水处理厂电气安全与设备控制管理的探究

刘忠祥，解存福，丁查明，刘 杰

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

0 引言

现代化水处理厂中智能化、大数据等自动化技术的应用依托于现场电气设备、控制设备、智能检测元件。现场电气设备、控制设备、智能检测元件运行的好坏直接影响智能控制系统的运行，为此建立一套完备的设备管理、保护系统，解决设备运维和管理的困扰，保障系统运行是必要的。系统为解决设备安全运维需求，响应集约化发展策略，实现设备运维业务由“粗放式”向“精益化”“分散式”向“集约化”的转变，使设备稳定高效运行，解决设备被动维护、故障跟踪难、数据链路故障解决慢、故障点无法快速定位等问题，同时使管理人员实时、准确、全面科学地了解电气设备的实际运行状态，及时发现故障点，需要建立一套电气安全监测运维体系，以满足机房绿色、安全、高效、稳定的智能化管理需要。

同时，在进行水处理厂电气设备的日常维护中，相关维护人员必须要详细了解设备的运行原理，对日常运行中容易出现故障隐患的部分进行详细排查，并做好故障问题的记录工作，并归纳到系统中，完善系统软件。对于某一种具有同类性故障问题，系统应能提示显示。例如，电气控制系统中的传感器故障率较高，而传感器出现问题的解决方法是相类似的，系统形成管理档案，故障时加以提示，以提高维修效率。电气控制设备中，对于较为特殊控制模块的设备进行单独维护和处理的提示，形成故障预防体系。

1 系统建设目标及功能

1.1 系统建设目标

建设一套集智能化监测、控制、预警、运维为一体的智能化管理平台，此平台作为中控自动控制系统平台的一个子平台，把机房、MCC配电系统、环境系统、UPS、PLC、现场主要控制设备、门禁、视频等报警、管理集成到统一管理平台，用户可通过远程桌面或移动App访问系统。平台提供多元冗余报警机制，若出现越限或者变位等预警、告警信息，能及时准确地通知到相关人员且提供联动控制、统计查询、资产管理、日志管理、权限管理等增值服务。

利用智能感知技术、数据通信技术、物联网和计算机技术，对水处理厂的动力、环境、网络设备、安防等实时运行状态、运行数据，采用动态画面，形象、准确地展示在控制系统中，并依托系统服务器，采用分布式体系架构、系统控制网络，将监控数据传至控制中心，实现设备智能化运维管理，保障系统无运维盲点。同时，一旦出现故障或设备有安全预警点，及时通过运维流程进行派单，控制人员可根据需要，灵活设置定向推送，根据报警级别、维护岗位，以多方式（如短信、语音、声光等）告知设备的运维人员。

1.2 系统实现功能

1）与自控系统智能联动控制：系统支持联动设置，支持与自控系统相关的逻辑和算数自定义表达，形成各种智能逻辑的控制反馈。

2）电气MCC与自控系统集中报警：系统支持通讯故障、设备配置错误、采集信号错误报警，支持故障信号采集、故障信号辨别、报警时间记录及设置、同类报警信号归类及分步报警等，支持故障解除、报警提示自动回复功能。

3）数据归纳、保存及自动整理：建立关系型数据库，将每次报警、维修记录、故障原因分类列表，并形成事故处理索引，在同类故障发生时，自动生成处理提示，供维修人员参考。

4）设备资产管理：建立设备分档、分类管理，包含各主要控制设备档案（如入库时间、安装时间、安装地点、维护周期、维护记录、故障记录、运行时间等），资产管理档案可自动生成列表，可导出、推送和打印。

5）与视频监控系统联动：设备发生故障时，系统自动连接对应区域的视频监控摄像机进行画面录制，并回溯前10 min的画面及保存后10 min的画面，汇总成事故现场画面并推送到相应的报警应用程序，供事故分析所用。

6）快速查询：支持复杂条件组态查询，数据查询速度不受存储数据量大小或系统运行时间影响，可对历史数据、报警数据、系统日志、资产管理等信息进行查询和统计，可按分钟、小时、天、月、年统计功能，支持导出EXCEL且直接打印功能，支持曲线、柱状、饼状等多种表现形式。

