水處理廠電氣安全與設(shè)備控制管理探究

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摘要：信息技術(shù)的高速發(fā)展，控制軟件的多樣性開發(fā)及設(shè)備檢測元件的更新?lián)Q代，促進了水處理廠控制系統(tǒng)向精細化、數(shù)據(jù)化、智慧化的推廣應(yīng)用。伴隨著控制技術(shù)的發(fā)展，對用電設(shè)備管理、監(jiān)測元器件的安全提出了更高的要求。為滿足水處理廠設(shè)備安全、高效、穩(wěn)定運行的智能化管理需要，需建立一套完整的電氣安全監(jiān)測系統(tǒng)。本文對電氣安全監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)功能、系統(tǒng)架構(gòu)、布置原則，及系統(tǒng)設(shè)計要點做了詳細闡述，希望為設(shè)計同行提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：水處理廠；電氣設(shè)備控制；設(shè)備防護；安全監(jiān)測；設(shè)備管理

0引言

現(xiàn)代化水處理廠中智能化、大數(shù)據(jù)等自動化技術(shù)的應(yīng)用依托于現(xiàn)場電氣設(shè)備、控制設(shè)備、智能檢測元件。現(xiàn)場電氣設(shè)備、控制設(shè)備、智能檢測元件運行的好壞直接影響智能控制系統(tǒng)的運行，為此建立一套完備的設(shè)備管理、保護系統(tǒng)，解決設(shè)備運維和管理的困擾，保障系統(tǒng)運行是必要的。系統(tǒng)為解決設(shè)備安全運維需求，響應(yīng)集約化發(fā)展策略，實現(xiàn)設(shè)備運維業(yè)務(wù)由“粗放式”向“精益化”“分散式”向“集約化”的轉(zhuǎn)變，使設(shè)備穩(wěn)定高效運行，解決設(shè)備被動維護、故障跟蹤難、數(shù)據(jù)鏈路故障解決慢、故障點無法快速定位等問題，同時使管理人員實時、準(zhǔn)確、全面科學(xué)地了解電氣設(shè)備的實際運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障點，需要建立一套電氣安全監(jiān)測運維體系，以滿足機房綠色、安全、高效、穩(wěn)定的智能化管理需要。同時，在進行水處理廠電氣設(shè)備的日常維護中，相關(guān)維護人員必須要詳細了解設(shè)備的運行原理，對日常運行中容易出現(xiàn)故障隱患的部分進行詳細排查，并做好故障問題的記錄工作，并歸納到系統(tǒng)中，完善系統(tǒng)軟件。對于某一種具有同類性故障問題，系統(tǒng)應(yīng)能提示顯示。例如，電氣控制系統(tǒng)中的傳感器故障率較高，而傳感器出現(xiàn)問題的解決方法是相類似的，系統(tǒng)形成管理檔案，故障時加以提示，以提高維修效率。電氣控制設(shè)備中，對于較為特殊控制模塊的設(shè)備進行單獨維護和處理的提示，形成故障預(yù)防體系。

1系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)及功能

1.1系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

建設(shè)一套集智能化監(jiān)測、控制、預(yù)警、運維為一體的智能化管理平臺，此平臺作為中控自動控制系統(tǒng)平臺的一個子平臺，把機房、MCC配電系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、UPS、PLC、現(xiàn)場主要控制設(shè)備、門禁、視頻等報警、管理集成到統(tǒng)一管理平臺，用戶可通過遠程桌面或移動App訪問系統(tǒng)。平臺提供多元冗余報警機制，若出現(xiàn)越限或者變位等預(yù)警、告警信息，能及時準(zhǔn)確地通知到相關(guān)人員且提供聯(lián)動控制、統(tǒng)計查詢、資產(chǎn)管理、日志管理、權(quán)限管理等增值服務(wù)。利用智能感知技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和計算機技術(shù)，對水處理廠的動力、環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安防等實時運行狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)，采用動態(tài)畫面，形象、準(zhǔn)確地展示在控制系統(tǒng)中，并依托系統(tǒng)服務(wù)器，采用分布式體系架構(gòu)、系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳至控制中心，實現(xiàn)設(shè)備智能化運維管理，保障系統(tǒng)無運維盲點。同時，一旦出現(xiàn)故障或設(shè)備有安全預(yù)警點，及時通過運維流程進行派單，控制人員可根據(jù)需要，靈活設(shè)置定向推送，根據(jù)報警級別、維護崗位，以多方式（如短信、語音、聲光等）告知設(shè)備的運維人員。

