大型原水泵站少人值守可行性的研究
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【摘 要】对于大型原水泵站的生产运行以人为主，人员的行为及处理方法均会对生产运行产生影响，少人值守以智能化管理为依托，改变传统的“人管机器”的思路，通过智能化的全面部署，实现“机器管机器”、“机器管人”的管理局面。
【关键词】自动化;智能化;少人值守;无人值守;
中图分类号：TP319 文献标识码：A
1引言
五号沟泵站，日供水规模708万立方米，规模为亚洲第一，拥有亚洲首屈一指的生产设施设备，24台大型立式混流机泵，单机容量为4800KW、2400KW、1900KW，分别采用美国AB、德国Siemens变频调速和以色列SOLCON软起动技术，负责向严桥、金海、凌桥三条支线的下游13家自来水厂输送青草沙水源地原水。在遇到故障发生时，以人工判断、处理为主，不能准确、实时的保障生产运行，甚至因为误判断、操作造成二次故障。泵站管理人员就根据生产实际情况编制各项应急预案，并不断补充，目前已形成一套比较完备应急预案汇编，对所有发生的故障和故障处理方式都有较完整的记录，泵站目前拥有SCADA系统、设备健康管理系统、配电管理系统，但系统之间各自独立。
大型原水泵站故障模式主要包含三类：电气设备导致的故障模式、机械设备导致的故障模式、和自动化设备导致的故障模式，全面深入的分析五号沟泵站的故障模式，进行系统的分析研究，并制定相应的智能化应对策略。使用计算机技术创建原水泵站故障模式下的应对策略预案库，一方面提供已发生故障及处理方式检索，实现故障统计、新员工自我学习的目的;另一方面结合自控系统采集到的大量数据，由计算机来代替人进行智能化故障诊断，判断出系统故障原因，并结合实际工况和应急预案，给出应急操作的最优方案，实现应急预案的智能化指引.
SCADA系统：采用PLC技术、通讯、计算机技术实现的具备监控功能的系统总称。
设备健康管理系统：采用传感器、计算机技术对大型设备运转时的状态进行实时监测、分析的系统。
2大型原水泵站管理模式的重要性与特点分析
2.1管理模式的重要性
结合五号沟泵站系统的与五号沟设备健康管理系统进行调研分析，确认系统需要实现的功能与难点，本系统首先应与泵站本地子系统数据进行对接，获取泵站本地的运行信息，运行状态，开关泵时间，流量压力信息等，之后与故障信息库进行对接，获取机泵增和评价数据表、机泵点检记录表、振动数据表，同时也要获取变频器故障信息，并单独创建采集系统，开发与变频器对接的驱动，针对故障进行相应分析处理;
利用先进的自动化技术和物联网技术，将五号沟泵站故障模式下的应对策略编写成计算机程序，在发生故障时由该程序提供智能向导。
（1）通过采集到的大量数据，由计算机来代替人进行智能化故障诊断，判断出系统故障原因，并结合实际工况和应急预案，给出应急操作的最优方案，实现应急预案的智能化指引;
（2）计算机通过采集到的数据，与故障前的状态进行分析比对，由智能化策略系统发出操控指引，恢复到故障发生前的稳定状态;
（3）故障处理完成后，计算机根据分析出的故障原因、故障影響设备统计、恢复设备统计，提交出故障处置报告，并通知相关管理人员。
本系统采用C/S体系结构，通过采集电气数据、机械化数据、自动化数据及辅助系统数据，通过类比的方式进行实时判断。发生故障时，对当前所有系统进行判断、比对，选择最适合的应对策略进行系统运行引导，在最短时间内恢复故障造成的影响。
（1）实现实时动态演示功能，用精美的3D图画展示现场系统的运行情况，并精确到单个设备的运行状态
（2）实现故障告警功能，若现场水泵、变频器、PLC等设备发生故障时，本系统应立即作出反应，发出语音报警提示，并在画面明显位置突出显示报警信息