2 系统方案构架

电气安全监测及设备管理系统包括：MCC动力配电监测系统、PLC系统配电监测系统、PLC系统I/O模块保护系统、仪表检测设备保护系统、视频监控系统、设备保护及联动系统、控制系统设备的联动与推送系统、事故仿真回放、运维管理、事故分析等，各部分功能及配置如图1所示。

图1 系统框架图Fig.1 System framework

2.1 MCC配电系统

1）MCC主进线和重要回路馈线，安装智能检测仪表，实时采集电压、电流、开关状态、功率因数、谐波等信号，实时监控系统电源质量，并形成完整记录。

2）应安装电缆感温、柜内感烟措施。

3）应安装SPD、环境温度保护，对于SPD计数、损坏状态等应完整记录。

4）MCC系统内设备控制检测信号的收集、归纳。

2.2 PLC系统配电

PLC进线采用智能型UPS配电柜，智能电源安全系统包括以下供配电模块系统：

1）精密柜体。

2）配电模块、UPS模块、电池模块。支持过载告警及处理，维修旁路，支持LCD显示电池容量，市电模式、电池模式、旁路模式，故障指示灯。

3）配置安全M。支持滤波处理，支持监测告警、故障告警、零地电压告警（可选）及1～5路浪涌故障告警，支持独立监控、集中监控方式。

4）配置中控设备监控模块，并将数据上传。

2.3 PLC系统I/O模块的保护

PLC柜的选用应有一定的电磁屏蔽保护措施，I/O板应进行以下保护：

1）I/O输出模块应加装隔离输出继电器，以无源触点方式连接电气控制回路。

2）I/O输入模块应加装光电隔离措施。

3）室外信号输入应安装SPD保护，采集SPD损坏状态。

2.4 仪表检测设备的保护

仪表检测设备应进行以下保护：

1）仪表电源应安装SPD防护。

2）仪表4 mA～20 mA信号输出应安装SPD防护。

3）仪表应可靠接地保护。

2.5 视频监控系统设备的保护

视频监控系统设备应进行以下保护：

1）视频摄像机电源应安装SPD防护。

2）视频摄像机信号输出应安装SPD防护。

3）视频监控系统应可靠接地保护。

4）视频监控系统的安装应能观察到车间各主要设备的运行情况。

2.6 控制系统设备档案

1）用电设备（水泵、鼓风机等）电流、电压、功率等历史数据收集。

2）建立用电设备采购时间、安装时间、安装地点、维护时间次数、故障等运维档案。

3）系统自动完成设备归类、故障归类并形成表格。

2.7 控制系统设备的联动与推送

设备运维管理系统与控制中心控制系统实现数据共享，作为系统联动控制的保障和参考，保障控制系统平稳运行，提高效率，减小设备折损率。

根据设备管理方式、报警级别等，实现故障层级推送，所有故障在控制系统操作员画面显示。一般设备故障通过手机APP进行多形式（短信、语音等）推送至运维人员；重大故障通过手机APP进行多形式（短信、语音等）推送至运维人员及相关部门领导、公司领导等。

在故障推送过程中，根据建立的各种档案信息（如事故级别、故障维护方案建议等），同时推送至运维人员，以降低维修时间。

3 结语

随着水处理厂智能化程度逐步提高，如何保证水处理设备的高效、安全运行，显得尤为重要。相应地，根据不同建设单位对电气控制和设备防护、联动保护的要求，建立相关设备管理系统将是日后的一个重要环节。电气安全监测系统将动力系统、环境系统、UPS、PLC、现场主要控制设备、门禁、视频等报警、管理集成到统一管理平台，呈现了远程可视化管理功能，达到了提高水处理厂的工作效率，降低维护成本，确保出水水质的宗旨与目的。相信系统会随着工程的积累而继续完善，并与SCADA系统完美融合，该控制系统能够进一步降低水厂能源消耗及运行成本，保障水处理效果达到最佳。