摘要：物联网技术是一场继计算机技术、互联网技术和移动通信技术之后的又一次信息产业变革。基于物联网技术，以设备诊断工程（PDE）为核心的全生命周期管理是企业信息化的重要手段，是促进企业经济效益提升的重要途径。机泵作为供水行业的关键设备，对其进行全生命周期管理具有十分重要的意义。
关键词：物联网技术；供水行业；机泵；设备全生命周期管理
中图分类号：TH122 文献标识码：B
Application of Internet of Things Technology in Pump Equipment Total Life Cycle Management
XIASheng1， LI Yong-yao2， LI De-bao2
Abstract： Internet of things （IOT） is a new transformation of information industry after computer technology， Internet technology and mobile communication technology. Based on the Internet of things technology， equipment total life cycle management based on equipment diagnosis engineering （PDE） is an important means of enterprise informatization and an important way to promote the economic efficiency of enterprises. It will be very significant to apply the equipment total life cycle management to pump， which is the key equipment in the water supply industry.
Keywords： Internet of Things（IOT）;Water supply industry; Pump; Equipment Total Life Cycle Management（ETM）
1 前言
上海城投原水有限公司是上海供水行业的“源头”企业，公司管理并运行上海中心城区三大原水系统，包括青草沙原水系统、长江原水系统和黄浦江原水系统，每天向全市18家自来水厂供应1400万吨左右的优质原水，供应范围覆盖广，受益人口1800万，总体规模和供水能力为全国之最。公司拥有大型取水、输水和增压泵站13座，管渠长度421.44公里，其中黄浦江系统74.75公里、长江系统78.80公里、青草沙系统213.99公里、金泽系统53.90公里，并拥有青草沙水库、陈行水库以及金泽水库三座大型民用水库[1]。近年来，公司在设备管理水平规范化和高效化方面不断探索。为了打造智慧供水、安全供水企业，公司引进基于物联网的机泵健康评价系统[2]，将物联网技术融入到设备管理中。物联网技术[3，4]是一场继计算机技术、互联网技术和移动通信技术之后的又一次信息产业变革。物联网的萌芽诞生于20世纪30年代，即第二次世界大战期间。之后世界各国朝着“物联网”梦不断前进。2009年1月，时任美国总统奥巴马支持IBM公司提出的“智慧地球”的想法，并将其提升为美国国家战略以刺激美国经济复苏。物联网作为“智慧地球”的重要技术，将引起新的信息技术革命。2010年3月，物联网首次被写入我国政府工作报告，物联网技术的发展进入国家层面，被提升到国家战略。物联网技术在智慧电力、智慧医疗、智慧城市和智慧交通、智慧供水等领域发展迅速。近年来，科研工作者将物联网技术引入设备全生命周期管理中，并对其关键技术进行研究，取得了显著成果。
文献[5]研究了基于物联网的设备生命周期管理，以抄表环境为典型案例，研究抄表环境下使用物联网技术，结合设备全生命周期管理理论，管理仪表（包括燃气表，暖气表，水表，电表），网关等众多设备的问题。文献[6]针对传统电力通信资源管理自动化水平不高的问题，将物联网技术和资源管理相结合，提出一种基于物联网的电力通信资源全生命周期管理模式。文献[7]讲述了现有的设备管理系统（EAM/TPM/ERP）注重基于软件的管理层面，造成系统“下不接地”特点，系统故障诊断因不能很好与企业现有管理体系相结合，造成“上不着天”的特点。为解决上述问题，提出将故障诊断技术与设备管理相结合，研制一套适合工业企业应用的“顶天”“立地”的实用系统，即为全生命周期管理系统（ETM）。文献[8]研究了全生命周期管理系统中的综合评价技术，并用实例对设备的实时有效的信号进行分析和状态评价，提供了设备的管理水平和效率。在上述文献基础上，本文将继续论证物联网技术在机泵设备全生命周期管理中的应用。
2 设备全生命周期管理
2.1 特点
