原水输水泵站设备故障诊断和健康分析评估系统
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行，效果显著，极大地提高机组运行的安全性和可靠
性，同时通过预知维修模式的推广提高了维修的经 济性。
1 机泵健康监测评估系统
健康评估系统的总体逻辑拓扑结构如图1 所 示，系统针对原水公司各主要泵站做了整体规划，并 首先将青草沙原水厂五号沟泵站、金海泵站、冷却水 泵站，统一纳入设备健康状态监测评估系统进行集 中监测和状态评价。系统的总体架构也考虑到黄浦 江原水厂，长江原水厂，松浦原水厂，青草沙水库管 理分公司，逐步把这些泵站接入到系统中，实现了全 覆盖。考虑到各泵站监测的及时性和数据的完整 性，系统采用“三级冗余”策略，即在泵站级、分厂级 和集团级均安装了数据库、部署了系统，监测数据和 计算结果可在泵站本地存储和查看，并向上一级汇 总。公司总部管理中心可以完整浏览所有泵站检测 数据和健康评估结论。
设备总体健康评估体系，客观评价机组总体健康状况，同 时 针 对 交 变 工况下如何进行温度的归一化评价，利用专家系统进行
异常故障的精确定位，并给出相应的解决思路。应 用 表 明 ，该系统可客 观 有 效 地 掌 握 机 组 总 体 状 况 ，提高设备故障诊断的准 确 性 和 预 知 维 修 水 平 ,具 有 较 好 的 推 广 应 用 价 值 。 关 键 词 设 备 健 康 评 估 归 一 化 评 价 PARK矢 量 法 专 家 系 统 预 知 性 维 修 中图分类号：TU991.3 文献标识码：B 文章编号：1009 - 0177(2017)06 - 0100 - 07 D O I ：10.15890/ j .cn ki.jsjs.2017.06.017
Assessment System of Equipment Fault Diagnosis and Health Analysis for Raw Water Delivery Pumping Station
Li G u o p i n g
( Shanghai Chengtou Raw Water Co., Ltd., Shanghai 200120, China)
a n d creating e c o n o m i c benefits, the general e q u i p m e n t health a s s e s s m e n t is d e v e l o p e d b y collecting inform a t i o n of 7 m a i n i n d e x e s s u c h
—运行时间权值； ^ 一效率单项 评 价 值 ，指机泵的 实 时 效 率情况； '一 效 率 权 值 ； ^ 一 电 流 单 项 评 价 值 ，将 电 气 常 见 故 障 的敏感参数进行量化后进行分级； % —电流权值； 匕一设备的综合评价值。
图 2 综合健康评价7 大指标
Fig.2 7 M a i n Indexes of Comprehensive Health Assessment
as vibration, processing, electric, inspection, am b i e n t temperature. T h e system also gives a n idea of temperature normalization
processing u n d e r c h a n g i n g conditions, a n d accurate j u d g e m e n t of a b n o r m a l e q u i p m e n t fault diagnosis b y the expert system. Application
一 102 —
图 3 综合健康评价结果显示
Fig.3 Result of Comprehensive Health Assessment
1 . 1 基于多指标的机泵健康评估 根据“短板原理”，即机泵的总体状态取决于状
态最差的环节，系统采用了图2 中7 大指标来反应
机组的总体健康状况。 图2 中每个单项指标均取值为1、2、3、4四个值
一 101 —
李国平.
