泵站信息管理平台智能化建设研究 本文关键词：泵站，智能化，管理平台，建设，研究
泵站信息管理平台智能化建设研究 本文简介：摘要:大中型泵站在实施自动化、信息化建设过程中，应结合运行管理的需求，综合应用大数据、人工智能等技术进一步提升管控质量与水平。通过对数据的深入分析，从基础设备管理到泵站调度运行，利用统一的泵站信息管理平台实现泵站综合管控，实现泵站运行管理的智能化。关键词:泵站;智能化;智能监控;智能预警;状态检修;
泵站信息管理平台智能化建设研究 本文内容：
摘要:大中型泵站在实施自动化、信息化建设过程中，应结合运行管理的需求，综合应用大数据、人工智能等技术进一步提升管控质量与水平。通过对数据的深入分析，从基础设备管理到泵站调度运行，利用统一的泵站信息管理平台实现泵站综合管控，实现泵站运行管理的智能化。
关键词:泵站;智能化;智能监控;智能预警;状态检修;辅助运维;智能巡检
1概述
近年来，大中型灌溉排水泵站逐步实施和完善自动化和信息化建设，提升了泵站运行管理的质量和水平，在设备自动化程度提高、减员增效的同时对于运行维护人员的技术水平提出了更高的要求;如何保障设备的正常运行、如何更好地利用设备、如何充分发挥已有计算机监控系统的作用科学指导泵站的生产运行与管理工作，这些问题迫切需要寻找合适的解决方案。通过建立统一的泵站智能化信息管理平台，汇集区域内各泵站的生产运行数据、工程项目建设信息、基础管理信息，应用云计算、大数据、人工智能算法等技术对数据深入分析，逐步实现泵站设备故障的智能诊断与预警、泵站监管的智能服务。这些在新形势下提出的“智能化、服务化”理念随着信息化管理水平的提高值得落地实施。
2平台智能化建设
2.1基础建设与技术
(1)建设全面感知与融合的系统通过先进的传感测量及网络通讯技术实现对泵站生产和经营过程中的信息全方位监测和感知，获取流域或灌区水文、气象、水情、工情、视频、泵组电气运行数据、泵组状态监测数据等多源数据，基于“互联网+”理念，实现信息资源的共享，为后续进行大数据分析、建设智能管控平台提供数据源。同时，应用GIS地理信息系统技术实现流域或灌区信息同一张图集中展示并按专题图层查询。展示监测运行数据的，可对各泵站的管理信息、设备信息、主要运管人员信息进行查询，并补充视频监控实现可视化管理。(2)应用智能视频图像识别技术基于图像识别技术实现设备操作风险识别、人员身份判别、作业行为安全防护措施检测、环境风险识别预警，实现设备运行状态、人员作业行为、安全生产环境的自动感知、自动识别、自动预警，实现泵站生产运行的最后1m“防线”，助力于泵站安全生产标准化管理。
2.2智能管控一体化平台
基于GIS地理信息系统，建立统一的全景数据处理平台，规范采用标准通信协议，支持水情、工情、泵组监测、继电保护、计量、直流辅助系统、环境监测、视频等各种数据的接入，实现泵站信息的“统一接入、统一存储、统一应用和统一展示”。在同一平台上对各泵站数据进行综合分析应用，为实时自动控制、智能报警、智能调度等提供技术支撑。基础平台采用面向服务的SOA架构，通过标准化插件管理技术，以“服务接口+访问模型”的方式提供统一的跨进程信息访问机制，实现各功能模块“即插即用”。业务功能模块包括“智能管控一体化平台”、“智能状态检修决策”、“智能辅助运维”等，配置灵活，并可进行在线升级及扩展;同时满足信息安全认证要求。智能管控一体化平台可部署在云端或本地信息中心上，根据应用需求的不同选择实施。平台采用多主多备冗余技术、实现负载分担，可分别运行在多个监控主机或服务器上，支持跨平台、异构系统。2.2.1泵站智能监控具备泵站计算机监控系统的数据采集与监视功能，负责各泵站生产运行数据的采集、处理，实现实时运行监视、操作控制和应用分析，实现站内设备运行监控、维护和管理，并与生产管理系统等其他功能模块交换和共享信息。智能监控应实现的功能包括:?提供统一的信息展示界面，综合展示泵站机电设备运行数据、水情及工情监测数据、事件信息、故障信息、机电设备基础信息、工程设施信息等。?实现“全景数据”采集与分析，对不同来源的数据，如电气运行数据(电流、功率等)、非电量运行数据(水位、流量、温度等)统一管理和存储，集中分析和应用;采用高效数据处理技术，基于事务调度机制来完成对海量数据信息的实时处理。?实现泵站设备的远方操作控制，达到“无人值班(少人值守)”的目标;可实现的自动控制包括泵组开停机顺序控制、泵站无功优化控制、优化调度控制等;同时具备事故紧急控制功能。?实现泵站变配电部分的气设备操作的防误操作闭锁，并提供智能两票(操作票、工作票)管理功能，根据运行或检修情况自动开具两票，减轻变电运行工作强度。?