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 黃金一 夏鳴

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

【關鍵詞】自動化;智能化;少人值守;無人值守;

中圖分類號：TP319 ? ?文獻標識碼：A

1引言

五號溝泵站，日供水規模708萬立方米，規模為亞洲第一，擁有亞洲首屈一指的生產設施設備，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變頻調速和以色列SOLCON軟起動技術，負責向嚴橋、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。在遇到故障發生時，以人工判斷、處理為主，不能準確、實時的保障生產運行，甚至因為誤判斷、操作造成二次故障。泵站管理人員就根據生產實際情況編制各項應急預案，并不斷補充，目前已形成一套比較完備應急預案匯編，對所有發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、設備健康管理系統、配電管理系統，但系統之間各自獨立。

大型原水泵站故障模式主要包含三類：電氣設備導致的故障模式、機械設備導致的故障模式、和自動化設備導致的故障模式，全面深入的分析五號溝泵站的故障模式，進行系統的分析研究，并制定相應的智能化應對策略。使用計算機技術創建原水泵站故障模式下的應對策略預案庫，一方面提供已發生故障及處理方式檢索，實現故障統計、新員工自我學習的目的;另一方面結合自控系統采集到的大量數據，由計算機來代替人進行智能化故障診斷，判斷出系統故障原因，并結合實際工況和應急預案，給出應急操作的最優方案，實現應急預案的智能化指引.

SCADA系統：采用PLC技術、通訊、計算機技術實現的具備監控功能的系統總稱。

設備健康管理系統：采用傳感器、計算機技術對大型設備運轉時的狀態進行實時監測、分析的系統。

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

結合五號溝泵站系統的與五號溝設備健康管理系統進行調研分析，確認系統需要實現的功能與難點，本系統首先應與泵站本地子系統數據進行對接，獲取泵站本地的運行信息，運行狀態，開關泵時間，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據表、機泵點檢記錄表、振動數據表，同時也要獲取變頻器故障信息，并單獨創建采集系統，開發與變頻器對接的驅動，針對故障進行相應分析處理;

利用先進的自動化技術和物聯網技術，將五號溝泵站故障模式下的應對策略編寫成計算機程序，在發生故障時由該程序提供智能向導。

（1）通過采集到的大量數據，由計算機來代替人進行智能化故障診斷，判斷出系統故障原因，并結合實際工況和應急預案，給出應急操作的最優方案，實現應急預案的智能化指引;

（2）計算機通過采集到的數據，與故障前的狀態進行分析比對，由智能化策略系統發出操控指引，恢復到故障發生前的穩定狀態;

（3）故障處理完成后，計算機根據分析出的故障原因、故障影響設備統計、恢復設備統計，提交出故障處置報告，并通知相關管理人員。

本系統采用C/S體系結構，通過采集電氣數據、機械化數據、自動化數據及輔助系統數據，通過類比的方式進行實時判斷。發生故障時，對當前所有系統進行判斷、比對，選擇最適合的應對策略進行系統運行引導，在最短時間內恢復故障造成的影響。

（1）實現實時動態演示功能，用精美的3D圖畫展示現場系統的運行情況，并精確到單個設備的運行狀態

（2）實現故障告警功能，若現場水泵、變頻器、PLC等設備發生故障時，本系統應立即作出反應，發出語音報警提示，并在畫面明顯位置突出顯示報警信息

（3）實現應急控制流程，當發生跳泵故障時，系統自動分析排查，進行處理，完成升速、開泵、降速操作。

（4）實現信息統計功能，搜集每次故障發生的時間，故障類型，當班操作員信息，存入數據庫

（5）實現網絡安全管理功能，分級用戶，可查詢不同故障的內容;

2.2特點分析

（1）系統管理功能

此系統應具有完善的安全管理級別，并可動態增加用戶，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生時立即提醒工作人員。

（3）應急處理功能

實現自動化泵站，不需要人工干涉，靠計算機處理故障。

（4）報警查詢功能

實現對歷史記錄的查詢功能，分析數據時及時調取數據并保存打印成紙質資料;

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，又可以增強相關人員的管理能力和專業技能。因此少人值守的管理模式，是當下大型原水泵站最為基礎的保障方式，只有實現管理系統的自動化和標準化運行目標，才能保證大型原水泵站生產的安全性和效益性。

要實現大型原水泵站的少人值守管理，必須分析現有的管理模式，研究實現少人值守的關鍵技術路線，逐步提升現有的管理模式，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備管理、人員技術及培訓管理、應急管理等幾個方面。