（3）实现应急控制流程，当发生跳泵故障时，系统自动分析排查，进行处理，完成升速、开泵、降速操作。
（4）实现信息统计功能，搜集每次故障发生的时间，故障类型，当班操作员信息，存入数据库
（5）实现网络安全管理功能，分级用户，可查询不同故障的内容;
2.2特点分析
（1）系统管理功能
此系统应具有完善的安全管理级别，并可动态增加用户，修改用户密码。
（2）语音告警功能
泵站人员需要24小时不间断值班，需求语音报警功能可在故障发生时立即提醒工作人员。
（3）应急处理功能
实现自动化泵站，不需要人工干涉，靠计算机处理故障。
（4）报警查询功能
实现对历史记录的查询功能，分析数据时及时调取数据并保存打印成纸质资料;
3大型原水泵站少人值守的研究路线
大型原水泵站的输水现状对运行管理模式提出了更高的要求，少人值守的新型管理模式，标志着大型原水泵站值班方式的全面革新，该管理理念不仅可以提升自动化水平，又可以增强相关人员的管理能力和专业技能。因此少人值守的管理模式，是当下大型原水泵站最为基础的保障方式，只有实现管理系统的自动化和标准化运行目标，才能保证大型原水泵站生产的安全性和效益性。
要实现大型原水泵站的少人值守管理，必须分析现有的管理模式，研究实现少人值守的关键技术路线，逐步提升现有的管理模式，直至全面进入少人值守管理。大型原水泵站的管理主要分为设备管理、人员技术及培训管理、应急管理等几个方面。
设备管理是大型原水泵站管理的主要研究方向，通过对机械设备、电气设备、网络设备、自动化设备的数据监控，实现在控制室一地全面掌控大型原水泵站的运行全局。因此要实现少人值守的管理模式首要统一全厂的自动化监控平台，将所有的监控数据以统一的模式接入控制室的监控平台。其次要完善大型原水泵站全厂监控的数据，接入生产运行电气数据、四遥电力数据、电力运行数据、备用电力监测数据、设备振动监测数据、设备运行温度监测数据、机械故障监测数据、网络设备监测数据及SCADA监测数据等，监控数据的完善可以减少现场轮值人员的数量、提升监控的效率、提高监控的水平。同时通过设备视频监控的布设，对现场设备实现无人化或者少人化的监控管理，将更多的管理集中在控制室一地。最后提升自动化监控平台的关键技术，通过监控数据与实际监控的视频自动比对、联动、大数据存储分析等方式，实现少人值守管理的最终目标。 人员是实现大型原水泵站的少人值守管理可行性的关键因素，人员的技术及管理水平直接影响全厂的管理效率，首先通过全厂一卡通系统的监测，减少非技术人员对现场生产运行的干扰;其次通过考勤系统及生产管理系统的监测，规范生产运行管理;最后通过全厂智能化培训系统提升生产管理水平。
应急管理是大型原水泵站的少人值守管理的最后一道防线，随着管理人员的减少及集中，如果出现故障或者突变事件，全厂生产面临极大风险，建立具有学习型的智能化应急管理，在发生问题前，提出针对性预测，在发生问题时及时智能化应对，减少处理时间，避免风险带来的损失。
少人值守就是全厂智能化管理实现的具体表现，通过监测手段的统一及提升，多接口、多系统的监测接入，直至最后的智能应对防护，实现少人值守在大型原水泵站的应用。
4现有管理模式存在的问题
青草沙原水厂生产现场设备众多，自动化程度相对较高，设备设施大型且分散，点多面广，目前每班由1名班组长、3名组员组成。然而，除了在应对诸如外来电网波动或设备故障等突发性事件所引发的停机断水事故时，需要较多的生产运行岗位员工立即响应、快速赶赴现场处置。然而，现有的管理模式存在着一系列的问题导致应急处置可能出现纰漏。
4.1生产运行工作时长且任务单一，容易造成疲惫。