实现智能告警及故障分析，并出具故障分析报告。?支持信息的统一发布，如Web端和手机客户端的浏览或查询，提高运行管理单位的应急响应服务能力。(1)智能告警“智能告警”功能模块可综合泵站内保护装置动作、运行状态信息以及水情工情等进行智能告警分析。平台通过对各泵站电气数据、设备工况、泵站和输配水工程(管道或渠道等)的水位、流量等数据及信息的综合动态监测分析，结合积累的历史数据(包括正常状态的数据、异常状态的故障数据等)，应用大数据、人工智能算法(如机器学习)等建立适用的数学模型进行模式识别、动态趋势分析，提前预警、及时报警。对每个故障事件发生时的电气运行数据、机电设备运行状态、水情以及温度等数据进行关联性分析，厘清关键影响因素，并对故障类型特征进行定义;泵站生产运行过程中持续进行综合动态监测分析，针对性识别可能发生故障的关键特征，提前预警作出防范。(2)智能调度对于泵站生产调度也可通过类似的方式建立数学模型，采用数据挖掘、自适应控制、预测控制、模糊控制和神经网络控制等技术;同时结合环境条件、供水、防汛等多种因素或约束指标要求，根据来水情况、气象条件变化，以充分利用水资源、保证泵组运行安全可靠、保证泵组全寿命周期合理运用为原则，实施运行优化和调度优化，使泵站生产过程长期处于安全、可靠、经济和优化运行状态。2.2.2智能生产管理生产管理实现以设备管理为核心、工单执行为主线的泵站全资产管理，涉及设备资产全寿命周期管理、以点检定修为核心的全员设备维修管理;实现以质量、成本、进度为核心的项目管理，覆盖设备购买、使用、维护、库存、报废等各个环节质量控制和监督管理。建立适合泵站设备资产管理需要的编码规则，对泵站各生产环节或过程所涉及的所有机组、系统、设备、部件等设定惟一的“身份标识”，利用条形码、二维码、ＲFID等实现设施设备资产的监管。(1)巡检管理建立智能巡检系统。关键生产区域、重要设施设备就地设置ＲFID信息桩点，利用ＲFID标实现设备运维信息的动态查询与维护。利用手持式智能终端自动采集设备运维信息(如设备编号、投运日期、维保计划、已往巡维信息等)。涉及操作的，由巡检管理系统主机与生产管理系统对接获取相应的操作信息后可下传给智能终端，指导实际操作，避免操作失误。巡检结果可直接导入系统，形成电子文档管理。巡检管理功能包括巡检计划管理、巡检任务管理、巡检记录、巡检统计报表管理、巡检GIS展示等;结合GPS/北斗卫星定位、物联网、GIS地图跟踪、智能感知等技术，实现全面、及时、准确的跟踪管理，满足巡检智能化、反馈实时化、操作便捷化的实施要求。利用移动客户端APP程序提供的运行维护管理功能，实现动态实时管理。如应用卫星定位或无线LBS定位技术实现人员巡视工作的定位，实现巡查人员状态动态可视、巡查路径可视，巡检路线或轨迹可基于GIS电子地图展示。必要时通过移动智能终端引导人员工作，避免人为失误，提升巡查工作的安全监护质量，做好风险管控，满足安全生产标准化的要求。(2)设备台帐管理对泵站内的各类机电设备进行登记和管理，实现设备从安装、使用直到报废的一个完整周期中所发生的各种事件的跟踪管理。设备台账:包括设备的最新动态、基本信息、运维记录、维修计划等。设备分类:创建设备分类和技术参数等。设备评级与异动:包括申请、登记与审批流程管理。
2.3智能状态检修决策
相对重要的大中型泵组，具备条件的建设机组状态监测系统;或对已有的系统进行完善建设，根据应用需要布设机组气隙、局部放电等智能传感器或监测装置，构建相对完善的机组状态智能分析平台。人工智能算法(机器学习、深度学习)等构建灵活开放的模型库、专家规则库，实现设备的状态动态诊断、实时评估、故障诊断及状态预测，提供预警和检修建议。(1)设备状态评估基于可靠性为中心的维护管理(ＲCM)理念，综合评估设备下一次检修时间应采取的检修策略(如提前检修、延后检修、正常检修等)。实现的功能包括设备状态监测预警、故障趋势分析、状态评估预测、故障诊断等，并与一体化管控平台的“智能生产管理”功能模块实现信息的交互，实现设备的缺陷管理、检修管理。通过获取设备资产管理信息，建立设备状态健康履历，参考主设备生产厂家对其设计寿命、有效运行寿命、最大允许寿命的规定及其实际使用寿命的样本统计数据，实现基于全寿命周期管理设计思想的设备状态检修辅助决策。(2)设备故障分析预警通过采集获取的泵组生产运行过程中的正常工况下、异常或故障工况下的实时数据、历史数据，基于大数据技术对振幅转速、振动频谱、泵组出力与温度之间的关系建模，建立故障诊断专家知识库，以实际故障与特征信息的历史数据为样本，应用人工智能算法(机器学习、深度学习)等建立“自学习”功能，对可能发生的故障和故障提前预测、推理分析、给出辅助决策，提升泵站的运行安全运行可靠性。专家系统可根据对故障症状的观察与分析，推断故障所在，并给出排除故障方案。专家系统由自学习模块、诊断知识库、推理机等部分组成。构建设备状态数据模型，根据收集的生产运行数据建立常见设备缺陷及故障数据库，通过逐步累积、动态构建缺陷体系知识库，提高故障定位和缺陷处理的精准性与及时性，为设备维护提供更加有效的预防预控措施。
