水廠的設(shè)備可自己“說話”

楊志杰

賈建明是上海青草沙原水廠的廠長，在他的記憶中，水行業(yè)里因機電設(shè)備故障而造成城市斷水的事故時有發(fā)生。他還記得，上海水行業(yè)近期較為嚴重的一次事故，發(fā)生在2008年5月，當時，上海北區(qū)一家110KV區(qū)域變電站出現(xiàn)設(shè)備故障，隨即導(dǎo)致上海寶山城區(qū)大面積停水。

水行業(yè)的主要生產(chǎn)過程：對水的調(diào)度和輸送，都需要電機帶動機泵完成。可以說，在水行業(yè)，所有水廠的核心設(shè)備都是機電設(shè)備。這些機電設(shè)備線路連接點多，動力電纜運行時間長，負載高，易發(fā)熱。傳統(tǒng)故障監(jiān)測手段有限，較難及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的溫度超限點。持續(xù)高溫運行，往往會引起線路或電纜接頭燃燒，造成設(shè)備損壞。水行業(yè)很多斷水事故，都是這樣發(fā)生的。

確保機電設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，保質(zhì)保量不間斷對外供水，是所有水廠的共同責任。對于每日向上海市供水超500萬噸，保障上海1100多萬人用水的上海青草沙原水廠來說，更是如此。作為上海自來水行業(yè)的核心供水樞紐，該廠有著亞洲最大的供水泵站，機電設(shè)備種類齊全，等級高，造價貴。

2011年，賈建明上任伊始，設(shè)備運行狀況成為他要面對的首要課題。如何確保設(shè)備健康運行，避免斷水事故發(fā)生呢？不久，他把關(guān)注的目光集中在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上。

遇見物聯(lián)網(wǎng)

最初，賈建明的想法是，在青草沙原水廠建立一個“安全生產(chǎn)全面可視化管理系統(tǒng)”，其中設(shè)備健康狀況評估系統(tǒng)是核心部分?！跋袢艘粯樱ㄆ隗w檢，發(fā)現(xiàn)了問題，對癥就醫(yī)。設(shè)備也是這個道理，對其7×24小時連續(xù)監(jiān)測，對監(jiān)測到的信息做綜合評估，就可以完全掌控運行狀況，做出提前預(yù)警和維護。”

隨后，“物聯(lián)網(wǎng)”概念出現(xiàn)在他的面前。

實際上，具有“實時感知監(jiān)測信息，自組織網(wǎng)絡(luò)傳輸，信息后臺智能處理”等特點的物聯(lián)網(wǎng)，已在國內(nèi)熱炒了兩三年，但其在各行業(yè)中的應(yīng)用遠未成規(guī)模，在水行業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用更是絕無僅有。

通過分析，賈建明認定，物聯(lián)網(wǎng)可以解決他心中的難題，于是他決定做第一個吃螃蟹的人。

接下來的任務(wù)是找一家技術(shù)實力雄厚的合作伙伴。賈建明先后聯(lián)系了北京、山東、江蘇等地的多家物聯(lián)網(wǎng)公司，最終把合作對象鎖定在無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院。當時，后者參與施工建設(shè)的國家電網(wǎng)首座220千伏智能變電站給他留下深刻印象。作為國家級研究院，無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院提供的技術(shù)方案，不僅能滿足水廠現(xiàn)有要求，在生產(chǎn)管理的其他方面也大有潛力可挖。

作為物聯(lián)網(wǎng)在水行業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的首次應(yīng)用，青草沙原水廠的物聯(lián)網(wǎng)試驗在業(yè)界也引起廣泛關(guān)注，傳感網(wǎng)國家標準工作組副秘書長邢濤認為，“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水廠中的應(yīng)用，體現(xiàn)了智慧型供水的理念，就是通過更加透徹的感知、更加廣泛的聯(lián)接、更加集中和更加有深度的計算，全面動態(tài)地反映設(shè)備和企業(yè)運行的狀況，為科學(xué)決策提供可靠依據(jù)?！?/p>

磨合

由于無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院是事業(yè)單位，無法作為實際商業(yè)運作對象實施該項目，江蘇帕瓦電力技術(shù)作為該院的全資子公司承擔了這一項目的落地。該公司入駐青草沙原水廠調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該廠存在著“設(shè)備運行隱患點多，管理幅度大，但深度淺；管理手段簡單，效率低；應(yīng)對生產(chǎn)突發(fā)事件能力不強”等問題。賈建明對這一診斷非常認可。

雙方經(jīng)過多次探討、調(diào)整和分析，項目組確立了初步實施方案：即在各種需要監(jiān)測的設(shè)備相關(guān)部位全面安放多種無線（有線）傳感器；將傳感器的傳感數(shù)據(jù)和信息通過覆蓋全廠的無線通信基站傳回控制中心，各數(shù)據(jù)實時展現(xiàn)在設(shè)備監(jiān)控平臺上；設(shè)備監(jiān)控平臺則包含“監(jiān)測數(shù)據(jù)展示、告警提示與控制、系統(tǒng)安全維護”三大功能。

就像所有IT工程的上線都會有艱難的磨合一樣。在一期工程推進完成后，青草沙原水廠母公司上海原水股份有限公司的一位高管，提出了自己對物聯(lián)網(wǎng)的幾個疑慮：傳感器安裝之后，會否與原有機電設(shè)備相沖突，會否影響原有機電設(shè)備的正常運行？將來傳感器監(jiān)測到原有設(shè)備出現(xiàn)了運行狀況，原有設(shè)備廠商是否認可，是否愿意提供維修？傳感器對機電設(shè)備的監(jiān)控力度是怎樣的，是設(shè)備狀況出現(xiàn)了一點點變動就會頻繁報警，還是不那么“敏感”？（這兩種情況都是不能接受的。）