設備管理是大型原水泵站管理的主要研究方向，通過對機械設備、電氣設備、網絡設備、自動化設備的數據監控，實現在控制室一地全面掌控大型原水泵站的運行全局。因此要實現少人值守的管理模式首要統一全廠的自動化監控平臺，將所有的監控數據以統一的模式接入控制室的監控平臺。其次要完善大型原水泵站全廠監控的數據，接入生產運行電氣數據、四遙電力數據、電力運行數據、備用電力監測數據、設備振動監測數據、設備運行溫度監測數據、機械故障監測數據、網絡設備監測數據及SCADA監測數據等，監控數據的完善可以減少現場輪值人員的數量、提升監控的效率、提高監控的水平。同時通過設備視頻監控的布設，對現場設備實現無人化或者少人化的監控管理，將更多的管理集中在控制室一地。最后提升自動化監控平臺的關鍵技術，通過監控數據與實際監控的視頻自動比對、聯動、大數據存儲分析等方式，實現少人值守管理的最終目標。

人員是實現大型原水泵站的少人值守管理可行性的關鍵因素，人員的技術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的監測，減少非技術人員對現場生產運行的干擾;其次通過考勤系統及生產管理系統的監測，規范生產運行管理;最后通過全廠智能化培訓系統提升生產管理水平。

應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，如果出現故障或者突變事件，全廠生產面臨極大風險，建立具有學習型的智能化應急管理，在發生問題前，提出針對性預測，在發生問題時及時智能化應對，減少處理時間，避免風險帶來的損失。

少人值守就是全廠智能化管理實現的具體表現，通過監測手段的統一及提升，多接口、多系統的監測接入，直至最后的智能應對防護，實現少人值守在大型原水泵站的應用。

4現有管理模式存在的問題

青草沙原水廠生產現場設備眾多，自動化程度相對較高，設備設施大型且分散，點多面廣，目前每班由1名班組長、3名組員組成。然而，除了在應對諸如外來電網波動或設備故障等突發性事件所引發的停機斷水事故時，需要較多的生產運行崗位員工立即響應、快速趕赴現場處置。然而，現有的管理模式存在著一系列的問題導致應急處置可能出現紕漏。

4.1生產運行工作時長且任務單一，容易造成疲憊。

青草沙原水廠目前實行的是五班三運轉，每班時間為12小時，工作內容中，除去應急處理突發事件之外，僅為簡單重復的諸如水泵開庭、變頻器調速等非體力勞動，久而久之容易造成注意力不集中的后果。但當正常的工作時間恢復到朝7晚5時，他們的生活卻總是出現偏差，翻班也就意味著逆著生物鐘而生活。這樣的工作結果會導致人體緊張、出現生理疾病和發生精疲力竭的情況。長期的精神疲憊對于至關重要的應急處理會帶來極大的影響，一旦發生緊急時候的時候，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 生產運行人員水平參差不齊，應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。然而大多數人員所學專業與所從事的工作嚴重不對口，學習能力也存在著較大的差異。能力出眾的運行人員轉崗至其他崗位的現象也屢見不鮮，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一面的個人能力，這對于尤其依賴應急處置能力的生產一線來說面臨著巨大的考驗。

4.3 傳統應急預案大多紙上談兵，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、高效地處理突發事故，最大限度地減少事故的損失，恢復正常的供水，特地制定了一套比較完備應急預案匯編，匯編包含了大多數發生過的事故。目前傳統的應急預案的編寫都是建立在已經發生的事故上進行應急處理，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，應急預案不可能面面俱到全都涵蓋，運行人員即使把應急預案倒背如流了，也會碰到許多困難。因此，傳統的應急預案已經完全跟不上時代進步、設備更替的步伐了。

5基于智能化應用的少人值守模式的創新和分析

本系統的開發與五號溝現有系統實時對接，投入運行后目標為降低故障發生后的處理時間，提高容錯率，保障運行，因此對于故障的撲捉、解析、判斷及應急預案的調取。

5.1少人值守模式的技術基礎

故障的采集是保證本系統運行的基礎，需采集機組、儀表、SCADA、設備健康管理、供配電信息、輔助系統等的所有數據，并進行梳理，每個系統的數據采集模式、頻率、格式均有較大差異，采集的數據進行匯總并統一錄入KINGSCADA系統。

5.2少人值守模式帶來的改變

當發生故障信號或者應急預案激活條件時，需根據實時數據的判斷，進行應急預案的調取，本系統與SCADA系統聯動，所有的應急控制指令會下發到現場控制層。

存在多個故障模式相近，后續控制差異的情況，因此故障判斷需準確無誤，本系統采用多數據聯合判斷機制，會對每個關鍵數據采用多個關聯數據的聯合判斷方式，避免數據突變或者誤報帶來的誤操作。

6結語

本系統經歷調研、設計、開發、調試的階段，已順利在五號溝泵站投入運行。實現了故障模式下的應對策略制定，及初步智能化應用。

本系統將故障發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運行的影響。

本系統使用簡潔的與原有SCADA系統統一的展示模式，將復雜的故障判斷以簡單易懂的方式展現，使操作人員對于故障的判斷一目了然，同時應急操作以可視化的方式進行了實時監測，方便操作人員對故障處理過程進行全盤掌控。

本系統對于整體的全面監控，并提供過往處理的回溯、查詢，使每一個處理的執行有據可循。

參考文獻：

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