水厂的设备可自己“说话”

杨志杰

贾建明是上海青草沙原水厂的厂长，在他的记忆中，水行业里因机电设备故障而造成城市断水的事故时有发生。他还记得，上海水行业近期较为严重的一次事故，发生在2008年5月，当时，上海北区一家110KV区域变电站出现设备故障，随即导致上海宝山城区大面积停水。

水行业的主要生产过程：对水的调度和输送，都需要电机带动机泵完成。可以说，在水行业，所有水厂的核心设备都是机电设备。这些机电设备线路连接点多，动力电缆运行时间长，负载高，易发热。传统故障监测手段有限，较难及时发现设备中的温度超限点。持续高温运行，往往会引起线路或电缆接头燃烧，造成设备损坏。水行业很多断水事故，都是这样发生的。

确保机电设备正常运转，保质保量不间断对外供水，是所有水厂的共同责任。对于每日向上海市供水超500万吨，保障上海1100多万人用水的上海青草沙原水厂来说，更是如此。作为上海自来水行业的核心供水枢纽，该厂有着亚洲最大的供水泵站，机电设备种类齐全，等级高，造价贵。

2011年，贾建明上任伊始，设备运行状况成为他要面对的首要课题。如何确保设备健康运行，避免断水事故发生呢？不久，他把关注的目光集中在物联网技术上。

遇见物联网

最初，贾建明的想法是，在青草沙原水厂建立一个“安全生产全面可视化管理系统”，其中设备健康状况评估系统是核心部分。“像人一样，定期体检，发现了问题，对症就医。设备也是这个道理，对其7×24小时连续监测，对监测到的信息做综合评估，就可以完全掌控运行状况，做出提前预警和维护。”

随后，“物联网”概念出现在他的面前。

实际上，具有“实时感知监测信息，自组织网络传输，信息后台智能处理”等特点的物联网，已在国内热炒了两三年，但其在各行业中的应用远未成规模，在水行业生产过程中的应用更是绝无仅有。

通过分析，贾建明认定，物联网可以解决他心中的难题，于是他决定做第一个吃螃蟹的人。

接下来的任务是找一家技术实力雄厚的合作伙伴。贾建明先后联系了北京、山东、江苏等地的多家物联网公司，最终把合作对象锁定在无锡物联网产业研究院。当时，后者参与施工建设的国家电网首座220千伏智能变电站给他留下深刻印象。作为国家级研究院，无锡物联网产业研究院提供的技术方案，不仅能满足水厂现有要求，在生产管理的其他方面也大有潜力可挖。

作为物联网在水行业生产环节的首次应用，青草沙原水厂的物联网试验在业界也引起广泛关注，传感网国家标准工作组副秘书长邢涛认为，“物联网技术在水厂中的应用，体现了智慧型供水的理念，就是通过更加透彻的感知、更加广泛的联接、更加集中和更加有深度的计算，全面动态地反映设备和企业运行的状况，为科学决策提供可靠依据。”

磨合

由于无锡物联网产业研究院是事业单位，无法作为实际商业运作对象实施该项目，江苏帕瓦电力技术作为该院的全资子公司承担了这一项目的落地。该公司入驻青草沙原水厂调研发现，该厂存在着“设备运行隐患点多，管理幅度大，但深度浅；管理手段简单，效率低；应对生产突发事件能力不强”等问题。贾建明对这一诊断非常认可。

双方经过多次探讨、调整和分析，项目组确立了初步实施方案：即在各种需要监测的设备相关部位全面安放多种无线（有线）传感器；将传感器的传感数据和信息通过覆盖全厂的无线通信基站传回控制中心，各数据实时展现在设备监控平台上；设备监控平台则包含“监测数据展示、告警提示与控制、系统安全维护”三大功能。

就像所有IT工程的上线都会有艰难的磨合一样。在一期工程推进完成后，青草沙原水厂母公司上海原水股份有限公司的一位高管，提出了自己对物联网的几个疑虑：传感器安装之后，会否与原有机电设备相冲突，会否影响原有机电设备的正常运行？将来传感器监测到原有设备出现了运行状况，原有设备厂商是否认可，是否愿意提供维修？传感器对机电设备的监控力度是怎样的，是设备状况出现了一点点变动就会频繁报警，还是不那么“敏感”？（这两种情况都是不能接受的。）

