一種二供系統(tǒng)健康運行綜合參數(shù)采集裝置的實施方案

高明輝　鄒濤　張元禾　韓興連

摘? ?要：城市二供系統(tǒng)的運行障礙會影響供水主管網(wǎng)的穩(wěn)定和安全。本文介紹了基于二供設施健康運行狀態(tài)，構建健康評價指標體系，對二供設備的健康度進行評價，用于指導二供設備運行管理的一種方案。該方案經(jīng)實際測試，對二供設備的健康運行起到了指導作用。

關鍵詞：二供系統(tǒng);健康度;參數(shù)采集

1? ? 二次供水概述

隨著國家城市建設的不斷發(fā)展，二次供水日漸成為滿足高層居民用水需求的重要措施，二供系統(tǒng)是城鎮(zhèn)供水的重要組成部分，二供設備設施的運行狀況是保障城市高層住宅正常用水的重要因素。以重慶市為代表的山地城市，高層建筑呈區(qū)域化、集中化布局，二供設施群的分布密度較高，區(qū)域內二供系統(tǒng)的運行障礙將影響供水主管網(wǎng)的穩(wěn)定和安全。從智能管理角度，二供設施的監(jiān)測、監(jiān)控和運行參數(shù)管理是供水系統(tǒng)智慧管理的基礎單元，組建以二供設施群為基礎的區(qū)域智能管控網(wǎng)絡，是實現(xiàn)二供系統(tǒng)智慧管理的基礎，是山地城市智慧水務系統(tǒng)的重要組成部分。因此構建二供設備設施健康運行指標體系，以此為基礎開發(fā)設施設備運行健康度感知模塊，即二供系統(tǒng)健康運行綜合參數(shù)采集裝置，是二供系統(tǒng)智能管理的關鍵基礎設備。

2? ? 現(xiàn)狀

重慶主地區(qū)二供設備存在廠家混亂、過保無人管理、設備帶病運行等問題。如設備廠家初步統(tǒng)計有：山東康伯利、成都寧水、沃富水務、上海熊貓、沈陽康泉、四川宇康、南京賽萊默、重慶賽塔、山東淄博潤泰、青島三利、重慶卓力、山東國泰、上海創(chuàng)新、上海凱泉、四川玉樹、上海創(chuàng)新、上海三星、青島效能、中韓社科、廣州白云、上海申寶等21家品牌廠家。設備數(shù)量眾多，品牌混雜，每套設備的工藝原理不盡相同。各個二供泵房設備采用的技術不同，且獨立運行，遠程無法實時監(jiān)測。現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)欠缺，存儲時間達不到管理需要。泵房自動運行策略也不符合實際，無法滿足管理要求。設備的工作狀態(tài)及健康狀態(tài)無法準確及時獲知;每套設備都需要定期巡檢，設備管理單位人力成本居高不下，搶修壓力很大。

綜述分析，開發(fā)基于健康運行管理的二供設施健康評價體系和感知模塊，將有助于解決目前二供設施運行管理維修維護難度大、成本高的現(xiàn)實問題，是二供系統(tǒng)智能管控、智慧管理升級的關鍵技術和基礎設備，市場前景廣闊，具有重要的社會經(jīng)濟效益。

3? ? 項目方案

項目擬基于二供設施健康運行狀態(tài)，構建健康評價指標體系，采用模塊集成化技術采集現(xiàn)場的設備參數(shù)，利用構建的二供設備健康度評價指標體系對二供設備的健康度進行評價，用于指導二供設備運行管理。

3.1? 健康指標體系構建

3.1.1? 構建原則

實時掌握二供設備運行狀態(tài)的關鍵問題是確定評價指標體系。指標體系是否科學、合理，直接關系到健康度評價的真實性和全面性。因此，所確立的健康狀態(tài)指標體系必須科學地、客觀地、合理地、盡可能全面地反映影響二供設備系統(tǒng)運行狀態(tài)的所有因素，并按照一定的原則去分析和判斷。

健康度評價指標體系的建立遵循九大原則，即目的性原則、科學性原則、系統(tǒng)性原則、可操作性原則、時效性原則、政令性原則、突出性原則、可比性原則和定性與定量相結合的原則。上述各項原則都要通過定性與定量相結合的原則才能體現(xiàn)。最后，所有上述各項原則皆由狀態(tài)評價的目的性所決定，并以目的性原則為前提，最終建立評價指標體系。

3.1.2? 分類指標體系構建

二供設備的運行狀態(tài)是健康狀況的直接反映，如果設備或零部件出現(xiàn)故障，則相應的技術性能就會偏離正常值。為反映設備的實時健康狀態(tài)，必須將這些能反映二供設備狀態(tài)的技術性能作為評價設備健康度的指標，然而實際中的設備結構復雜，技術性能很多，完全考慮這些參數(shù)顯然不合乎實際。

