江都水利樞紐設備管理系統的構建思路

袁志波

(江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200)

江都水利樞紐是南水北調東線源頭工程，由4座大型抽水站、12座大中型水閘及其配套設施組成，具有抽江北送、自流引江、抽排澇水、分泄洪水、余水發電、保障航運、改善生態環境等功能[1]。隨著現代信息技術的出現，水利工程泵站智能化的應用促進了水利工程管理工作的現代化，也推動著我國現代化發展進程。

目前，隨著工程管理的要求不斷提高，如何使工程最大限度地發揮功效，提高工程設備管理的水平，改變設備維護管理大部分依賴人工決策的現狀，成為迫切需要解決的問題[2]。要解決以上問題就必須想辦法在設備管理上下功夫，只有管理得當，設備可靠性才會提高，才可能最大限度地延長使用壽命，從而降低成本。

本文針對江都水利樞紐工程的特點，以泵站設備管理為例，提出了設備管理智能化系統的構建思路，通過該系統實現對設備從規劃、采購、安裝、調試、運行、維護、改造直到報廢的全生命周期管理[3]。同時，該系統可根據設備監測的數據做細化分析，提前發現設備的潛在故障，并根據故障的嚴重程度及時提醒管理人員停車維修或繼續運行等待下次有維修機會時進行維修，避免因設備故障導致設備的破壞性損壞和人員傷亡，為工程穩定運轉保駕護航。

1 管理現狀與存在問題

1.1 管理現狀

(1)傳統的泵站管理起點是從制造加工設備的廠方把設備賣給用戶企業開始管理的，即對設備的運行和維護進行管理。

(2)現場運行人員傳統的日常點檢通常是通過4種方法：望—觀表面有無異常來判斷設備工作狀態，如滲漏、晃動大等；聞—通過觀察現場設備有無異常氣味，如燒焦氣味等；摸—通過用手感知設備的溫度和振動等與以往做比較來判斷設備工作狀態；聽—通過觀察設備有無異常響聲來判斷設備運行狀態。

1.2 存在問題

(1)設備初期的設計缺陷，生產過程中發生的錯誤，運輸途中的磕碰等信息資料缺失，這些問題都將會影響到設備以后運行的可維護性和可靠性。

(2)傳統的日常點檢的方法通常發現的設備故障已經到晚期了且需要有經驗的工作人員才能做到，局限性大。

(3)傳統的檢修方式是定期檢查更換維修，存在維修不到位和維修過剩的情況，即存在故障需要維修的設備沒有檢修完全，而不需要維修更換的設備反而進行了維修更換，導致生產成本的增加。

2 設備管理系統構建思路

江都水利樞紐泵站設備管理系統應將分布在不同位置的各種類型設備統一管理起來，這樣可以對設備進行安裝與驗收管理、設備運行管理、設備維修拆換管理、設備狀態評估，真正做到對設備的一生進行管理。系統的詳細功能如下。

(1)全生命周期管理。可以對設備的一生即從“生”到“死”的過程進行管理，真正做到管理好設備生命周期的每個環節(如設備初期的設計缺陷管理，生產過程中發生的錯誤管理，運輸途中的磕碰等信息資料的管理，安裝過程中的數據管理，運行過程中的數據管理，設備的維修拆換管理)，最大限度的發揮設備功效，降低生產成本。

(2)設備狀態實時評估。實時監測設備的運行狀態，時刻掌握設備的狀況，當設備存在異常時，系統會及時發出警報，并提示故障位置、故障類型、嚴重程度、建議處理措施等，建議管理人員及時處理，對設備進行預防性維修，避免定期維修造成的資源浪費，避免因設備故障造成重大事故的發生和人員傷亡，從而降低生產成本。

3 設備管理系統構建原則

(1)可靠性。系統的可靠性是設備運行狀態在線監測系統能否真正發揮作用的前提，在系統的設計、設備選型及工程實施上優先考慮使用可靠性高的成熟產品及方案[4- 6]。

(2)實用性。設計出的軟件功能要能準確直觀地反映機組的運行狀態，機組出現故障時能準確判斷出故障位置、故障類型，并給出處理建議。

(3)先進性。軟硬件采用模塊化、分布式設計；全套系統的構架采用最新的通訊和網絡技術，使機組運行狀態監測系統具有綜合分析和判斷能力[7]。

(4)開放性。系統具有良好的兼容性，可以與江都水利樞紐工程IDE、INSQL等系統進行通訊，實現數據共享；采用INTERNET/INTRANET技術構造網絡系統，遠程登陸方便快捷；具有良好的擴展性，將來可在系統上擴展增加其它功能或與其它系統進行集成。

4 總體設計

4.1 總體架構

總體架構設計遵循《全國水利信息化“十三五”規劃》的整體框架，體現“統一數據中心、統一應用平臺、統一技術標準”的要求，整體架構先進，清晰，無復雜的底層技術，能實現各類業務需求。系統總體架構如圖1所示。系統主要分為2個部分：設備全生命周期管理和設備狀態實時評估。其中設備管理包含設備的出廠驗收管理、安裝驗收管理、調試驗收管理、運行管理、拆換管理及數據報表等。