青草沙原水厂目前实行的是五班三运转，每班时间为12小时，工作内容中，除去应急处理突发事件之外，仅为简单重复的诸如水泵开庭、变频器调速等非体力劳动，久而久之容易造成注意力不集中的后果。但当正常的工作时间恢复到朝7晚5时，他们的生活却总是出现偏差，翻班也就意味着逆着生物钟而生活。这样的工作结果会导致人体紧张、出现生理疾病和发生精疲力竭的情况。长期的精神疲惫对于至关重要的应急处理会带来极大的影响，一旦发生紧急时候的时候，正好处于人最疲惫的夜晚，运行人员处置不及时，容易造成较大的事故。
4.2 生产运行人员水平参差不齐，应急处理能力大相径庭。
青草沙原水厂的运行人员队伍比较年轻，普遍为80—90后独生子女，都受过高等文化的教育。然而大多数人员所学专业与所从事的工作严重不对口，学习能力也存在着较大的差异。能力出众的运行人员转岗至其他岗位的现象也屡见不鲜，久而久之，每个班组除班组长以外的3名组员都普遍不具有独当一面的个人能力，这对于尤其依赖应急处置能力的生产一线来说面临着巨大的考验。
4.3 传统应急预案大多纸上谈兵，缺乏正真有用之处。
青草沙原水厂为了方便运行人员能够快速、有序、高效地处理突发事故，最大限度地减少事故的损失，恢复正常的供水，特地制定了一套比较完备应急预案汇编，汇编包含了大多数发生过的事故。目前传统的应急预案的编写都是建立在已经发生的事故上进行应急处理，处理步骤往往是按部就班的进行，运行人员在进行预案演练时也是机械师的一步一步的按顺序完成。然而，真正的事故中存在着诸多意想不到的因素，应急预案不可能面面俱到全都涵盖，运行人员即使把应急预案倒背如流了，也会碰到许多困难。因此，传统的应急预案已经完全跟不上时代进步、设备更替的步伐了。
5基于智能化应用的少人值守模式的创新和分析
本系统的开发与五号沟现有系统实时对接，投入运行后目标为降低故障发生后的处理时间，提高容错率，保障运行，因此对于故障的扑捉、解析、判断及应急预案的调取。
5.1少人值守模式的技术基础
故障的采集是保证本系统运行的基础，需采集机组、仪表、SCADA、设备健康管理、供配电信息、辅助系统等的所有数据，并进行梳理，每个系统的数据采集模式、频率、格式均有较大差异，采集的数据进行汇总并统一录入KINGSCADA系统。
5.2少人值守模式带来的改变
当发生故障信号或者应急预案激活条件时，需根据实时数据的判断，进行应急预案的调取，本系统与SCADA系统联动，所有的应急控制指令会下发到现场控制层。
存在多个故障模式相近，后续控制差异的情况，因此故障判断需准确无误，本系统采用多数据联合判断机制，会对每个关键数据采用多个关联数据的联合判断方式，避免数据突变或者误报带来的误操作。
6结语
本系统经历调研、设计、开发、调试的阶段，已顺利在五号沟泵站投入运行。实现了故障模式下的应对策略制定，及初步智能化应用。
本系统将故障发生后的解决处理时间压缩到秒级单位，同时避免了人工误操作带来的二次故障，最大限度的解決了故障对大型原水泵站生产运行的影响。
本系统使用简洁的与原有SCADA系统统一的展示模式，将复杂的故障判断以简单易懂的方式展现，使操作人员对于故障的判断一目了然，同时应急操作以可视化的方式进行了实时监测，方便操作人员对故障处理过程进行全盘掌控。
本系统对于整体的全面监控，并提供过往处理的回溯、查询，使每一个处理的执行有据可循。
参考文献：
[1]焦澎 沈辉 500KV变电站无人值守运维管理问题及解决策略分析[J].中国科技博览，2017（21）
[2]张垚 500KV变电站实行无人值守运行管理模式[J].通讯世界，2014，12（17）：37-38
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