江都水利枢纽设备管理系统的构建思路

2020-12-14袁志波

水利技术监督 2020年6期

袁志波

(江苏省江都水利工程管理处，江苏扬州 225200)

江都水利枢纽是南水北调东线源头工程，由4座大型抽水站、12座大中型水闸及其配套设施组成，具有抽江北送、自流引江、抽排涝水、分泄洪水、余水发电、保障航运、改善生态环境等功能[1]。随着现代信息技术的出现，水利工程泵站智能化的应用促进了水利工程管理工作的现代化，也推动着我国现代化发展进程。

目前，随着工程管理的要求不断提高，如何使工程最大限度地发挥功效，提高工程设备管理的水平，改变设备维护管理大部分依赖人工决策的现状，成为迫切需要解决的问题[2]。要解决以上问题就必须想办法在设备管理上下功夫，只有管理得当，设备可靠性才会提高，才可能最大限度地延长使用寿命，从而降低成本。

本文针对江都水利枢纽工程的特点，以泵站设备管理为例，提出了设备管理智能化系统的构建思路，通过该系统实现对设备从规划、采购、安装、调试、运行、维护、改造直到报废的全生命周期管理[3]。同时，该系统可根据设备监测的数据做细化分析，提前发现设备的潜在故障，并根据故障的严重程度及时提醒管理人员停车维修或继续运行等待下次有维修机会时进行维修，避免因设备故障导致设备的破坏性损坏和人员伤亡，为工程稳定运转保驾护航。

1 管理现状与存在问题

1.1 管理现状

(1)传统的泵站管理起点是从制造加工设备的厂方把设备卖给用户企业开始管理的，即对设备的运行和维护进行管理。

(2)现场运行人员传统的日常点检通常是通过4种方法：望—观表面有无异常来判断设备工作状态，如渗漏、晃动大等；闻—通过观察现场设备有无异常气味，如烧焦气味等；摸—通过用手感知设备的温度和振动等与以往做比较来判断设备工作状态；听—通过观察设备有无异常响声来判断设备运行状态。

1.2 存在问题

(1)设备初期的设计缺陷，生产过程中发生的错误，运输途中的磕碰等信息资料缺失，这些问题都将会影响到设备以后运行的可维护性和可靠性。

(2)传统的日常点检的方法通常发现的设备故障已经到晚期了且需要有经验的工作人员才能做到，局限性大。

(3)传统的检修方式是定期检查更换维修，存在维修不到位和维修过剩的情况，即存在故障需要维修的设备没有检修完全，而不需要维修更换的设备反而进行了维修更换，导致生产成本的增加。

2 设备管理系统构建思路

江都水利枢纽泵站设备管理系统应将分布在不同位置的各种类型设备统一管理起来，这样可以对设备进行安装与验收管理、设备运行管理、设备维修拆换管理、设备状态评估，真正做到对设备的一生进行管理。系统的详细功能如下。

(1)全生命周期管理。可以对设备的一生即从“生”到“死”的过程进行管理，真正做到管理好设备生命周期的每个环节(如设备初期的设计缺陷管理，生产过程中发生的错误管理，运输途中的磕碰等信息资料的管理，安装过程中的数据管理，运行过程中的数据管理，设备的维修拆换管理)，最大限度的发挥设备功效，降低生产成本。

(2)设备状态实时评估。实时监测设备的运行状态，时刻掌握设备的状况，当设备存在异常时，系统会及时发出警报，并提示故障位置、故障类型、严重程度、建议处理措施等，建议管理人员及时处理，对设备进行预防性维修，避免定期维修造成的资源浪费，避免因设备故障造成重大事故的发生和人员伤亡，从而降低生产成本。

3 设备管理系统构建原则

(1)可靠性。系统的可靠性是设备运行状态在线监测系统能否真正发挥作用的前提，在系统的设计、设备选型及工程实施上优先考虑使用可靠性高的成熟产品及方案[4- 6]。

(2)实用性。设计出的软件功能要能准确直观地反映机组的运行状态，机组出现故障时能准确判断出故障位置、故障类型，并给出处理建议。

(3)先进性。软硬件采用模块化、分布式设计；全套系统的构架采用最新的通讯和网络技术，使机组运行状态监测系统具有综合分析和判断能力[7]。

(4)开放性。系统具有良好的兼容性，可以与江都水利枢纽工程IDE、INSQL等系统进行通讯，实现数据共享；采用INTERNET/INTRANET技术构造网络系统，远程登陆方便快捷；具有良好的扩展性，将来可在系统上扩展增加其它功能或与其它系统进行集成。

4 总体设计

4.1 总体架构

总体架构设计遵循《全国水利信息化“十三五”规划》的整体框架，体现“统一数据中心、统一应用平台、统一技术标准”的要求，整体架构先进，清晰，无复杂的底层技术，能实现各类业务需求。系统总体架构如图1所示。系统主要分为2个部分：设备全生命周期管理和设备状态实时评估。其中设备管理包含设备的出厂验收管理、安装验收管理、调试验收管理、运行管理、拆换管理及数据报表等。