原水输水泵站设备故障诊断和健康分析评估系统
V〇1.36,N〇.6,2017
份 一 运 行 时 间 单 项 评 价 值 ，指累计运行 时间（h ) ，反应机组的老化情况；
系 统 评 价 结 果 在 P C 界 面 显 示 如 图 3 所 示 ，同 步在手机A P P 显示如图4 所示。
其 中 ：V —振 动 单 项 评 价 值 ，振动评 价 值 取 多 个 分 项指标的最大值，分项指标主要包 括 通 频 、各 倍 频 以 及 轴 承 能 量 值 等 ； W V —振动权值； T 一 温 度 单 项 评 价 值 ，采 用 归 一 化 的 温 度评价策略确定其级别； WT —温度权值； R —润 滑 单 项 评 价 值 ，润 滑 信 息主要指 润滑超期情况和润滑优质检测结果的量 化等级； WR —润滑权值； - 一 点 检 单 项 评 价 值 ，与该机组相联系 的点检项目反映状态最差等级； W5 —点检权值；
Wv
⑴
序号
1 2 3 4
表 1 总体健康评价结果取值范围 Tab.1 Value Range of Results for
Comprehensive Health Assessment
数值范围
[1.0— 1.2 ) [1.2 — 1.5) [1.5— 1.8) [1.8— 4.0)
健康状态
良好 可用 需检查 需停机
expert system predictive maintenance
上海城投原水有限公司是上海唯一一家从事原水 开发、利用、保护、运行、维护和管理的大型专业化公
m 司。青草沙原水系统作为上海三大原水系统之一，承
担了举足轻重的作用，日供水规模达到708万 3[H4]。 其中五号沟泵站是亚洲最大的枢纽泵站，共有2 4 台
s h o w s that the health a s s e s s m e n t s y s t e m reflects general health c ondition of p u m p units objectively a n d effectively, i m p r o v e s a c c u r a c y of
A b s t r a c t L a r g e variable-frequency p u m p s are k e y e q u i p m e n t of city r a w w a t e r s u pply, w h i c h are a l w a y s o p erated u n d e r c o m p l e x a n d
净水技术 2017,36(6): 100-106
Water Purification Technology
李国平•原水输水泵站设备故障诊断和健康分析评估系统[ J ]•净水技术，2017,36(6):100-106. Li Guoping.Assessment system of equipment fault diagnosis and health analysis for raw water delivery pumping station[J].Water Purification Technology, 2017,36(6) :100-106.
一 100 —
பைடு நூலகம்
WATER PUR净IFIC水AT技ION术TECHNOLOGY
V〇1Ju.3ne62,N5t〇h,.62,0217017
报警策略不能适应不同运行工况，极易产生故障的 漏报和误报;3 ) 对于异常设备没有进一步的故障性 质和位置的判别，不能有效地指导设备维修工作。
为了更好地保障设备安全，杜绝事故，从根本上 改变传统的计划维修模式、节约维修成本，提高设备 管理水平，结合原水设备管理特点，特别构思了一套 设备健康监测评估系统，该系统综合运用基于信息 融合的综合监测技术，基于多因素模型的综合健康 评估技术，基于智能模糊推理的专家诊断技术，基于 时间系列模型的趋势预测技术，采用形象直观的用 户界面展现方式，使运行人员能更及时、准确掌握设 备技术状况;通过专家诊断系统能帮助寻找故障部 位和原因；明确的综合健康状况评价为“智能调度 系统”提供了有效参数。因而，构建了新一代的智 能设备健康状况评价系统。经过4 年持续跟踪和运
原水输水泵站设备故障诊断和健康分析评估系统
李国平 (上海城投原水有限公司，上 海 200120)
摘 要 大型变频输水泵是城市原水供应的关键设备，长 期 处 于 复 杂 和 频 繁 变 化 的 工 况 下 , 为 保 障 设 备 的 安 全 优 质 运 行，提 高管理水平和效益, 研发了一套设备健康分析评估系统。通过综合采集振动、工 艺 、电气、点 检 、环 境 温 度 等 7 大 指 标 ，建立了
分别表示良好、可用、需维修、危险四个级别。为了计
算总体健康指标，考虑到不同指标对于机组总体健康