针对大型旋转设备，实行以设备采购为起点，以设备报废为终点的信息化设备管理，进行设备的点检管理，精密分析和在线监测与故障诊断管理、设备检修管理、备品备件管理，实现对设备的规划、设计、制造、选型、购置、安装、使用、维护、维修、改造、更新直至报废的全过程进行管理。ETM以设备综合效率（ OEE ）最大化和全生命周期费用（LCC）最小化为目标。如图1所示，设备全生命周期管理是以PDE为核心，融入EAM、PAM、TPM等系统先进的管理理念，将设备点检、精密检测、状态监测与故障诊断融入到设备管理中，实现企业设备资产效益最大化管理。
2.2 网络拓补图
基于物联网技术的机泵设备全生命周期管理是集团集中部署，分厂管理的系统，监测数据来源于不同分厂采集到的振动数据（在线或点检数据）、PLC等数据，来源于EAM/MIS/OA等外部平台数据。远程诊断专家借助物联网技术，使用智能终端（电脑或手机）可实时浏览监测数据、对设备异常情况进行分析，并给出诊断建议。分厂可根据实际情况，部署基于物联网的在线监测系统（eM3000）实时监测设备异常情况，可借助智能点检仪（PAMS）和精密分析仪（PDES）对机泵设备进行定期点检或离线精密诊断。
2.3 功能架构图
如图3所示，功能架构包括6层，分别是硬件层、数据层、支持层、核心业务层、决策层和表现层。通过硬件层采集数据，数据层提供数据接口，支持层提供工作流引擎等接口，核心业务层提供设备前期、中期和后期的管理手段，决策层提供设备OEE等决策结果，表现层用于数据展现，支持电脑或手机浏览、消息提醒。系统总体业务以设备为核心，以设备综合监测，综合评价来发现和确定问题，通过缺陷管理、采用企业消缺流程方式、通过一定的维修策略来恰当安排维修来解决问题，形成管理的闭环，如图4所示。从管理方面，ETM系统博采众长，从现有EAM、TPM、MIS系统上吸取优点，并以PDE为核心，融合设备前期管理、设备资产管理等功能。系统基于面向物联网B/S多层架构，模块化设计原则；实现基本模块与扩展模块的自由组合。
3 全生命周期管理在机泵设备的应用
如图5所示，上海城投原水有限公司青草沙水库取水泵房立式机泵示意图和测点分布图。电机上导和下导和泵外壳处部署加速度传感器，泵轴摆度部署电涡流传感器。电机上导、推力、定子、下导和空冷进/出温度采用温度传感器。电机转速采用转速传感器。电机电流测量采用电流互感器。水位测量仪和流量计分别用来测量水位和机泵出口流量。采用传感器技术和物联网技术将机泵监测的振动或工艺数据采用数据接口，存入本地数据库服务器，亦可通过ETM底层接口，将采集数据通过有线或无线网络传输到集团级数据库服务器存储。根据图3所示，当设备发生报警时，按照图4中ETM闭环管理流程，将触发综合分析系统，进行工程师或专家诊断（必要时启动远程诊断专家系统），给出维修措施，供设备管理部门进行决策，发起维修工单，申请设备备件，实施维修或抢修作业，进而消除故障引发的报警。通过以上步骤，原水公司可以科学有效的对机泵设备进行全生命周期管理。通过将机泵健康状态监测系统与机泵设备资产管理系统的有机结合，全生命周期管理系统可将设备供应商、设备诊断专家、设备维修单位有机联系在一起，做到设备故障及时发现，设备损坏部件及时更换，设备维修工作及时处理，促进机泵设备安全高效的运行。
进行全生命周期管理可随时掌握机泵设备的运行状态及发展趋势，由于许多故障的发生都是由轻到重的过程，通过对异常信号的检测，能够早期发现设备潜在的故障，避免或减少事故的发生，延长设备使用寿命，提高设备利用率，通过基于故障风险的维修决策体系可以合理确定维修策略，通过对设备的状态分析，可以确定合理的检修时机和检修方案，能够促进检修模式从事故检修、定期检修向视情检修、状态检修的科学模式的转变，避免不必要的停机，可以有效减少维修环节，提高维修效率，降低维修投入，节约生产成本。
4 结论
基于物联网技术，以设备诊断工程（PDE）为核心的全生命周期管理是供水企业信息化的重要手段，是促进企业经济效益提升的重要途径。机泵设备是供水企业的关键设备，对机泵设备进行全生命周期管理可极大提高设备综合效率和降低设备全生命周期费用，具有十分重要的现实意义。
参考文献
[1]城投原水公司简介[EB].2017.http://www.smirawwater.com /?page_id=134.
[2]闵家万,张仁军.基于物联网的机泵健康评价系统在原水厂的应用[A].第九届中国城镇水务发展国际研讨会与新技术设备博览会[C],2014.
[3]物联网技术及应用[M].清华大学出版社，薛燕红,2011.
[4]姚旭东.国内外物联网技术发展的比较研究[D].成都：西南交通大学,2012.
[5]马金明.基于物联网的设备生命周期管理的研究与实现[D].北京：北京邮电大学，2013.
[6]钟清,阙华坤,陈锐民等.物联网技术在设备全生命周期管理中的应用[J].计算机工程,2012(5).
[7]韩捷,雷文平,陈磊.基于ETM的设备全生命周期管理系统研究[J].振动与冲击.2014,33(S):16-18.
[8]岳佳佳,雷文平,韩捷.设备全生命周期管理系统的综合评价研究[J].设备管理与维修.2016(2).
论文作者:夏昇,李永耀,李得保
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/19
标签：设备论文; 生命周期论文; 技术论文; 系统论文; 数据论文; 管理系统论文; 原水论文; 《电力设备》2017年第17期论文;