2.4智能辅助运维
2.4.1基于BIM的三维可视化运行管理通过将三维数字技术与GIS地理信息技术相结合应用，建设以泵站建筑物及其内部设施为管理目标的三维可视化运行管理系统。建筑信息模型(BIM，BuildingInformationModeling)通过应用虚拟现实和仿真模拟技术构建建筑物以及其内部的设施、设备及所处场景，在虚拟的三维可视化模型场景下形象的展示设备或设施，同时附加从智能泵站监控系统获取的实时数据，动态地展示设施设备的功能特性及其相关的运行数据，确保运行管理准确、直观、高效。作为视频监视系统的补充，以全方位多视角的方式检查并辅助决策。2.4.2智能巡检利用智能机器人等先进技术装备开展辅助运维工作，加强并提升运维的安全水平、效率与质量。结合图像识别、可见光探测、红外热像探测、声音探测、无线通信、卫星定位等技术，利用智能巡检机器人或轨道式机器人巡视高低压开关柜室、升压站等区域;利用空中无人机实现在流域或灌区范围内输水渠道的动态实时巡视;利用水下机器人完成对大中型水闸坝体、底板、闸墩等水下水工建筑物的健康状况监测，形成全方位、无死角的监控;降低人工巡查的强度与成本，提升巡查效率，建立规范化、常态化、智能化的巡查管理模式。利用机器人搭载可见光摄像机、红外热成像仪、激光雷达导航传感器、声纳传感器等，实现关键生产区域、重要设施设备区域的自动巡检，开展红外测温、声音拾取等数据检测，以期精准发现诸如发热、异常等内部热缺陷和部分电气类问题，为准确分析设备运行状况提供依据，提高巡检自动化水平和检测准确性。通过巡检机器人实现自动巡检、重点区域巡检、远程遥控巡检等，并可进行各类联动报警。实现的功能包括:?智能视频识别:机器人搭载的高清可见光摄像机，结合图像识别技术对巡检区域的指针表计、数显表、避雷器动作次数、电气开关和阀门位置等进行数据自动识别、上传，并判断报警。?红外热成像:机器人搭载红外成像仪对轴承温度、变压器等设备的接头温度进行非接触式测量。?声音拾取分析:机器人搭载声纳传感器，辅助生产运行。通过收集生产运行过程以及不同天气情况下主要设备的声音特征参数，建立设备运行的正常和异常声音模型库，基于音频诊断软件进行运行状态识别与分析，判断设备异常声音，并发出警报。2.4.3仿真培训与考核基于三维可视化技术，结合从一体化管控平台获取的泵组生产运行数据，动态模拟展示其生产过程中。利用VＲ/AＲ增强现实技术等实现数字化设施设备档案查询、重要机电设备构造展示、厂区巡检、虚拟维护等，改变传统枯燥的培训模式，以生动形象的3D立体化的图像技术模拟真实环境，提升培训质量与效果。在检修维护方面，通过对复杂的机组安装与检修过程模拟，实现设备拆卸、检修以及组装过程的交互模拟，增强作业人员掌握熟悉设备检修维护情况。通过模拟泵站常见的温度异常、开关跳闸等各类设备故障或事故工况，充分满足运行维护人员联合反事故演习、岗位培训等应用需要，为进一步熟悉处理常见事故提供辅助指导手段，增强实际工作中事故处理能力。
3结语
生产感知系统和通信基础建设的完善、泵站自动化和信息化建设的实施为后续进行智能化管控创造了条件，充分利用既有建设成果，在实现集中管控的基础上开展技术创新和管理创新成为可能。进行泵站智能信息化管理平台建设有助于实现各泵站以及泵站群的利用效益最大化，发挥泵站工程的经济效益和社会效益;同时有助于加强泵站的动态监管。泵站智能信息化管理平台的试点建设相对于电力行业来说起步较晚，且泵站的运行特点、运行时间异于电力行业，需要结合泵站工程的特点做好规划，借鉴电力行业建设智能电厂和智能变电站的成功经验逐步实施，建立适合自身特点的智能化管控平台，满足智慧水利建设的要求;建成具备智能仿真、智能诊断、智能预警、智能调度、智能控制和智能服务的全方位的信息管理系统平台。
参考文献:
［1］郭莉莉，等．数字交付在水利工程中的研究与应用［J］．水利规划与设计，2018(2):77_81．
［2］涂扬举．智慧企业建设引领水电企业创新发展［J］．企业文明，2017(1):9_11．
作者：汪晓兵 李昆 单位：华自科技股份有限公司
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