4.2 功能設計

4.2.1設備全生命周期管理

設備全生命周期管理智能管理主要由設備出廠驗收管理、設備安裝驗收管理、設備調試驗收管理、設備運行管理、設備拆換管理、數據報表6大功能組成。

(1)設備出廠驗收管理。對設備機組信息、傳感器信息、材質信息、電子使用說明書進行管理，便于以后查找。

圖1 系統總體架構

(2)設備安裝驗收管理。對設備安裝時的數據進行存檔管理，便于以后查找。

(3)設備調試驗收管理。對設備調試驗收時的相關材料進行管理，便于以后查找。

(4)設備運行管理。對設備運行后的運行數據、設備運行狀態、振擺監測系統自檢、點檢等進行統一管理。

(5)設備拆換管理。對拆換設備的信息進行統一管理，便于以后查找。

4.2.2設備狀態實時評估

設備狀態實時評估主要是對泵站機組振動、擺度、轉速、軸電流、軸向位移等進行實時監測，測點的數值都實時地顯示在畫面上，當數據處于正常范圍時，數據的背景色顯示為綠色，當數值超過推薦的報警門限值時，會顯示黃色，當數值超過推薦的危險門限值時，會顯示為紅色。

設備狀態實時評估模塊顯示機組的運行狀態數據。綜合運行狀態管理，后臺根據預警值通過算法進行綜合評估。

5 設備管理系統的構建

設備管理系統包括數據采集與交互平臺、數據管理平臺、應用系統3大部分。

5.1 數據采集與交互平臺

為監測水泵機組運行狀態，設備管理系統應構建現場通信總線，實現不同技術專業的現地測控單元在系統中的統一監控。各現地測控單元可通過對應通信驅動與平臺交互數據、指令，從而在系統上實現現地自動化監測的各類功能，為應用系統提供底層自動化數據采集支撐。

由于機組的狀態與機組運行參數息息相關，所以設備管理系統還應該引入機組工況參數，如有功功率、無功功率、葉片角度、勵磁電流、電壓等。系統可以根據需要以通訊方式或4～20mA方式全面監測機組各部件狀態。

5.2 數據管理平臺

傳統的泵站數據管理方面，往往是人工填寫設備數據信息，投入大量的人力、物力資源，而效果卻難以令人滿意[8]。

本設備管理系統可利用SQL、Oracle等主流數據庫軟件對數據進行管理，并且可通過WPS實現數據轉換。比如統計報表的數據、值班數據、均可打印存檔，規范了管理過程。

5.3 應用系統

5.3.1設備管理

(1)設備出廠驗收管理。系統可以對機組信息(如設備的功率、轉速、軸承型號、機組型號、冷卻方式等)、 機組性能信息(如機組的模型特性曲線、原型特性曲線等機組性能試驗數據)、傳感器信息(如加速度傳感器、速度傳感器等)進行記錄并分類管理，當機組發生故障需要查看機組各項數據時，能根據數據分類迅速查找到所需數據，為故障診斷提供方便[9- 12]。

(2)設備安裝驗收管理。系統可以對機組安裝數據進行錄入，安裝數據錄入管理是指對安裝過程中的安裝數據進行記錄管理(如機組對中數據，螺栓扭矩數據，葉片與葉輪外殼間隙數據等)；安裝時出現的問題進行記錄并記錄分析和處理的全過程，用戶以后定期查看該記錄，總結經驗，避免問題再次出現。數據采集錄入管理能夠實現施工信息共享，避免相同問題的再次發生，從而降低企業管理成本。

(3)設備調試驗收管理。在進行機電設備的調試驗收時，要嚴格按照SL317—2015《泵站設備安裝及驗收規范》等國家、行業標準和規程規范進行，以確保驗收技術符合規范要求。系統可將設備調試驗收時的相關材料上傳為附件，管理和錄入設備調試驗收記錄和材料附件。

(4)設備運行管理。優先運行機組推薦圖中對機組累計總運行時長、機組單月運行時長、機組維修時間、機組運行狀態評估等進行對比，運行人員可以根據機組運行狀態合理選擇機組設備進行運行。

(5)設備拆換管理。①泵站設備技術性能改造更新，系統可以記錄進行技術性能改造設備的設備號、所處現場位置、設備功能、技術改造部位等。②閑置設備再利用，對于一些因設備改造而被閑置的設備，統一重新收回后開展再使用，杜絕設備的閑置浪費。系統可以記錄進行設備再利用的設備號、設備再利用日期、所處現場位置、設備功能等。③設備報廢處理，按照相關規定及時進行設備報廢與變現，努力削減不良設備資產，降低維護費用，確保生產。系統可以記錄進行報廢處理設備的設備號、所處現場位置、設備功能、報廢處理原因等。

5.3.2設備狀態實時評估

機組設備狀態實時評估是對整個機組全生命周期的歷史狀態結合當前運行狀態進行的一個評價，根據評價結果顯示當前各個機組狀態。

根據機組安裝驗收數據、振動、擺度、溫度、維護拆換數據等參數建立設備狀態評價模型，對采集的實時數據提取狀態特征參數，計算當前的狀態特征值，調用相應的狀態評價模型，得出機組的狀態評估結果。機組狀態評估結果分為5類，分別為：很好(綠色)、注意(黃色)、檢查(褐色)、故障(紅色)、無數據(灰色)[13- 15]。

6 結語

設備管理是一項長期工作，各個環節相輔相成，密切相關，各個時期的管理都將影響工程的穩定可靠運行。工程運行管理人員應抓好設備全生命周期的每個環節，促進工程效益的充分發揮。江都水利樞紐設備管理系統的構建思路將繼續完善、總結，爭取早日落地，為全國水利工程設備管理提供更多的成功經驗。