水廠的設備可自己“說話”

楊志杰

賈建明是上海青草沙原水廠的廠長，在他的記憶中，水行業里因機電設備故障而造成城市斷水的事故時有發生。他還記得，上海水行業近期較為嚴重的一次事故，發生在2008年5月，當時，上海北區一家110KV區域變電站出現設備故障，隨即導致上海寶山城區大面積停水。

水行業的主要生產過程：對水的調度和輸送，都需要電機帶動機泵完成。可以說，在水行業，所有水廠的核心設備都是機電設備。這些機電設備線路連接點多，動力電纜運行時間長，負載高，易發熱。傳統故障監測手段有限，較難及時發現設備中的溫度超限點。持續高溫運行，往往會引起線路或電纜接頭燃燒，造成設備損壞。水行業很多斷水事故，都是這樣發生的。

確保機電設備正常運轉，保質保量不間斷對外供水，是所有水廠的共同責任。對于每日向上海市供水超500萬噸，保障上海1100多萬人用水的上海青草沙原水廠來說，更是如此。作為上海自來水行業的核心供水樞紐，該廠有著亞洲最大的供水泵站，機電設備種類齊全，等級高，造價貴。

2011年，賈建明上任伊始，設備運行狀況成為他要面對的首要課題。如何確保設備健康運行，避免斷水事故發生呢？不久，他把關注的目光集中在物聯網技術上。

遇見物聯網

最初，賈建明的想法是，在青草沙原水廠建立一個“安全生產全面可視化管理系統”，其中設備健康狀況評估系統是核心部分。“像人一樣，定期體檢，發現了問題，對癥就醫。設備也是這個道理，對其7×24小時連續監測，對監測到的信息做綜合評估，就可以完全掌控運行狀況，做出提前預警和維護。”

隨后，“物聯網”概念出現在他的面前。

實際上，具有“實時感知監測信息，自組織網絡傳輸，信息后臺智能處理”等特點的物聯網，已在國內熱炒了兩三年，但其在各行業中的應用遠未成規模，在水行業生產過程中的應用更是絕無僅有。

通過分析，賈建明認定，物聯網可以解決他心中的難題，于是他決定做第一個吃螃蟹的人。

接下來的任務是找一家技術實力雄厚的合作伙伴。賈建明先后聯系了北京、山東、江蘇等地的多家物聯網公司，最終把合作對象鎖定在無錫物聯網產業研究院。當時，后者參與施工建設的國家電網首座220千伏智能變電站給他留下深刻印象。作為國家級研究院，無錫物聯網產業研究院提供的技術方案，不僅能滿足水廠現有要求，在生產管理的其他方面也大有潛力可挖。

作為物聯網在水行業生產環節的首次應用，青草沙原水廠的物聯網試驗在業界也引起廣泛關注，傳感網國家標準工作組副秘書長邢濤認為，“物聯網技術在水廠中的應用，體現了智慧型供水的理念，就是通過更加透徹的感知、更加廣泛的聯接、更加集中和更加有深度的計算，全面動態地反映設備和企業運行的狀況，為科學決策提供可靠依據。”

磨合

由于無錫物聯網產業研究院是事業單位，無法作為實際商業運作對象實施該項目，江蘇帕瓦電力技術作為該院的全資子公司承擔了這一項目的落地。該公司入駐青草沙原水廠調研發現，該廠存在著“設備運行隱患點多，管理幅度大，但深度淺；管理手段簡單，效率低；應對生產突發事件能力不強”等問題。賈建明對這一診斷非常認可。

雙方經過多次探討、調整和分析，項目組確立了初步實施方案：即在各種需要監測的設備相關部位全面安放多種無線（有線）傳感器；將傳感器的傳感數據和信息通過覆蓋全廠的無線通信基站傳回控制中心，各數據實時展現在設備監控平臺上；設備監控平臺則包含“監測數據展示、告警提示與控制、系統安全維護”三大功能。

就像所有IT工程的上線都會有艱難的磨合一樣。在一期工程推進完成后，青草沙原水廠母公司上海原水股份有限公司的一位高管，提出了自己對物聯網的幾個疑慮：傳感器安裝之后，會否與原有機電設備相沖突，會否影響原有機電設備的正常運行？將來傳感器監測到原有設備出現了運行狀況，原有設備廠商是否認可，是否愿意提供維修？傳感器對機電設備的監控力度是怎樣的，是設備狀況出現了一點點變動就會頻繁報警，還是不那么“敏感”？（這兩種情況都是不能接受的。）