1.2系統(tǒng)實現(xiàn)功能

1）與自控系統(tǒng)智能聯(lián)動控制：系統(tǒng)支持聯(lián)動設(shè)置，支持與自控系統(tǒng)相關(guān)的邏輯和算數(shù)自定義表達，形成各種智能邏輯的控制反饋。2）電氣MCC與自控系統(tǒng)集中報警：系統(tǒng)支持通訊故障、設(shè)備配置錯誤、采集信號錯誤報警，支持故障信號采集、故障信號辨別、報警時間記錄及設(shè)置、同類報警信號歸類及分步報警等，支持故障解除、報警提示自動回復(fù)功能。3）數(shù)據(jù)歸納、保存及自動整理：建立關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，將每次報警、維修記錄、故障原因分類列表，并形成事故處理索引，在同類故障發(fā)生時，自動生成處理提示，供維修人員參考。4）設(shè)備資產(chǎn)管理：建立設(shè)備分檔、分類管理，包含各主要控制設(shè)備檔案（如入庫時間、安裝時間、安裝地點、維護周期、維護記錄、故障記錄、運行時間等），資產(chǎn)管理檔案可自動生成列表，可導(dǎo)出、推送和打印。5）與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動：設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)自動連接對應(yīng)區(qū)域的視頻監(jiān)控攝像機進行畫面錄制，并回溯前10min的畫面及保存后10min的畫面，匯總成事故現(xiàn)場畫面并推送到相應(yīng)的報警應(yīng)用程序，供事故分析所用。6）快速查詢：支持復(fù)雜條件組態(tài)查詢，數(shù)據(jù)查詢速度不受存儲數(shù)據(jù)量大小或系統(tǒng)運行時間影響，可對歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、系統(tǒng)日志、資產(chǎn)管理等信息進行查詢和統(tǒng)計，可按分鐘、小時、天、月、年統(tǒng)計功能，支持導(dǎo)出EXCEL且直接打印功能，支持曲線、柱狀、餅狀等多種表現(xiàn)形式。

2系統(tǒng)方案構(gòu)架

電氣安全監(jiān)測及設(shè)備管理系統(tǒng)包括：MCC動力配電監(jiān)測系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)配電監(jiān)測系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)I/O模塊保護系統(tǒng)、儀表檢測設(shè)備保護系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備保護及聯(lián)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)動與推送系統(tǒng)、事故仿真回放、運維管理、事故分析等，各部分功能及配置如圖1所示。2.1MCC配電系統(tǒng)1）MCC主進線和重要回路饋線，安裝智能檢測儀表，實時采集電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)、功率因數(shù)、諧波等信號，實時監(jiān)控系統(tǒng)電源質(zhì)量，并形成完整記錄。2）應(yīng)安裝電纜感溫、柜內(nèi)感煙措施。3）應(yīng)安裝SPD、環(huán)境溫度保護，對于SPD計數(shù)、損壞狀態(tài)等應(yīng)完整記錄。4）MCC系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備控制檢測信號的收集、歸納。

