水處理廠電氣安全與設(shè)備控制管理的探究

劉忠祥，解存福，丁查明，劉 杰

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300381）

0 引言

現(xiàn)代化水處理廠中智能化、大數(shù)據(jù)等自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用依托于現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備、控制設(shè)備、智能檢測(cè)元件。現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備、控制設(shè)備、智能檢測(cè)元件運(yùn)行的好壞直接影響智能控制系統(tǒng)的運(yùn)行，為此建立一套完備的設(shè)備管理、保護(hù)系統(tǒng)，解決設(shè)備運(yùn)維和管理的困擾，保障系統(tǒng)運(yùn)行是必要的。系統(tǒng)為解決設(shè)備安全運(yùn)維需求，響應(yīng)集約化發(fā)展策略，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維業(yè)務(wù)由“粗放式”向“精益化”“分散式”向“集約化”的轉(zhuǎn)變，使設(shè)備穩(wěn)定高效運(yùn)行，解決設(shè)備被動(dòng)維護(hù)、故障跟蹤難、數(shù)據(jù)鏈路故障解決慢、故障點(diǎn)無法快速定位等問題，同時(shí)使管理人員實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全面科學(xué)地了解電氣設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，需要建立一套電氣安全監(jiān)測(cè)運(yùn)維體系，以滿足機(jī)房綠色、安全、高效、穩(wěn)定的智能化管理需要。

同時(shí)，在進(jìn)行水處理廠電氣設(shè)備的日常維護(hù)中，相關(guān)維護(hù)人員必須要詳細(xì)了解設(shè)備的運(yùn)行原理，對(duì)日常運(yùn)行中容易出現(xiàn)故障隱患的部分進(jìn)行詳細(xì)排查，并做好故障問題的記錄工作，并歸納到系統(tǒng)中，完善系統(tǒng)軟件。對(duì)于某一種具有同類性故障問題，系統(tǒng)應(yīng)能提示顯示。例如，電氣控制系統(tǒng)中的傳感器故障率較高，而傳感器出現(xiàn)問題的解決方法是相類似的，系統(tǒng)形成管理檔案，故障時(shí)加以提示，以提高維修效率。電氣控制設(shè)備中，對(duì)于較為特殊控制模塊的設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)維護(hù)和處理的提示，形成故障預(yù)防體系。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)及功能

1.1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

建設(shè)一套集智能化監(jiān)測(cè)、控制、預(yù)警、運(yùn)維為一體的智能化管理平臺(tái)，此平臺(tái)作為中控自動(dòng)控制系統(tǒng)平臺(tái)的一個(gè)子平臺(tái)，把機(jī)房、MCC配電系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、UPS、PLC、現(xiàn)場(chǎng)主要控制設(shè)備、門禁、視頻等報(bào)警、管理集成到統(tǒng)一管理平臺(tái)，用戶可通過遠(yuǎn)程桌面或移動(dòng)App訪問系統(tǒng)。平臺(tái)提供多元冗余報(bào)警機(jī)制，若出現(xiàn)越限或者變位等預(yù)警、告警信息，能及時(shí)準(zhǔn)確地通知到相關(guān)人員且提供聯(lián)動(dòng)控制、統(tǒng)計(jì)查詢、資產(chǎn)管理、日志管理、權(quán)限管理等增值服務(wù)。

利用智能感知技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)水處理廠的動(dòng)力、環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安防等實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用動(dòng)態(tài)畫面，形象、準(zhǔn)確地展示在控制系統(tǒng)中，并依托系統(tǒng)服務(wù)器，采用分布式體系架構(gòu)、系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳至控制中心，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化運(yùn)維管理，保障系統(tǒng)無運(yùn)維盲點(diǎn)。同時(shí)，一旦出現(xiàn)故障或設(shè)備有安全預(yù)警點(diǎn)，及時(shí)通過運(yùn)維流程進(jìn)行派單，控制人員可根據(jù)需要，靈活設(shè)置定向推送，根據(jù)報(bào)警級(jí)別、維護(hù)崗位，以多方式（如短信、語音、聲光等）告知設(shè)備的運(yùn)維人員。

