大型原水泵站少人值守可行性的研究

馬天明 湯蔚峰 方厲節(jié) 黃金一 夏鳴

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

【關(guān)鍵詞】自動化;智能化;少人值守;無人值守;

中圖分類號：TP319 ? ?文獻標(biāo)識碼：A

1引言

五號溝泵站，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臺大型立式混流機泵，單機容量為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，以人工判斷、處理為主，不能準(zhǔn)確、實時的保障生產(chǎn)運行，甚至因為誤判斷、操作造成二次故障。泵站管理人員就根據(jù)生產(chǎn)實際情況編制各項應(yīng)急預(yù)案，并不斷補充，目前已形成一套比較完備應(yīng)急預(yù)案匯編，對所有發(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、機械設(shè)備導(dǎo)致的故障模式、和自動化設(shè)備導(dǎo)致的故障模式，全面深入的分析五號溝泵站的故障模式，進行系統(tǒng)的分析研究，并制定相應(yīng)的智能化應(yīng)對策略。使用計算機技術(shù)創(chuàng)建原水泵站故障模式下的應(yīng)對策略預(yù)案庫，一方面提供已發(fā)生故障及處理方式檢索，實現(xiàn)故障統(tǒng)計、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)，由計算機來代替人進行智能化故障診斷，判斷出系統(tǒng)故障原因，并結(jié)合實際工況和應(yīng)急預(yù)案，給出應(yīng)急操作的最優(yōu)方案，實現(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、計算機技術(shù)實現(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、計算機技術(shù)對大型設(shè)備運轉(zhuǎn)時的狀態(tài)進行實時監(jiān)測、分析的系統(tǒng)。

2大型原水泵站管理模式的重要性與特點分析

2.1管理模式的重要性

結(jié)合五號溝泵站系統(tǒng)的與五號溝設(shè)備健康管理系統(tǒng)進行調(diào)研分析，確認(rèn)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能與難點，本系統(tǒng)首先應(yīng)與泵站本地子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行對接，獲取泵站本地的運行信息，運行狀態(tài)，開關(guān)泵時間，流量壓力信息等，之后與故障信息庫進行對接，獲取機泵增和評價數(shù)據(jù)表、機泵點檢記錄表、振動數(shù)據(jù)表，同時也要獲取變頻器故障信息，并單獨創(chuàng)建采集系統(tǒng)，開發(fā)與變頻器對接的驅(qū)動，針對故障進行相應(yīng)分析處理;

利用先進的自動化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將五號溝泵站故障模式下的應(yīng)對策略編寫成計算機程序，在發(fā)生故障時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)，由計算機來代替人進行智能化故障診斷，判斷出系統(tǒng)故障原因，并結(jié)合實際工況和應(yīng)急預(yù)案，給出應(yīng)急操作的最優(yōu)方案，實現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案的智能化指引;

（2）計算機通過采集到的數(shù)據(jù)，與故障前的狀態(tài)進行分析比對，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，計算機根據(jù)分析出的故障原因、故障影響設(shè)備統(tǒng)計、恢復(fù)設(shè)備統(tǒng)計，提交出故障處置報告，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)、機械化數(shù)據(jù)、自動化數(shù)據(jù)及輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過類比的方式進行實時判斷。發(fā)生故障時，對當(dāng)前所有系統(tǒng)進行判斷、比對，選擇最適合的應(yīng)對策略進行系統(tǒng)運行引導(dǎo)，在最短時間內(nèi)恢復(fù)故障造成的影響。

（1）實現(xiàn)實時動態(tài)演示功能，用精美的3D圖畫展示現(xiàn)場系統(tǒng)的運行情況，并精確到單個設(shè)備的運行狀態(tài)

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

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

（4）實現(xiàn)信息統(tǒng)計功能，搜集每次故障發(fā)生的時間，故障類型，當(dāng)班操作員信息，存入數(shù)據(jù)庫

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

2.2特點分析

（1）系統(tǒng)管理功能

此系統(tǒng)應(yīng)具有完善的安全管理級別，并可動態(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小時不間斷值班，需求語音報警功能可在故障發(fā)生時立即提醒工作人員。

