一種二供系統(tǒng)健康運(yùn)行綜合參數(shù)采集裝置的實(shí)施方案

高明輝　鄒濤　張?jiān)獭№n興連

摘? ?要：城市二供系統(tǒng)的運(yùn)行障礙會(huì)影響供水主管網(wǎng)的穩(wěn)定和安全。本文介紹了基于二供設(shè)施健康運(yùn)行狀態(tài)，構(gòu)建健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)二供設(shè)備的健康度進(jìn)行評(píng)價(jià)，用于指導(dǎo)二供設(shè)備運(yùn)行管理的一種方案。該方案經(jīng)實(shí)際測試，對(duì)二供設(shè)備的健康運(yùn)行起到了指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：二供系統(tǒng);健康度;參數(shù)采集

1? ? 二次供水概述

隨著國家城市建設(shè)的不斷發(fā)展，二次供水日漸成為滿足高層居民用水需求的重要措施，二供系統(tǒng)是城鎮(zhèn)供水的重要組成部分，二供設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行狀況是保障城市高層住宅正常用水的重要因素。以重慶市為代表的山地城市，高層建筑呈區(qū)域化、集中化布局，二供設(shè)施群的分布密度較高，區(qū)域內(nèi)二供系統(tǒng)的運(yùn)行障礙將影響供水主管網(wǎng)的穩(wěn)定和安全。從智能管理角度，二供設(shè)施的監(jiān)測、監(jiān)控和運(yùn)行參數(shù)管理是供水系統(tǒng)智慧管理的基礎(chǔ)單元，組建以二供設(shè)施群為基礎(chǔ)的區(qū)域智能管控網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)二供系統(tǒng)智慧管理的基礎(chǔ)，是山地城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的重要組成部分。因此構(gòu)建二供設(shè)備設(shè)施健康運(yùn)行指標(biāo)體系，以此為基礎(chǔ)開發(fā)設(shè)施設(shè)備運(yùn)行健康度感知模塊，即二供系統(tǒng)健康運(yùn)行綜合參數(shù)采集裝置，是二供系統(tǒng)智能管理的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備。

2? ? 現(xiàn)狀

重慶主地區(qū)二供設(shè)備存在廠家混亂、過保無人管理、設(shè)備帶病運(yùn)行等問題。如設(shè)備廠家初步統(tǒng)計(jì)有：山東康伯利、成都寧水、沃富水務(wù)、上海熊貓、沈陽康泉、四川宇康、南京賽萊默、重慶賽塔、山東淄博潤泰、青島三利、重慶卓力、山東國泰、上海創(chuàng)新、上海凱泉、四川玉樹、上海創(chuàng)新、上海三星、青島效能、中韓社科、廣州白云、上海申寶等21家品牌廠家。設(shè)備數(shù)量眾多，品牌混雜，每套設(shè)備的工藝原理不盡相同。各個(gè)二供泵房設(shè)備采用的技術(shù)不同，且獨(dú)立運(yùn)行，遠(yuǎn)程無法實(shí)時(shí)監(jiān)測。現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)欠缺，存儲(chǔ)時(shí)間達(dá)不到管理需要。泵房自動(dòng)運(yùn)行策略也不符合實(shí)際，無法滿足管理要求。設(shè)備的工作狀態(tài)及健康狀態(tài)無法準(zhǔn)確及時(shí)獲知;每套設(shè)備都需要定期巡檢，設(shè)備管理單位人力成本居高不下，搶修壓力很大。

綜述分析，開發(fā)基于健康運(yùn)行管理的二供設(shè)施健康評(píng)價(jià)體系和感知模塊，將有助于解決目前二供設(shè)施運(yùn)行管理維修維護(hù)難度大、成本高的現(xiàn)實(shí)問題，是二供系統(tǒng)智能管控、智慧管理升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)備，市場前景廣闊，具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

3? ? 項(xiàng)目方案

項(xiàng)目擬基于二供設(shè)施健康運(yùn)行狀態(tài)，構(gòu)建健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用模塊集成化技術(shù)采集現(xiàn)場的設(shè)備參數(shù)，利用構(gòu)建的二供設(shè)備健康度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)二供設(shè)備的健康度進(jìn)行評(píng)價(jià)，用于指導(dǎo)二供設(shè)備運(yùn)行管理。

3.1? 健康指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1.1? 構(gòu)建原則

實(shí)時(shí)掌握二供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵問題是確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。指標(biāo)體系是否科學(xué)、合理，直接關(guān)系到健康度評(píng)價(jià)的真實(shí)性和全面性。因此，所確立的健康狀態(tài)指標(biāo)體系必須科學(xué)地、客觀地、合理地、盡可能全面地反映影響二供設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的所有因素，并按照一定的原則去分析和判斷。

健康度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立遵循九大原則，即目的性原則、科學(xué)性原則、系統(tǒng)性原則、可操作性原則、時(shí)效性原則、政令性原則、突出性原則、可比性原則和定性與定量相結(jié)合的原則。上述各項(xiàng)原則都要通過定性與定量相結(jié)合的原則才能體現(xiàn)。最后，所有上述各項(xiàng)原則皆由狀態(tài)評(píng)價(jià)的目的性所決定，并以目的性原則為前提，最終建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3.1.2? 分類指標(biāo)體系構(gòu)建

二供設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是健康狀況的直接反映，如果設(shè)備或零部件出現(xiàn)故障，則相應(yīng)的技術(shù)性能就會(huì)偏離正常值。為反映設(shè)備的實(shí)時(shí)健康狀態(tài)，必須將這些能反映二供設(shè)備狀態(tài)的技術(shù)性能作為評(píng)價(jià)設(shè)備健康度的指標(biāo)，然而實(shí)際中的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)性能很多，完全考慮這些參數(shù)顯然不合乎實(shí)際。

