水泵遠程檢測應用現(xiàn)狀與展望

張 林， 馬慶勇， 張奇志

（1.中南林業(yè)科技大學機電工程學院， 湖南 長沙410128； 2.湖南省水力機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗授權站， 湖南 長沙410128）

0 引言

泵是把原動機的機械能轉(zhuǎn)換為所抽送液體能量的機械[1]。 當抽送液體為水時，即為水泵。 水泵應用廣泛，是國民生產(chǎn)與生活不可缺少的設備。水泵的結(jié)構(gòu)比較簡單，但水泵特有的流道形式和葉輪的旋轉(zhuǎn)運動， 使得水泵內(nèi)部始終存在隨機變化著的漩渦、脫流等現(xiàn)象，目前的理論體系無法完整地描述水泵內(nèi)流體運動的真實情況。因此，泵的檢測對于泵設計、生產(chǎn)和使用都具有重要意義，是提高泵技術水平的重要手段之一[2]。隨著信息技術的快速發(fā)展，水泵遠程控制與檢測得以實現(xiàn)。 它能在水泵的實際使用中對其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行采集， 實現(xiàn)水泵工作性能及工作質(zhì)量的檢驗，保障其正常運行[3]。 水泵遠程檢測綜合了電子、傳感器、計算機、自動控制等多種技術，能實時調(diào)節(jié)、快速采集數(shù)據(jù)，提高水泵檢測的精度與自動化程度。 2020年全球爆發(fā)新冠肺炎疫情，“無接觸” 工作成為了有效遏制疫情的方式。 水泵遠程檢測操作方便、采集快捷、功能強大、高度智能、協(xié)同度高以及契合“無接觸”的需求，必將創(chuàng)造性地改變現(xiàn)有的檢測模式，具有廣闊的應用前景。

1 水泵遠程檢測的原理

目前應用最為廣泛的水泵自動測試系統(tǒng)主要包括配電系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、儀器和傳感器系統(tǒng)、視頻語音控制系統(tǒng)和控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[4]。 配電系統(tǒng)提供測試用電，管路系統(tǒng)為被測水泵、儀器和傳感器的安裝提供條件，儀器和傳感器系統(tǒng)安裝于管路系統(tǒng)以采集數(shù)據(jù)， 視頻語音控制系統(tǒng)用以直觀觀測水泵運行情況， 控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過對管路系統(tǒng)的調(diào)節(jié)模擬水泵的不同工況， 并對儀器和傳感器采集的數(shù)據(jù)進行分析。在此基礎上，水泵遠程檢測系統(tǒng)添加了中心服務器與遠程控制系統(tǒng)，見圖1。 通過中心服務器， 遠程控制系統(tǒng)可實現(xiàn)多線程遠程控制和采集測試數(shù)據(jù)[5-6]。

圖1 水泵遠程檢測系統(tǒng)示意圖Fig.1 Diagram of the pump remote test system

2 水泵遠程檢測的應用與前景

2.1 生產(chǎn)單位和用戶應用現(xiàn)狀與前景

目前被廣泛應用的水泵自動測試系統(tǒng)可以認為是水泵遠程檢測的雛形。從遠程測試的角度而言，水泵自動測試系統(tǒng)可分為中央控制室和現(xiàn)場測試區(qū)。配電系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、儀器和傳感器系統(tǒng)、視頻語音控制系統(tǒng)均布置于現(xiàn)場測試區(qū)，控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)則布置于中央控制室。被測水泵在現(xiàn)場測試區(qū)安裝完成后，通過有線網(wǎng)絡連接，整個測試過程均可在中央控制室完成。 受信息傳輸成本的限制，水泵自動測試系統(tǒng)能實現(xiàn)米級的短距離“遠程”測試。且該系統(tǒng)幾乎是“一對一”的測試，即一個現(xiàn)場測試區(qū)對應一個中央控制室，交互使用的情況極為少見。