（3）應(yīng)急處理功能

實現(xiàn)自動化泵站，不需要人工干涉，靠計算機處理故障。

（4）報警查詢功能

實現(xiàn)對歷史記錄的查詢功能，分析數(shù)據(jù)時及時調(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)狀對運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化水平，又可以增強相關(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，只有實現(xiàn)管理系統(tǒng)的自動化和標(biāo)準(zhǔn)化運行目標(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，通過對機械設(shè)備、電氣設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控，實現(xiàn)在控制室一地全面掌控大型原水泵站的運行全局。因此要實現(xiàn)少人值守的管理模式首要統(tǒng)一全廠的自動化監(jiān)控平臺，將所有的監(jiān)控數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的模式接入控制室的監(jiān)控平臺。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)運行電氣數(shù)據(jù)、四遙電力數(shù)據(jù)、電力運行數(shù)據(jù)、備用電力監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備振動監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備運行溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)、機械故障監(jiān)測數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)及SCADA監(jiān)測數(shù)據(jù)等，監(jiān)控數(shù)據(jù)的完善可以減少現(xiàn)場輪值人員的數(shù)量、提升監(jiān)控的效率、提高監(jiān)控的水平。同時通過設(shè)備視頻監(jiān)控的布設(shè)，對現(xiàn)場設(shè)備實現(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。最后提升自動化監(jiān)控平臺的關(guān)鍵技術(shù)，通過監(jiān)控數(shù)據(jù)與實際監(jiān)控的視頻自動比對、聯(lián)動、大數(shù)據(jù)存儲分析等方式，實現(xiàn)少人值守管理的最終目標(biāo)。

人員是實現(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，減少非技術(shù)人員對現(xiàn)場生產(chǎn)運行的干擾;其次通過考勤系統(tǒng)及生產(chǎn)管理系統(tǒng)的監(jiān)測，規(guī)范生產(chǎn)運行管理;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，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，提出針對性預(yù)測，在發(fā)生問題時及時智能化應(yīng)對，減少處理時間，避免風(fēng)險帶來的損失。

少人值守就是全廠智能化管理實現(xiàn)的具體表現(xiàn)，通過監(jiān)測手段的統(tǒng)一及提升，多接口、多系統(tǒng)的監(jiān)測接入，直至最后的智能應(yīng)對防護，實現(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)場設(shè)備眾多，自動化程度相對較高，設(shè)備設(shè)施大型且分散，點多面廣，目前每班由1名班組長、3名組員組成。然而，除了在應(yīng)對諸如外來電網(wǎng)波動或設(shè)備故障等突發(fā)性事件所引發(fā)的停機斷水事故時，需要較多的生產(chǎn)運行崗位員工立即響應(yīng)、快速趕赴現(xiàn)場處置。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)運行工作時長且任務(wù)單一，容易造成疲憊。

青草沙原水廠目前實行的是五班三運轉(zhuǎn)，每班時間為12小時，工作內(nèi)容中，除去應(yīng)急處理突發(fā)事件之外，僅為簡單重復(fù)的諸如水泵開庭、變頻器調(diào)速等非體力勞動，久而久之容易造成注意力不集中的后果。但當(dāng)正常的工作時間恢復(fù)到朝7晚5時，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。長期的精神疲憊對于至關(guān)重要的應(yīng)急處理會帶來極大的影響，一旦發(fā)生緊急時候的時候，正好處于人最疲憊的夜晚，運行人員處置不及時，容易造成較大的事故。

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

青草沙原水廠的運行人員隊伍比較年輕，普遍為80—90后獨生子女，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)重不對口，學(xué)習(xí)能力也存在著較大的差異。能力出眾的運行人員轉(zhuǎn)崗至其他崗位的現(xiàn)象也屢見不鮮，久而久之，每個班組除班組長以外的3名組員都普遍不具有獨當(dāng)一面的個人能力，這對于尤其依賴應(yīng)急處置能力的生產(chǎn)一線來說面臨著巨大的考驗。

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)生的事故上進行應(yīng)急處理，處理步驟往往是按部就班的進行，運行人員在進行預(yù)案演練時也是機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，運行人員即使把應(yīng)急預(yù)案倒背如流了，也會碰到許多困難。因此，傳統(tǒng)的應(yīng)急預(yù)案已經(jīng)完全跟不上時代進步、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)與五號溝現(xiàn)有系統(tǒng)實時對接，投入運行后目標(biāo)為降低故障發(fā)生后的處理時間，提高容錯率，保障運行，因此對于故障的撲捉、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)運行的基礎(chǔ)，需采集機組、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)，并進行梳理，每個系統(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)生故障信號或者應(yīng)急預(yù)案激活條件時，需根據(jù)實時數(shù)據(jù)的判斷，進行應(yīng)急預(yù)案的調(diào)取，本系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)聯(lián)動，所有的應(yīng)急控制指令會下發(fā)到現(xiàn)場控制層。

存在多個故障模式相近，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)合判斷機制，會對每個關(guān)鍵數(shù)據(jù)采用多個關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的聯(lián)合判斷方式，避免數(shù)據(jù)突變或者誤報帶來的誤操作。

6結(jié)語

本系統(tǒng)經(jīng)歷調(diào)研、設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試的階段，已順利在五號溝泵站投入運行。實現(xiàn)了故障模式下的應(yīng)對策略制定，及初步智能化應(yīng)用。

本系統(tǒng)將故障發(fā)生后的解決處理時間壓縮到秒級單位，同時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大型原水泵站生產(chǎn)運行的影響。

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

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

參考文獻：

[1]焦澎 沈輝 500KV變電站無人值守運維管理問題及解決策略分析[J].中國科技博覽，2017（21）

[2]張垚 500KV變電站實行無人值守運行管理模式[J].通訊世界，2014，12（17）：37-38