2.2PLC系統(tǒng)配電

PLC進線采用智能型UPS配電柜，智能電源安全系統(tǒng)包括以下供配電模塊系統(tǒng)：1）精密柜體。2）配電模塊、UPS模塊、電池模塊。支持過載告警及處理，維修旁路，支持LCD顯示電池容量，市電模式、電池模式、旁路模式，故障指示燈。3）配置安全M。支持濾波處理，支持監(jiān)測告警、故障告警、零地電壓告警（可選）及1～5路浪涌故障告警，支持獨立監(jiān)控、集中監(jiān)控方式。4）配置中控設(shè)備監(jiān)控模塊，并將數(shù)據(jù)上傳。2.3PLC系統(tǒng)I/O模塊的保護PLC柜的選用應(yīng)有一定的電磁屏蔽保護措施，I/O板應(yīng)進行以下保護：1）I/O輸出模塊應(yīng)加裝隔離輸出繼電器，以無源觸點方式連接電氣控制回路。2）I/O輸入模塊應(yīng)加裝光電隔離措施。3）室外信號輸入應(yīng)安裝SPD保護，采集SPD損壞狀態(tài)。

2.4儀表檢測設(shè)備的保護

儀表檢測設(shè)備應(yīng)進行以下保護：1）儀表電源應(yīng)安裝SPD防護。2）儀表4mA～20mA信號輸出應(yīng)安裝SPD防護。3）儀表應(yīng)可靠接地保護。

2.5視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的保護

視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)進行以下保護：1）視頻攝像機電源應(yīng)安裝SPD防護。2）視頻攝像機信號輸出應(yīng)安裝SPD防護。3）視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)可靠接地保護。4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安裝應(yīng)能觀察到車間各主要設(shè)備的運行情況。

2.6控制系統(tǒng)設(shè)備檔案

1）用電設(shè)備（水泵、鼓風(fēng)機等）電流、電壓、功率等歷史數(shù)據(jù)收集。2）建立用電設(shè)備采購時間、安裝時間、安裝地點、維護時間次數(shù)、故障等運維檔案。3）系統(tǒng)自動完成設(shè)備歸類、故障歸類并形成表格。

2.7控制系統(tǒng)設(shè)備的聯(lián)動與推送

設(shè)備運維管理系統(tǒng)與控制中心控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，作為系統(tǒng)聯(lián)動控制的保障和參考，保障控制系統(tǒng)平穩(wěn)運行，提高效率，減小設(shè)備折損率。根據(jù)設(shè)備管理方式、報警級別等，實現(xiàn)故障層級推送，所有故障在控制系統(tǒng)操作員畫面顯示。一般設(shè)備故障通過手機APP進行多形式（短信、語音等）推送至運維人員；重大故障通過手機APP進行多形式（短信、語音等）推送至運維人員及相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)、公司領(lǐng)導(dǎo)等。在故障推送過程中，根據(jù)建立的各種檔案信息（如事故級別、故障維護方案建議等），同時推送至運維人員，以降低維修時間。

3結(jié)語

隨著水處理廠智能化程度逐步提高，如何保證水處理設(shè)備的高效、安全運行，顯得尤為重要。相應(yīng)地，根據(jù)不同建設(shè)單位對電氣控制和設(shè)備防護、聯(lián)動保護的要求，建立相關(guān)設(shè)備管理系統(tǒng)將是日后的一個重要環(huán)節(jié)。電氣安全監(jiān)測系統(tǒng)將動力系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、UPS、PLC、現(xiàn)場主要控制設(shè)備、門禁、視頻等報警、管理集成到統(tǒng)一管理平臺，呈現(xiàn)了遠程可視化管理功能，達到了提高水處理廠的工作效率，降低維護成本，確保出水水質(zhì)的宗旨與目的。相信系統(tǒng)會隨著工程的積累而繼續(xù)完善，并與SCADA系統(tǒng)完美融合，該控制系統(tǒng)能夠進一步降低水廠能源消耗及運行成本，保障水處理效果達到最佳。

作者:劉忠祥 解存福 丁查明 劉杰 單位:中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司