状况影响程度不同，采用不同权值来进行总体结果计
算 ，用式(1)表示。为使现场设备的总体健康状态更 易 于 掌 握 ，将 总 体 指 标 按 照 其 取 值 范 围 分 为 四 级 ，如
表 1 所示 ，分别为良好（绿 色 ），可 用 （黄 色 ），需维修
[收稿日期] 2 0 1 7 - 0 1 - 1 2 [作者简介] 李 国 平 （I960— ）男 ，高 级 工 程 师 ，主要从事原水公
司生产技术、原水调度运行、设施设备更新改造和维护 保养以及科研规划等管理工作，电话：（0 2 1 )2 0 3 6 9 5 0 1 。 [本文编辑]魏雨晴
大型立式混流泵，是原水供应中最重要的生产设备。 大型变频混流泵是长期工作在频繁变化的工况中， 存在巨大的安全隐患。加强对此类设备的监测，掌 握设备运行状况变化趋势，及时有效地进行预防性 维护对提高生产效率，保持设备良好状态、减少运行 中的意外故障，具有非常重要的意义。此前，此类机 组大多通过在线监测系统对振动、温度等状态进行 监测[5]，但仍不能满足全面设备管理的要求，主要 体现在：1 ) 各类监测系统独立运行，监测信息不能 有效融合，不能对设备总体状况进行把握;2) 单一
(橙色），停机(红色）四级，如果提示为停机(红色)表 示现场必须停机。通 过 2 〜3 个月运行和评估工作，
确定合理权值，提高评价结果的合理性和真实性。
V x W vV + T x WI T + CCx W r +KR x W v
V=
R + 5 x W s + 份 x W奶+ W x W #
-
-
a WV + WT + WC + WR + W
frequently c h a n g i n g conditions. W i t h the p u r p o s e of ensuring safe a n d g o o d operation of the e q u i p m e n t , u p g r a d i n g m a n a g e m e n t level
e q u i p m e n t fault d iagnosis a n d foresees m a i n t e n a n c e , w h i c h h a s g o o d popularization a n d application value.
K e y w o r d s equip m e n t health assessment normalization evaluation P A R K vector m e t h o d
图 1 健康评估系统拓扑结构图
Fig.1 Topological Structure of Health Assessment Systen
系统综合采集来自振动，工艺、电气、点检、温度 等与机泵健康状态密切相关各个量进行综合监测，
PC APP 分析、评估健康状况，对出现问题进行智能诊断，并
将结果通过 软件、短信，手机 方式进行可视 化展示，以下对系统化的主要特性进行介绍。
性，同时通过预知维修模式的推广提高了维修的经 济性。
1 机泵健康监测评估系统
健康评估系统的总体逻辑拓扑结构如图1 所 示，系统针对原水公司各主要泵站做了整体规划，并 首先将青草沙原水厂五号沟泵站、金海泵站、冷却水 泵站，统一纳入设备健康状态监测评估系统进行集 中监测和状态评价。系统的总体架构也考虑到黄浦 江原水厂，长江原水厂，松浦原水厂，青草沙水库管 理分公司，逐步把这些泵站接入到系统中，实现了全 覆盖。考虑到各泵站监测的及时性和数据的完整 性，系统采用“三级冗余”策略，即在泵站级、分厂级 和集团级均安装了数据库、部署了系统，监测数据和 计算结果可在泵站本地存储和查看，并向上一级汇 总。公司总部管理中心可以完整浏览所有泵站检测 数据和健康评估结论。
设备总体健康评估体系，客观评价机组总体健康状况，同 时 针 对 交 变 工况下如何进行温度的归一化评价，利用专家系统进行
异常故障的精确定位，并给出相应的解决思路。应 用 表 明 ，该系统可客 观 有 效 地 掌 握 机 组 总 体 状 况 ，提高设备故障诊断的准 确 性 和 预 知 维 修 水 平 ,具 有 较 好 的 推 广 应 用 价 值 。 关 键 词 设 备 健 康 评 估 归 一 化 评 价 PARK矢 量 法 专 家 系 统 预 知 性 维 修 中图分类号：TU991.3 文献标识码：B 文章编号：1009 - 0177(2017)06 - 0100 - 07 D O I ：10.15890/ j .cn ki.jsjs.2017.06.017
Assessment System of Equipment Fault Diagnosis and Health Analysis for Raw Water Delivery Pumping Station
Li G u o p i n g