1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

1）與自控系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)控制：系統(tǒng)支持聯(lián)動(dòng)設(shè)置，支持與自控系統(tǒng)相關(guān)的邏輯和算數(shù)自定義表達(dá)，形成各種智能邏輯的控制反饋。

2）電氣MCC與自控系統(tǒng)集中報(bào)警：系統(tǒng)支持通訊故障、設(shè)備配置錯(cuò)誤、采集信號(hào)錯(cuò)誤報(bào)警，支持故障信號(hào)采集、故障信號(hào)辨別、報(bào)警時(shí)間記錄及設(shè)置、同類報(bào)警信號(hào)歸類及分步報(bào)警等，支持故障解除、報(bào)警提示自動(dòng)回復(fù)功能。

3）數(shù)據(jù)歸納、保存及自動(dòng)整理：建立關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，將每次報(bào)警、維修記錄、故障原因分類列表，并形成事故處理索引，在同類故障發(fā)生時(shí)，自動(dòng)生成處理提示，供維修人員參考。

4）設(shè)備資產(chǎn)管理：建立設(shè)備分檔、分類管理，包含各主要控制設(shè)備檔案（如入庫時(shí)間、安裝時(shí)間、安裝地點(diǎn)、維護(hù)周期、維護(hù)記錄、故障記錄、運(yùn)行時(shí)間等），資產(chǎn)管理檔案可自動(dòng)生成列表，可導(dǎo)出、推送和打印。

5）與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)：設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)連接對(duì)應(yīng)區(qū)域的視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行畫面錄制，并回溯前10 min的畫面及保存后10 min的畫面，匯總成事故現(xiàn)場(chǎng)畫面并推送到相應(yīng)的報(bào)警應(yīng)用程序，供事故分析所用。

6）快速查詢：支持復(fù)雜條件組態(tài)查詢，數(shù)據(jù)查詢速度不受存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量大小或系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間影響，可對(duì)歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、系統(tǒng)日志、資產(chǎn)管理等信息進(jìn)行查詢和統(tǒng)計(jì)，可按分鐘、小時(shí)、天、月、年統(tǒng)計(jì)功能，支持導(dǎo)出EXCEL且直接打印功能，支持曲線、柱狀、餅狀等多種表現(xiàn)形式。

2 系統(tǒng)方案構(gòu)架

電氣安全監(jiān)測(cè)及設(shè)備管理系統(tǒng)包括：MCC動(dòng)力配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)I/O模塊保護(hù)系統(tǒng)、儀表檢測(cè)設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備保護(hù)及聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)與推送系統(tǒng)、事故仿真回放、運(yùn)維管理、事故分析等，各部分功能及配置如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖Fig.1 System framework

2.1 MCC配電系統(tǒng)

1）MCC主進(jìn)線和重要回路饋線，安裝智能檢測(cè)儀表，實(shí)時(shí)采集電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)、功率因數(shù)、諧波等信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)電源質(zhì)量，并形成完整記錄。

2）應(yīng)安裝電纜感溫、柜內(nèi)感煙措施。

3）應(yīng)安裝SPD、環(huán)境溫度保護(hù)，對(duì)于SPD計(jì)數(shù)、損壞狀態(tài)等應(yīng)完整記錄。

4）MCC系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備控制檢測(cè)信號(hào)的收集、歸納。

2.2 PLC系統(tǒng)配電

PLC進(jìn)線采用智能型UPS配電柜，智能電源安全系統(tǒng)包括以下供配電模塊系統(tǒng)：

1）精密柜體。

2）配電模塊、UPS模塊、電池模塊。支持過載告警及處理，維修旁路，支持LCD顯示電池容量，市電模式、電池模式、旁路模式，故障指示燈。

3）配置安全M。支持濾波處理，支持監(jiān)測(cè)告警、故障告警、零地電壓告警（可選）及1～5路浪涌故障告警，支持獨(dú)立監(jiān)控、集中監(jiān)控方式。

