hào)或者應(yīng)急預(yù)案激活條件時(shí)，需根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的判斷，進(jìn)行應(yīng)急預(yù)案的調(diào)取，本系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，所有的應(yīng)急控制指令會(huì)下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)控制層。

存在多個(gè)故障模式相近，后續(xù)控制差異的情況，因此故障判斷需準(zhǔn)確無誤，本系統(tǒng)采用多數(shù)據(jù)聯(lián)合判斷機(jī)制，會(huì)對(duì)每個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)采用多個(gè)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的聯(lián)合判斷方式，避免數(shù)據(jù)突變或者誤報(bào)帶來的誤操作。

6結(jié)語

本系統(tǒng)經(jīng)歷調(diào)研、設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試的階段，已順利在五號(hào)溝泵站投入運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了故障模式下的應(yīng)對(duì)策略制定，及初步智能化應(yīng)用。

本系統(tǒng)將故障發(fā)生后的解決處理時(shí)間壓縮到秒級(jí)單位，同時(shí)避免了人工誤操作帶來的二次故障，最大限度的解決了故障對(duì)大型原水泵站生產(chǎn)運(yùn)行的影響。

本系統(tǒng)使用簡(jiǎn)潔的與原有SCADA系統(tǒng)統(tǒng)一的展示模式，將復(fù)雜的故障判斷以簡(jiǎn)單易懂的方式展現(xiàn)，使操作人員對(duì)于故障的判斷一目了然，同時(shí)應(yīng)急操作以可視化的方式進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，方便操作人員對(duì)故障處理過程進(jìn)行全盤掌控。

本系統(tǒng)對(duì)于整體的全面監(jiān)控，并提供過往處理的回溯、查詢，使每一個(gè)處理的執(zhí)行有據(jù)可循。

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