基于以上考慮，項(xiàng)目擬從可靠性、維修性、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性、監(jiān)測性、安全性6個(gè)方面構(gòu)建二供設(shè)備健康狀態(tài)指標(biāo)。

3.1.3? 指標(biāo)子系統(tǒng)構(gòu)建

為了能有效分析判斷二供設(shè)備健康狀況，從實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能的角度出發(fā)，將二供設(shè)備劃分為各功能子系統(tǒng)，然后對(duì)各功能子系統(tǒng)進(jìn)行健康狀態(tài)評(píng)價(jià)，建立功能子系統(tǒng)的健康狀態(tài)情況數(shù)據(jù)庫，為二供設(shè)備的整體狀態(tài)評(píng)價(jià)和健康維護(hù)策略提供定量的理論依據(jù)。

項(xiàng)目擬構(gòu)建以下子系統(tǒng)：動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、操縱及控制系統(tǒng)、支承系統(tǒng)、工藝設(shè)備系統(tǒng)等，然后在子系統(tǒng)層次上繼續(xù)劃分，如將控制系統(tǒng)劃分為按鈕開關(guān)系統(tǒng)、控制元器件等子系統(tǒng) 。每個(gè)子子系統(tǒng)又可根據(jù)需要繼續(xù)分解為更小的系統(tǒng)。其功能結(jié)構(gòu)劃分如圖1所示。

3.1.4? 健康度評(píng)價(jià)體系構(gòu)建結(jié)構(gòu)上，基于子系統(tǒng)評(píng)價(jià)，建立二供設(shè)備健康度評(píng)價(jià)系統(tǒng)

按照設(shè)備功能結(jié)構(gòu)對(duì)二供設(shè)備進(jìn)行了簡單的劃分，使得對(duì)二供設(shè)備的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)變?yōu)閷?duì)二供設(shè)備各功能子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，進(jìn)而對(duì)各功能子系統(tǒng)的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)，最后得到關(guān)于組成整個(gè)二供設(shè)備功能系統(tǒng)的健康值，形成一個(gè)完整的二供設(shè)備狀態(tài)健康值數(shù)據(jù)庫（知識(shí)庫）。服役年齡上，構(gòu)建以設(shè)備服役年齡為維度的健康度評(píng)價(jià)體系，制定相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)方案。

3.2? 健康度感知方案模塊集成

3.2.1? 感知模塊

項(xiàng)目設(shè)計(jì)專門的模塊，分別采集環(huán)境參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)。參數(shù)測量主要利用傳感器對(duì)各主要參數(shù)進(jìn)行測量。

測試過程中用到壓電式傳感器、熱電式傳感器、電磁式傳感器。各個(gè)傳感器模塊把被測的非電量轉(zhuǎn)換為可測量的電壓值或數(shù)據(jù)，控制器模塊根據(jù)各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與其通信，獲取各個(gè)傳感器檢測到的環(huán)境參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、水質(zhì)參數(shù)，并將參數(shù)傳輸至儲(chǔ)存器中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終獲得當(dāng)前二供泵房環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)。

3.2.2? 分析模塊

從現(xiàn)場大量的背景干擾信號(hào)、失真信號(hào)中提取有用信號(hào)，根據(jù)測到的信號(hào)進(jìn)行分類。形成經(jīng)分析處理后能表征狀態(tài)的中間數(shù)據(jù)，包括與設(shè)備狀態(tài)判斷相關(guān)的各類統(tǒng)計(jì)值、特征值、圖譜等，主要由各類計(jì)算方法、數(shù)據(jù)處理儀器對(duì)直接測量信息進(jìn)行處理后獲得。處理方法有運(yùn)用振動(dòng)診斷領(lǐng)域內(nèi)的時(shí)域分析、領(lǐng)域分析、概率密度統(tǒng)計(jì)等產(chǎn)生的數(shù)值、譜圖、曲線等，這些中間數(shù)據(jù)是二供設(shè)備健康度判斷的主要依據(jù)。

分析模塊運(yùn)用數(shù)學(xué)模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)中間數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，從而進(jìn)行設(shè)備的優(yōu)化管理、故障預(yù)警及供水的平衡優(yōu)化。

4? ? 項(xiàng)目工程示范

根據(jù)項(xiàng)目研究內(nèi)容及目的，選取重慶自來水公司管轄的二供用戶超過1 000戶有代表性的小區(qū)。擬定選取半山七號(hào)小區(qū)，供水壓力中區(qū)為974戶;高區(qū)為405戶，合計(jì)規(guī)模為1 379戶;協(xié)信阿卡迪亞E3組團(tuán)，按供水壓力分為高區(qū)、中區(qū)、低區(qū)，合計(jì)規(guī)模為1 360戶。

通過在線檢測這2個(gè)小區(qū)二供泵房的設(shè)備參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模塊化分析，得出設(shè)備的健康程度，用于指導(dǎo)生產(chǎn)管理，降低事故率達(dá)80%。

Implementation scheme of integrated parameter

acquisition device for two supply system health operation

Gao Minghui1， Zou Tao2， Zhang Yuanhe1， Han Xinglian1

（1.Chongqing Yuantong Electronic Technology Development Co.， Ltd.， Chongqing 400013， China;

2.Chongqing Liangjiang Water Co.， Ltd.， Chongqing 401133， China）

Abstract：The operational obstacles of the urban two supply system will affect the stability and safety of the water supply network. This paper introduces a scheme based on the healthy operation status of the second supply facility， constructs a health evaluation index system， evaluates the health of the second supply equipment， and guides the operation management of the second supply equipment. The program has been tested and tested to guide the healthy operation of the equipment.

Key words：two supply system; health degree; parameter acquisition