針對這一疑慮，雙方重新明確了整個物聯網工程的實施原則：“安全第一、可靠性優先、標準化和開放性。”

“安全第一”和“開放性”不難理解，按照帕瓦電力項目負責人張斌的描述，所謂可靠性，即物聯網作為一種先導性技術，任何未經充分測試的技術和產品絕不投入運行，這也就避免了可能會出現的設備沖突問題；而標準化更為關鍵，就是物聯網工程的實施，必須遵循相關行業標準、電磁兼容性標準等，設備監測狀況的報警和提示維修，也要按照相關行業標準運行，這就解決了上述高管的第二和第三個疑慮。

全面掌控

與人們想象中的水廠不同，現在的上海青草沙原水廠的機房內，空氣干燥，運行人員大量減少，機電設備運行的聲音低沉而有力。由于物聯網工程的實施，這些機房的墻面上大都裝上了白色的圓柱型無線基站——無線基站可以將機電設備內安裝的傳感器感知到的信息，實時收集，并傳輸到后臺系統。

對機電設備溫度的掌控，成為青草沙原水廠物聯網工程上線的最初切入口。

傳統手段監測設備溫度，或通過紅外測溫，或通過定期停電人工監測。這存在幾個弊病，一是高壓機電設備的開關柜是封閉的，正常狀況下監測內部溫度，首先要打開機柜，打開機柜必須停電，停電則關系到自來水的輸送；二是傳統監測不是實時的，監測周期較長，無法做到對設備運行的狀況的實時掌控。

與之相反的是，無線溫度傳感器可直接安裝在設備可能的發熱處，實現設備運行溫度和相間溫差等數據的采集和監測。

所謂相間溫差，即一個設備的幾個接頭都需要測試溫度，那么這些溫度數據之間存在著某種數據關系，一旦這個關系不穩定了，設備就有可能出現故障。

此外，其他一些問題也會給設備的正常運行帶來挑戰。例如，水廠的高低壓開關柜等設備易受到潮氣銹蝕，從而引起設備絕緣擊穿、相間短路、設備誤動和拒動；變電站的控制柜、開關柜等柜門，在相關操作完畢后可能出現沒有關閉或非法打開等問題。

為此，青草沙原水廠在對溫度實現了掌控外，還對設備運行環境的濕度、局部放電、水浸、門磁等其他大量數據實現了實時監控和智能分析。

賈建明說，在保障設備安全運行，保障上海城市供水安全的同時，水廠也獲得了間接的經濟效益。一方面，進口設備十分昂貴，維護成本高，損壞后損失巨大。目前，設備折舊和運營成本，已占到了水廠經營總成本的2/3左右。物聯網工程監控設備的運行狀況，無形中延長了設備的壽命，減少了折舊成本。

“此外，過去備件的成本非常高，好多都是進口設備，水廠盲目備件，備件資金達到數百萬元。”賈建明說，掌控了設備的運行信息，相應的備件庫存就會減少。

在賈建明看來，物聯網的效益是綜合的，是方方面面的。雖然目前還沒有辦法估算，但保守的估計一年節省成本在百萬元以上。

如今，物聯網為賈建明打開了一扇想象的大門，他發現，除了設備運行外，物聯網在水廠其他生產和運營流程中的應用都是觸類旁通的。

例如，利用物聯網技術實現供水的“保質”。水處理的過程，需要用到一些強酸堿威脅化學試劑。此前對這些試劑的使用，主要依靠運行人員掌控，做到雙人雙鎖、賬卡物三相符，這都屬于事后監管，較難及時發現使用和管理中的漏洞，存在安全隱患。物聯網為水廠提供了技術手段，通過傳感器布置，可實現對這些試劑定位、定量、定人管理，如果出現異狀就會實時報警。

安全用水除了物資安全外，還包括生產安全和環境安全。在賈建明的構思中，設備、人員、車輛、物資、消防、安防、井室、管路、閥門等關系水廠生產運營的所有環節，在未來兩到三年內，都應當建立物聯網感知和信息處理系統，而上述各環節的系統要相互關聯和通信，并與管理決策系統實現整合，最終由技術變革實現整個水廠的管理革新。