隨著無線技術和計算機技術的突飛猛進， 千米級的水泵遠程檢測系統(tǒng)應運而生。智慧水務平臺基于2017 年國務院印發(fā)《水十條》的前提產(chǎn)生[7]，由“一個中心、兩個平臺、五個體系”組成。一個中心即數(shù)據(jù)信息化中心，包括基礎設施、云平臺、云應用及安全運維系統(tǒng)；兩個平臺是對內(nèi)與對外服務平臺；五個體系是立體感知體系（智能監(jiān)測系統(tǒng)、智慧采集系統(tǒng)等）、主動服務體系（網(wǎng)上營業(yè)收費系統(tǒng)、智能客服系統(tǒng)等）、自動控制體系、智能應用體系（智慧供排水、水務突發(fā)應急事件和安全維護等）和支持保障體系（政策法規(guī)、人才隊伍建設及資金投入等）[8]。 水泵生產(chǎn)單位根據(jù)自身需求對其二次開發(fā)， 已有多家單位成功研發(fā)出了智慧水務平臺并投入使用。通過智慧水務平臺，生產(chǎn)單位和用戶均可實時遠程控制、 監(jiān)測多個場地的水泵的運行狀況。從“一對一”轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸鄬Χ唷?，即多個現(xiàn)場測試區(qū)對應多個中央控制室。對用戶而言，通過水泵遠程檢測系統(tǒng)可實現(xiàn)在一個中央控制室內(nèi)對所有的水泵運行場地進行控制和監(jiān)測，可節(jié)省大量人力，顯著降低其運營成本。對生產(chǎn)單位而言，通過水泵遠程檢測系統(tǒng)可獲取所有其銷售水泵的運行數(shù)據(jù)， 極大的幫助生產(chǎn)單位產(chǎn)品改良、產(chǎn)品研發(fā)及售后服務。

2.2 檢測機構(gòu)應用現(xiàn)狀與前景

市場主體由用戶、 生產(chǎn)單位和檢測機構(gòu)三個部分組成。用戶與生產(chǎn)單位作為直接交易的甲方與乙方，關系密切，目前應用水泵遠程檢測系統(tǒng)較多。檢測機構(gòu)多數(shù)場合以“裁判”的身份參與，亦是市場的重要參與主體。 一方面，就檢測而言，檢測機構(gòu)對人員素質(zhì)、儀器儀表及設備安裝均有較高要求。尤其是儀器儀表的溯源，對于廣泛分布的現(xiàn)場設備顯然不現(xiàn)實。另一方面，檢測機構(gòu)工作方針在于科學采用試驗方法，嚴格控制變量以獲得真實、準確的測試數(shù)據(jù)。而實際尤其是用戶測試現(xiàn)場條件各異，不能確保所采集數(shù)據(jù)的真實、準確性。故目前尚無檢測機構(gòu)運用水泵遠程檢測。

物聯(lián)網(wǎng)思維是大勢所趨，智慧水務發(fā)展如火如荼。水泵遠程檢測方興未艾，因其高度智能、功能強大、操作簡單和無接觸檢測等優(yōu)點， 被檢測機構(gòu)應用終將是必然結(jié)果。 目前檢測機構(gòu)應用水泵遠程檢測的桎梏在于大多測試現(xiàn)場的設施設備不能滿足檢測要求， 筆者認為可以從以下幾方面進行改善：

2.2.1 實驗室比對

具有完善試驗條件的生產(chǎn)單位可以與檢驗機構(gòu)進行實驗室比對。 生產(chǎn)單位通過實驗室比對并獲得用戶的認可后，在進行設備驗收時，用戶可以自行邀請檢測機構(gòu)的專業(yè)人員通過遠程檢測的方式進行產(chǎn)品運行質(zhì)量測試，并出具最終檢測報告[9]。

2.2.2 測試系統(tǒng)檢驗

目前已有多地檢測機構(gòu)開展了水泵測試系統(tǒng)檢驗的工作，并獲得了較好的市場認可。水泵測試系統(tǒng)檢驗對管件尺寸、管路設備、儀器儀表、數(shù)據(jù)不確定度等多方面進行分析[10]。以評價測試系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。符合要求的測試系統(tǒng)， 檢測機構(gòu)通過遠程測試的方式獲取檢驗數(shù)據(jù)可以認為是真實有效的。