针对这一疑虑，双方重新明确了整个物联网工程的实施原则：“安全第一、可靠性优先、标准化和开放性。”

“安全第一”和“开放性”不难理解，按照帕瓦电力项目负责人张斌的描述，所谓可靠性，即物联网作为一种先导性技术，任何未经充分测试的技术和产品绝不投入运行，这也就避免了可能会出现的设备冲突问题；而标准化更为关键，就是物联网工程的实施，必须遵循相关行业标准、电磁兼容性标准等，设备监测状况的报警和提示维修，也要按照相关行业标准运行，这就解决了上述高管的第二和第三个疑虑。

全面掌控

与人们想象中的水厂不同，现在的上海青草沙原水厂的机房内，空气干燥，运行人员大量减少，机电设备运行的声音低沉而有力。由于物联网工程的实施，这些机房的墙面上大都装上了白色的圆柱型无线基站——无线基站可以将机电设备内安装的传感器感知到的信息，实时收集，并传输到后台系统。

对机电设备温度的掌控，成为青草沙原水厂物联网工程上线的最初切入口。

传统手段监测设备温度，或通过红外测温，或通过定期停电人工监测。这存在几个弊病，一是高压机电设备的开关柜是封闭的，正常状况下监测内部温度，首先要打开机柜，打开机柜必须停电，停电则关系到自来水的输送；二是传统监测不是实时的，监测周期较长，无法做到对设备运行的状况的实时掌控。

与之相反的是，无线温度传感器可直接安装在设备可能的发热处，实现设备运行温度和相间温差等数据的采集和监测。

所谓相间温差，即一个设备的几个接头都需要测试温度，那么这些温度数据之间存在着某种数据关系，一旦这个关系不稳定了，设备就有可能出现故障。

此外，其他一些问题也会给设备的正常运行带来挑战。例如，水厂的高低压开关柜等设备易受到潮气锈蚀，从而引起设备绝缘击穿、相间短路、设备误动和拒动；变电站的控制柜、开关柜等柜门，在相关操作完毕后可能出现没有关闭或非法打开等问题。

为此，青草沙原水厂在对温度实现了掌控外，还对设备运行环境的湿度、局部放电、水浸、门磁等其他大量数据实现了实时监控和智能分析。

贾建明说，在保障设备安全运行，保障上海城市供水安全的同时，水厂也获得了间接的经济效益。一方面，进口设备十分昂贵，维护成本高，损坏后损失巨大。目前，设备折旧和运营成本，已占到了水厂经营总成本的2/3左右。物联网工程监控设备的运行状况，无形中延长了设备的寿命，减少了折旧成本。

“此外，过去备件的成本非常高，好多都是进口设备，水厂盲目备件，备件资金达到数百万元。”贾建明说，掌控了设备的运行信息，相应的备件库存就会减少。

在贾建明看来，物联网的效益是综合的，是方方面面的。虽然目前还没有办法估算，但保守的估计一年节省成本在百万元以上。

如今，物联网为贾建明打开了一扇想象的大门，他发现，除了设备运行外，物联网在水厂其他生产和运营流程中的应用都是触类旁通的。

例如，利用物联网技术实现供水的“保质”。水处理的过程，需要用到一些强酸碱威胁化学试剂。此前对这些试剂的使用，主要依靠运行人员掌控，做到双人双锁、账卡物三相符，这都属于事后监管，较难及时发现使用和管理中的漏洞，存在安全隐患。物联网为水厂提供了技术手段，通过传感器布置，可实现对这些试剂定位、定量、定人管理，如果出现异状就会实时报警。

安全用水除了物资安全外，还包括生产安全和环境安全。在贾建明的构思中，设备、人员、车辆、物资、消防、安防、井室、管路、阀门等关系水厂生产运营的所有环节，在未来两到三年内，都应当建立物联网感知和信息处理系统，而上述各环节的系统要相互关联和通信，并与管理决策系统实现整合，最终由技术变革实现整个水厂的管理革新。