4）配置中控設(shè)備監(jiān)控模塊，并將數(shù)據(jù)上傳。

2.3 PLC系統(tǒng)I/O模塊的保護(hù)

PLC柜的選用應(yīng)有一定的電磁屏蔽保護(hù)措施，I/O板應(yīng)進(jìn)行以下保護(hù)：

1）I/O輸出模塊應(yīng)加裝隔離輸出繼電器，以無源觸點(diǎn)方式連接電氣控制回路。

2）I/O輸入模塊應(yīng)加裝光電隔離措施。

3）室外信號(hào)輸入應(yīng)安裝SPD保護(hù)，采集SPD損壞狀態(tài)。

2.4 儀表檢測(cè)設(shè)備的保護(hù)

儀表檢測(cè)設(shè)備應(yīng)進(jìn)行以下保護(hù)：

1）儀表電源應(yīng)安裝SPD防護(hù)。

2）儀表4 mA～20 mA信號(hào)輸出應(yīng)安裝SPD防護(hù)。

3）儀表應(yīng)可靠接地保護(hù)。

2.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的保護(hù)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)進(jìn)行以下保護(hù)：

1）視頻攝像機(jī)電源應(yīng)安裝SPD防護(hù)。

2）視頻攝像機(jī)信號(hào)輸出應(yīng)安裝SPD防護(hù)。

3）視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)可靠接地保護(hù)。

4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安裝應(yīng)能觀察到車間各主要設(shè)備的運(yùn)行情況。

2.6 控制系統(tǒng)設(shè)備檔案

1）用電設(shè)備（水泵、鼓風(fēng)機(jī)等）電流、電壓、功率等歷史數(shù)據(jù)收集。

2）建立用電設(shè)備采購時(shí)間、安裝時(shí)間、安裝地點(diǎn)、維護(hù)時(shí)間次數(shù)、故障等運(yùn)維檔案。

3）系統(tǒng)自動(dòng)完成設(shè)備歸類、故障歸類并形成表格。

2.7 控制系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)與推送

設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)與控制中心控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，作為系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制的保障和參考，保障控制系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，提高效率，減小設(shè)備折損率。

根據(jù)設(shè)備管理方式、報(bào)警級(jí)別等，實(shí)現(xiàn)故障層級(jí)推送，所有故障在控制系統(tǒng)操作員畫面顯示。一般設(shè)備故障通過手機(jī)APP進(jìn)行多形式（短信、語音等）推送至運(yùn)維人員；重大故障通過手機(jī)APP進(jìn)行多形式（短信、語音等）推送至運(yùn)維人員及相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)、公司領(lǐng)導(dǎo)等。

在故障推送過程中，根據(jù)建立的各種檔案信息（如事故級(jí)別、故障維護(hù)方案建議等），同時(shí)推送至運(yùn)維人員，以降低維修時(shí)間。

3 結(jié)語

隨著水處理廠智能化程度逐步提高，如何保證水處理設(shè)備的高效、安全運(yùn)行，顯得尤為重要。相應(yīng)地，根據(jù)不同建設(shè)單位對(duì)電氣控制和設(shè)備防護(hù)、聯(lián)動(dòng)保護(hù)的要求，建立相關(guān)設(shè)備管理系統(tǒng)將是日后的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。電氣安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將動(dòng)力系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、UPS、PLC、現(xiàn)場(chǎng)主要控制設(shè)備、門禁、視頻等報(bào)警、管理集成到統(tǒng)一管理平臺(tái)，呈現(xiàn)了遠(yuǎn)程可視化管理功能，達(dá)到了提高水處理廠的工作效率，降低維護(hù)成本，確保出水水質(zhì)的宗旨與目的。相信系統(tǒng)會(huì)隨著工程的積累而繼續(xù)完善，并與SCADA系統(tǒng)完美融合，該控制系統(tǒng)能夠進(jìn)一步降低水廠能源消耗及運(yùn)行成本，保障水處理效果達(dá)到最佳。