基于以上考慮，項目擬從可靠性、維修性、技術性能、經(jīng)濟性、監(jiān)測性、安全性6個方面構建二供設備健康狀態(tài)指標。

3.1.3? 指標子系統(tǒng)構建

為了能有效分析判斷二供設備健康狀況，從實現(xiàn)設備功能的角度出發(fā)，將二供設備劃分為各功能子系統(tǒng)，然后對各功能子系統(tǒng)進行健康狀態(tài)評價，建立功能子系統(tǒng)的健康狀態(tài)情況數(shù)據(jù)庫，為二供設備的整體狀態(tài)評價和健康維護策略提供定量的理論依據(jù)。

項目擬構建以下子系統(tǒng)：動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、操縱及控制系統(tǒng)、支承系統(tǒng)、工藝設備系統(tǒng)等，然后在子系統(tǒng)層次上繼續(xù)劃分，如將控制系統(tǒng)劃分為按鈕開關系統(tǒng)、控制元器件等子系統(tǒng) 。每個子子系統(tǒng)又可根據(jù)需要繼續(xù)分解為更小的系統(tǒng)。其功能結構劃分如圖1所示。

3.1.4? 健康度評價體系構建結構上，基于子系統(tǒng)評價，建立二供設備健康度評價系統(tǒng)

按照設備功能結構對二供設備進行了簡單的劃分，使得對二供設備的健康狀態(tài)評價變?yōu)閷Χ┰O備各功能子系統(tǒng)的評價，進而對各功能子系統(tǒng)的健康狀態(tài)評價，最后得到關于組成整個二供設備功能系統(tǒng)的健康值，形成一個完整的二供設備狀態(tài)健康值數(shù)據(jù)庫（知識庫）。服役年齡上，構建以設備服役年齡為維度的健康度評價體系，制定相應的維護保養(yǎng)方案。

3.2? 健康度感知方案模塊集成

3.2.1? 感知模塊

項目設計專門的模塊，分別采集環(huán)境參數(shù)、運行參數(shù)、水質參數(shù)。參數(shù)測量主要利用傳感器對各主要參數(shù)進行測量。

測試過程中用到壓電式傳感器、熱電式傳感器、電磁式傳感器。各個傳感器模塊把被測的非電量轉換為可測量的電壓值或數(shù)據(jù)，控制器模塊根據(jù)各個傳感器的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與其通信，獲取各個傳感器檢測到的環(huán)境參數(shù)、運行參數(shù)、水質參數(shù)，并將參數(shù)傳輸至儲存器中進行數(shù)據(jù)處理，最終獲得當前二供泵房環(huán)境的各項指標參數(shù)。

3.2.2? 分析模塊

從現(xiàn)場大量的背景干擾信號、失真信號中提取有用信號，根據(jù)測到的信號進行分類。形成經(jīng)分析處理后能表征狀態(tài)的中間數(shù)據(jù)，包括與設備狀態(tài)判斷相關的各類統(tǒng)計值、特征值、圖譜等，主要由各類計算方法、數(shù)據(jù)處理儀器對直接測量信息進行處理后獲得。處理方法有運用振動診斷領域內的時域分析、領域分析、概率密度統(tǒng)計等產(chǎn)生的數(shù)值、譜圖、曲線等，這些中間數(shù)據(jù)是二供設備健康度判斷的主要依據(jù)。

分析模塊運用數(shù)學模型和神經(jīng)網(wǎng)絡技術對中間數(shù)據(jù)進行深度分析，從而進行設備的優(yōu)化管理、故障預警及供水的平衡優(yōu)化。

4? ? 項目工程示范

根據(jù)項目研究內容及目的，選取重慶自來水公司管轄的二供用戶超過1 000戶有代表性的小區(qū)。擬定選取半山七號小區(qū)，供水壓力中區(qū)為974戶;高區(qū)為405戶，合計規(guī)模為1 379戶;協(xié)信阿卡迪亞E3組團，按供水壓力分為高區(qū)、中區(qū)、低區(qū)，合計規(guī)模為1 360戶。

通過在線檢測這2個小區(qū)二供泵房的設備參數(shù)，對數(shù)據(jù)進行模塊化分析，得出設備的健康程度，用于指導生產(chǎn)管理，降低事故率達80%。

Implementation scheme of integrated parameter

acquisition device for two supply system health operation

Gao Minghui1， Zou Tao2， Zhang Yuanhe1， Han Xinglian1

（1.Chongqing Yuantong Electronic Technology Development Co.， Ltd.， Chongqing 400013， China;

2.Chongqing Liangjiang Water Co.， Ltd.， Chongqing 401133， China）

Abstract：The operational obstacles of the urban two supply system will affect the stability and safety of the water supply network. This paper introduces a scheme based on the healthy operation status of the second supply facility， constructs a health evaluation index system， evaluates the health of the second supply equipment， and guides the operation management of the second supply equipment. The program has been tested and tested to guide the healthy operation of the equipment.

Key words：two supply system; health degree; parameter acquisition