( Shanghai Chengtou Raw Water Co., Ltd., Shanghai 200120, China)
a n d creating e c o n o m i c benefits, the general e q u i p m e n t health a s s e s s m e n t is d e v e l o p e d b y collecting inform a t i o n of 7 m a i n i n d e x e s s u c h
—运行时间权值； ^ 一效率单项 评 价 值 ，指机泵的 实 时 效 率情况； '一 效 率 权 值 ； ^ 一 电 流 单 项 评 价 值 ，将 电 气 常 见 故 障 的敏感参数进行量化后进行分级； % —电流权值； 匕一设备的综合评价值。
图 2 综合健康评价7 大指标
Fig.2 7 M a i n Indexes of Comprehensive Health Assessment
as vibration, processing, electric, inspection, am b i e n t temperature. T h e system also gives a n idea of temperature normalization
processing u n d e r c h a n g i n g conditions, a n d accurate j u d g e m e n t of a b n o r m a l e q u i p m e n t fault diagnosis b y the expert system. Application
一 102 —
图 3 综合健康评价结果显示
Fig.3 Result of Comprehensive Health Assessment
1 . 1 基于多指标的机泵健康评估 根据“短板原理”，即机泵的总体状态取决于状
态最差的环节，系统采用了图2 中7 大指标来反应
机组的总体健康状况。 图2 中每个单项指标均取值为1、2、3、4四个值
一 101 —
李国平.
原水输水泵站设备故障诊断和健康分析评估系统
V〇1.36,N〇.6,2017
份 一 运 行 时 间 单 项 评 价 值 ，指累计运行 时间（h ) ，反应机组的老化情况；
系 统 评 价 结 果 在 P C 界 面 显 示 如 图 3 所 示 ，同 步在手机A P P 显示如图4 所示。
其 中 ：V —振 动 单 项 评 价 值 ，振动评 价 值 取 多 个 分 项指标的最大值，分项指标主要包 括 通 频 、各 倍 频 以 及 轴 承 能 量 值 等 ； W V —振动权值； T 一 温 度 单 项 评 价 值 ，采 用 归 一 化 的 温 度评价策略确定其级别； WT —温度权值； R —润 滑 单 项 评 价 值 ，润 滑 信 息主要指 润滑超期情况和润滑优质检测结果的量 化等级； WR —润滑权值； - 一 点 检 单 项 评 价 值 ，与该机组相联系 的点检项目反映状态最差等级； W5 —点检权值；
Wv
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序号
1 2 3 4
表 1 总体健康评价结果取值范围 Tab.1 Value Range of Results for
Comprehensive Health Assessment
数值范围
[1.0— 1.2 ) [1.2 — 1.5) [1.5— 1.8) [1.8— 4.0)
健康状态
良好 可用 需检查 需停机
expert system predictive maintenance
上海城投原水有限公司是上海唯一一家从事原水 开发、利用、保护、运行、维护和管理的大型专业化公
m 司。青草沙原水系统作为上海三大原水系统之一，承
担了举足轻重的作用，日供水规模达到708万 3[H4]。 其中五号沟泵站是亚洲最大的枢纽泵站，共有2 4 台
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净水技术 2017,36(6): 100-106
Water Purification Technology
李国平•原水输水泵站设备故障诊断和健康分析评估系统[ J ]•净水技术，2017,36(6):100-106. Li Guoping.Assessment system of equipment fault diagnosis and health analysis for raw water delivery pumping station[J].Water Purification Technology, 2017,36(6) :100-106.