針對這一疑慮，雙方重新明確了整個物聯(lián)網(wǎng)工程的實施原則：“安全第一、可靠性優(yōu)先、標準化和開放性?！?/p>

“安全第一”和“開放性”不難理解，按照帕瓦電力項目負責人張斌的描述，所謂可靠性，即物聯(lián)網(wǎng)作為一種先導(dǎo)性技術(shù)，任何未經(jīng)充分測試的技術(shù)和產(chǎn)品絕不投入運行，這也就避免了可能會出現(xiàn)的設(shè)備沖突問題；而標準化更為關(guān)鍵，就是物聯(lián)網(wǎng)工程的實施，必須遵循相關(guān)行業(yè)標準、電磁兼容性標準等，設(shè)備監(jiān)測狀況的報警和提示維修，也要按照相關(guān)行業(yè)標準運行，這就解決了上述高管的第二和第三個疑慮。

全面掌控

與人們想象中的水廠不同，現(xiàn)在的上海青草沙原水廠的機房內(nèi)，空氣干燥，運行人員大量減少，機電設(shè)備運行的聲音低沉而有力。由于物聯(lián)網(wǎng)工程的實施，這些機房的墻面上大都裝上了白色的圓柱型無線基站——無線基站可以將機電設(shè)備內(nèi)安裝的傳感器感知到的信息，實時收集，并傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)。

對機電設(shè)備溫度的掌控，成為青草沙原水廠物聯(lián)網(wǎng)工程上線的最初切入口。

傳統(tǒng)手段監(jiān)測設(shè)備溫度，或通過紅外測溫，或通過定期停電人工監(jiān)測。這存在幾個弊病，一是高壓機電設(shè)備的開關(guān)柜是封閉的，正常狀況下監(jiān)測內(nèi)部溫度，首先要打開機柜，打開機柜必須停電，停電則關(guān)系到自來水的輸送；二是傳統(tǒng)監(jiān)測不是實時的，監(jiān)測周期較長，無法做到對設(shè)備運行的狀況的實時掌控。

與之相反的是，無線溫度傳感器可直接安裝在設(shè)備可能的發(fā)熱處，實現(xiàn)設(shè)備運行溫度和相間溫差等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測。

所謂相間溫差，即一個設(shè)備的幾個接頭都需要測試溫度，那么這些溫度數(shù)據(jù)之間存在著某種數(shù)據(jù)關(guān)系，一旦這個關(guān)系不穩(wěn)定了，設(shè)備就有可能出現(xiàn)故障。

此外，其他一些問題也會給設(shè)備的正常運行帶來挑戰(zhàn)。例如，水廠的高低壓開關(guān)柜等設(shè)備易受到潮氣銹蝕，從而引起設(shè)備絕緣擊穿、相間短路、設(shè)備誤動和拒動；變電站的控制柜、開關(guān)柜等柜門，在相關(guān)操作完畢后可能出現(xiàn)沒有關(guān)閉或非法打開等問題。

為此，青草沙原水廠在對溫度實現(xiàn)了掌控外，還對設(shè)備運行環(huán)境的濕度、局部放電、水浸、門磁等其他大量數(shù)據(jù)實現(xiàn)了實時監(jiān)控和智能分析。

賈建明說，在保障設(shè)備安全運行，保障上海城市供水安全的同時，水廠也獲得了間接的經(jīng)濟效益。一方面，進口設(shè)備十分昂貴，維護成本高，損壞后損失巨大。目前，設(shè)備折舊和運營成本，已占到了水廠經(jīng)營總成本的2/3左右。物聯(lián)網(wǎng)工程監(jiān)控設(shè)備的運行狀況，無形中延長了設(shè)備的壽命，減少了折舊成本。

“此外，過去備件的成本非常高，好多都是進口設(shè)備，水廠盲目備件，備件資金達到數(shù)百萬元?！辟Z建明說，掌控了設(shè)備的運行信息，相應(yīng)的備件庫存就會減少。

在賈建明看來，物聯(lián)網(wǎng)的效益是綜合的，是方方面面的。雖然目前還沒有辦法估算，但保守的估計一年節(jié)省成本在百萬元以上。

如今，物聯(lián)網(wǎng)為賈建明打開了一扇想象的大門，他發(fā)現(xiàn)，除了設(shè)備運行外，物聯(lián)網(wǎng)在水廠其他生產(chǎn)和運營流程中的應(yīng)用都是觸類旁通的。

例如，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)供水的“保質(zhì)”。水處理的過程，需要用到一些強酸堿威脅化學(xué)試劑。此前對這些試劑的使用，主要依靠運行人員掌控，做到雙人雙鎖、賬卡物三相符，這都屬于事后監(jiān)管，較難及時發(fā)現(xiàn)使用和管理中的漏洞，存在安全隱患。物聯(lián)網(wǎng)為水廠提供了技術(shù)手段，通過傳感器布置，可實現(xiàn)對這些試劑定位、定量、定人管理，如果出現(xiàn)異狀就會實時報警。

安全用水除了物資安全外，還包括生產(chǎn)安全和環(huán)境安全。在賈建明的構(gòu)思中，設(shè)備、人員、車輛、物資、消防、安防、井室、管路、閥門等關(guān)系水廠生產(chǎn)運營的所有環(huán)節(jié)，在未來兩到三年內(nèi)，都應(yīng)當建立物聯(lián)網(wǎng)感知和信息處理系統(tǒng)，而上述各環(huán)節(jié)的系統(tǒng)要相互關(guān)聯(lián)和通信，并與管理決策系統(tǒng)實現(xiàn)整合，最終由技術(shù)變革實現(xiàn)整個水廠的管理革新。