4.2 功能设计

4.2.1设备全生命周期管理

设备全生命周期管理智能管理主要由设备出厂验收管理、设备安装验收管理、设备调试验收管理、设备运行管理、设备拆换管理、数据报表6大功能组成。

(1)设备出厂验收管理。对设备机组信息、传感器信息、材质信息、电子使用说明书进行管理，便于以后查找。

图1 系统总体架构

(2)设备安装验收管理。对设备安装时的数据进行存档管理，便于以后查找。

(3)设备调试验收管理。对设备调试验收时的相关材料进行管理，便于以后查找。

(4)设备运行管理。对设备运行后的运行数据、设备运行状态、振摆监测系统自检、点检等进行统一管理。

(5)设备拆换管理。对拆换设备的信息进行统一管理，便于以后查找。

4.2.2设备状态实时评估

设备状态实时评估主要是对泵站机组振动、摆度、转速、轴电流、轴向位移等进行实时监测，测点的数值都实时地显示在画面上，当数据处于正常范围时，数据的背景色显示为绿色，当数值超过推荐的报警门限值时，会显示黄色，当数值超过推荐的危险门限值时，会显示为红色。

设备状态实时评估模块显示机组的运行状态数据。综合运行状态管理，后台根据预警值通过算法进行综合评估。

5 设备管理系统的构建

设备管理系统包括数据采集与交互平台、数据管理平台、应用系统3大部分。

5.1 数据采集与交互平台

为监测水泵机组运行状态，设备管理系统应构建现场通信总线，实现不同技术专业的现地测控单元在系统中的统一监控。各现地测控单元可通过对应通信驱动与平台交互数据、指令，从而在系统上实现现地自动化监测的各类功能，为应用系统提供底层自动化数据采集支撑。

由于机组的状态与机组运行参数息息相关，所以设备管理系统还应该引入机组工况参数，如有功功率、无功功率、叶片角度、励磁电流、电压等。系统可以根据需要以通讯方式或4～20mA方式全面监测机组各部件状态。

5.2 数据管理平台

传统的泵站数据管理方面，往往是人工填写设备数据信息，投入大量的人力、物力资源，而效果却难以令人满意[8]。

本设备管理系统可利用SQL、Oracle等主流数据库软件对数据进行管理，并且可通过WPS实现数据转换。比如统计报表的数据、值班数据、均可打印存档，规范了管理过程。

5.3 应用系统

5.3.1设备管理

(1)设备出厂验收管理。系统可以对机组信息(如设备的功率、转速、轴承型号、机组型号、冷却方式等)、机组性能信息(如机组的模型特性曲线、原型特性曲线等机组性能试验数据)、传感器信息(如加速度传感器、速度传感器等)进行记录并分类管理，当机组发生故障需要查看机组各项数据时，能根据数据分类迅速查找到所需数据，为故障诊断提供方便[9- 12]。

(2)设备安装验收管理。系统可以对机组安装数据进行录入，安装数据录入管理是指对安装过程中的安装数据进行记录管理(如机组对中数据，螺栓扭矩数据，叶片与叶轮外壳间隙数据等)；安装时出现的问题进行记录并记录分析和处理的全过程，用户以后定期查看该记录，总结经验，避免问题再次出现。数据采集录入管理能够实现施工信息共享，避免相同问题的再次发生，从而降低企业管理成本。

(3)设备调试验收管理。在进行机电设备的调试验收时，要严格按照SL317—2015《泵站设备安装及验收规范》等国家、行业标准和规程规范进行，以确保验收技术符合规范要求。系统可将设备调试验收时的相关材料上传为附件，管理和录入设备调试验收记录和材料附件。

(4)设备运行管理。优先运行机组推荐图中对机组累计总运行时长、机组单月运行时长、机组维修时间、机组运行状态评估等进行对比，运行人员可以根据机组运行状态合理选择机组设备进行运行。

(5)设备拆换管理。①泵站设备技术性能改造更新，系统可以记录进行技术性能改造设备的设备号、所处现场位置、设备功能、技术改造部位等。②闲置设备再利用，对于一些因设备改造而被闲置的设备，统一重新收回后开展再使用，杜绝设备的闲置浪费。系统可以记录进行设备再利用的设备号、设备再利用日期、所处现场位置、设备功能等。③设备报废处理，按照相关规定及时进行设备报废与变现，努力削减不良设备资产，降低维护费用，确保生产。系统可以记录进行报废处理设备的设备号、所处现场位置、设备功能、报废处理原因等。

5.3.2设备状态实时评估

机组设备状态实时评估是对整个机组全生命周期的历史状态结合当前运行状态进行的一个评价，根据评价结果显示当前各个机组状态。

根据机组安装验收数据、振动、摆度、温度、维护拆换数据等参数建立设备状态评价模型，对采集的实时数据提取状态特征参数，计算当前的状态特征值，调用相应的状态评价模型，得出机组的状态评估结果。机组状态评估结果分为5类，分别为：很好(绿色)、注意(黄色)、检查(褐色)、故障(红色)、无数据(灰色)[13- 15]。