一 100 —
பைடு நூலகம்
WATER PUR净IFIC水AT技ION术TECHNOLOGY
V〇1Ju.3ne62,N5t〇h,.62,0217017
报警策略不能适应不同运行工况，极易产生故障的 漏报和误报;3 ) 对于异常设备没有进一步的故障性 质和位置的判别，不能有效地指导设备维修工作。
为了更好地保障设备安全，杜绝事故，从根本上 改变传统的计划维修模式、节约维修成本，提高设备 管理水平，结合原水设备管理特点，特别构思了一套 设备健康监测评估系统，该系统综合运用基于信息 融合的综合监测技术，基于多因素模型的综合健康 评估技术，基于智能模糊推理的专家诊断技术，基于 时间系列模型的趋势预测技术，采用形象直观的用 户界面展现方式，使运行人员能更及时、准确掌握设 备技术状况;通过专家诊断系统能帮助寻找故障部 位和原因；明确的综合健康状况评价为“智能调度 系统”提供了有效参数。因而，构建了新一代的智 能设备健康状况评价系统。经过4 年持续跟踪和运
原水输水泵站设备故障诊断和健康分析评估系统
李国平 (上海城投原水有限公司，上 海 200120)
摘 要 大型变频输水泵是城市原水供应的关键设备，长 期 处 于 复 杂 和 频 繁 变 化 的 工 况 下 , 为 保 障 设 备 的 安 全 优 质 运 行，提 高管理水平和效益, 研发了一套设备健康分析评估系统。通过综合采集振动、工 艺 、电气、点 检 、环 境 温 度 等 7 大 指 标 ，建立了
分别表示良好、可用、需维修、危险四个级别。为了计
算总体健康指标，考虑到不同指标对于机组总体健康
状况影响程度不同，采用不同权值来进行总体结果计
算 ，用式(1)表示。为使现场设备的总体健康状态更 易 于 掌 握 ，将 总 体 指 标 按 照 其 取 值 范 围 分 为 四 级 ，如
表 1 所示 ，分别为良好（绿 色 ），可 用 （黄 色 ），需维修
[收稿日期] 2 0 1 7 - 0 1 - 1 2 [作者简介] 李 国 平 （I960— ）男 ，高 级 工 程 师 ，主要从事原水公
司生产技术、原水调度运行、设施设备更新改造和维护 保养以及科研规划等管理工作，电话：（0 2 1 )2 0 3 6 9 5 0 1 。 [本文编辑]魏雨晴
大型立式混流泵，是原水供应中最重要的生产设备。 大型变频混流泵是长期工作在频繁变化的工况中， 存在巨大的安全隐患。加强对此类设备的监测，掌 握设备运行状况变化趋势，及时有效地进行预防性 维护对提高生产效率，保持设备良好状态、减少运行 中的意外故障，具有非常重要的意义。此前，此类机 组大多通过在线监测系统对振动、温度等状态进行 监测[5]，但仍不能满足全面设备管理的要求，主要 体现在：1 ) 各类监测系统独立运行，监测信息不能 有效融合，不能对设备总体状况进行把握;2) 单一
(橙色），停机(红色）四级，如果提示为停机(红色)表 示现场必须停机。通 过 2 〜3 个月运行和评估工作，
确定合理权值，提高评价结果的合理性和真实性。
V x W vV + T x WI T + CCx W r +KR x W v
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R + 5 x W s + 份 x W奶+ W x W #
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e q u i p m e n t fault d iagnosis a n d foresees m a i n t e n a n c e , w h i c h h a s g o o d popularization a n d application value.
K e y w o r d s equip m e n t health assessment normalization evaluation P A R K vector m e t h o d
图 1 健康评估系统拓扑结构图
Fig.1 Topological Structure of Health Assessment Systen
系统综合采集来自振动，工艺、电气、点检、温度 等与机泵健康状态密切相关各个量进行综合监测，
PC APP 分析、评估健康状况，对出现问题进行智能诊断，并
将结果通过 软件、短信，手机 方式进行可视 化展示，以下对系统化的主要特性进行介绍。