2.2.3 水泵現(xiàn)場測試標準化

隨著水泵設備大型化、系統(tǒng)化、智能化程度的提高，水泵現(xiàn)場測試的需求越來越大。 目前水泵檢測機構(gòu)的檢測設施設備均嚴格按照GB/T3216 及GB/T12785 等標準的要求布置。在水泵生產(chǎn)許可證制度取消前，生產(chǎn)單位的檢測實驗室建設亦是審查的重要內(nèi)容。 因此目前檢測機構(gòu)和大多數(shù)生產(chǎn)單位的檢測實驗室標準化程度較高。 而用戶方檢測大多無需特別精確的測試數(shù)據(jù)， 所以測試條件良莠不齊。 2020 年，國家標準化管理委員會印發(fā)《關于進一步加強行業(yè)標準管理的指導意見》 的通知中提出鼓勵社會團體承擔相應行業(yè)領域內(nèi)標準的供給工作， 充分發(fā)揮市場自主制定標準對政府組織制定標準的補充支撐作用。相關社會團體可以此為契機，制定符合生產(chǎn)單位和用戶需求的水泵現(xiàn)場測試標準。

3 水泵遠程檢測的不足

3.1 信號強度不穩(wěn)定

筆者對多家單位的智慧水務平臺運行情況了解，受網(wǎng)絡信號強度的影響，目前的平臺運行穩(wěn)定性有待提高。通常，中央控制室建立在生產(chǎn)單位或用戶的辦公區(qū)域，網(wǎng)絡設備較為完善，信號穩(wěn)定。 而現(xiàn)場測試區(qū)則各不相同，有位于城區(qū)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來水廠， 也有位于廣大鄉(xiāng)村的中小型泵站；有建設在地面上的如景觀循環(huán)水等，也有建設在地下的如商品樓供水設備等。 目前網(wǎng)絡基礎設施覆蓋參差不齊，水泵遠程檢測受其限制較明顯。

3.2 網(wǎng)絡安全不可靠

信息安全是互聯(lián)網(wǎng)重要的部分。網(wǎng)絡技術發(fā)展日新月異，而互聯(lián)網(wǎng)病毒的技術手段也愈加繁雜。 2017 年大規(guī)模爆發(fā)的WannaCry、Petya 和BadRabbit 等病毒[11]提醒了人們信息安全的重要性。 當前水泵遠程檢測的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡設備性能和控制機制在一定意義上還無法滿足信息安全管理的需要。 需要繼續(xù)完善信息安全基礎設施建設，不斷深化信息安全管理體系建設，做好重要信息系統(tǒng)的安全保障工作，逐步構(gòu)建安全、高效、全面的信息安全保障體系，為智能水務的建設和發(fā)展提供堅實的安全保障[12]。

3.3 建設體系不統(tǒng)一

雖然智慧水務平臺的結(jié)構(gòu)大致相同， 但因各單位側(cè)重點不同，導致目前智慧水務平臺參數(shù)各異。且各單位各自為政，重復研發(fā)，造成大量人力物力的浪費。因此，需要建立一套科學、可持續(xù)的自動化技術體系。要有廣泛的適用性，也要滿足各單位的重點需求。要把設備的聯(lián)合運行和維護放在首位， 也要根據(jù)不同的現(xiàn)場要求設置不同參數(shù)，控制系統(tǒng)根據(jù)設置的參數(shù)和指標，自動優(yōu)化設備性能和控制生產(chǎn)過程[13]。

4 結(jié)束語

水泵測試技術朝著高精度、高自動化、多功能化、智能化、方便的網(wǎng)絡控制和數(shù)據(jù)共享等方向發(fā)展[14]是市場經(jīng)濟不斷完善、技術理論日趨成熟、生產(chǎn)檢測自動化水平飛速提升的必然趨勢。 水泵遠程檢測是國家智慧城市發(fā)展戰(zhàn)略的實踐體現(xiàn)，也因其功能強大、操作簡單、高度智能，將大幅降低人力、物力和運營成本，成為生產(chǎn)單位、用戶和檢測機構(gòu)共同的首要選擇。