二十一号线水泵增加频繁启泵、超时运行报警功能改造--中国期刊网

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二十一号线水泵增加频繁启泵、超时运行报警功能改造

发表时间：2020/12/31 来源：《基层建设》2020年第24期作者：林祥辉邱彬梁永萍

[导读] 摘要：本文从安全生产实际需求出发，针对水泵没有频繁启动和超时运行报警功能的现状，对二十号线全线BAS程序进行升级改造，实现调度对水泵异常状态的监视，增强了对于水泵安全隐患发现能力。

        广州地铁集团有限公司
        摘要：本文从安全生产实际需求出发，针对水泵没有频繁启动和超时运行报警功能的现状，对二十号线全线BAS程序进行升级改造，实现调度对水泵异常状态的监视，增强了对于水泵安全隐患发现能力。同时，该软件升级改造的算法思想具有通用性，对后续线路改造具有一定参考意义。
        关键词：环境与设备监控系统；水泵；频繁启动检测；长时间运行检测
        一、项目背景
        （一）技术背景
        根据设计要求，在车站出入口、风亭等部位设置给排水系统用于雨水、污水、废水排放。泵组要求为“一用一备，轮流使用，必要时同时使用”。BAS与水泵采用硬线接口，接口位置在水泵控制箱接线端子。水泵侧为无源节点，由BAS提供24V直流电源至水泵公共端。
        BAS监视的状态信息包括启停状态、故障报警、高水位报警、低水位报警、手动/自动、电源故障等。BAS将收到的状态信息上传至综合监控系统，从而实现调度对水泵状态的监视。

        图1 信息流程图
        原设计文件未要求对现场启动频繁启动、长时间运行等异常运行场景进行监视。现通过在BAS PLC水泵程序块增加水泵运行次数计数器，运行定时器程序，实现BAS对现场水泵异常运行情况的监视，再将BAS点表提交至主控修改数据库，实现调度对水泵异常运行状态的监视。
        整个改造过程只需对BAS PLC程序和主控数据库及人机界面进行升级修改，无需对现场硬件设备进行改动。
        （二）用户需求
        根据设备性能和环控调度监视需求，当水泵在三十分钟内启动两次定义为频繁启动，当超过此频率时，可能现场是否存在异常。调度收到报警信息时组织人员对设备进行检查，防止水泵异常导致现场水流溢出造成影响行车、客运等造成影响。
        单次启动超过三十分钟定义为长时间运行，当超过此时间时，可能现场是否存在异常，如浮球卡住等。调度收到报警信息时组织人员对设备进行检查，防止水泵异常导致现场水流溢出造成影响行车、客运等造成影响。
        （三）整体情况
        改造涉及二十一号线全线20个车站，共计137组水泵。整个改造过程分为可行性讨论阶段、单点车站测试阶段、全线推广阶段，从2019年8月至2020年3月历时8个月完成。
        二、改造过程
        （一）可行性讨论阶段
        2019年6月14日，在镇龙车辆段综合楼802会议室，中心安全技术部主持召开了知识城、十四、二十一号线水泵增加长时间运行、频启报警等功能沟通会，确定了二十号线全线增加水泵超时运行报警和频启报警功能，定义当水泵在三十分钟内启动两次定义为频繁启动，单次启动超过三十分钟定义为长时间运行。。
        考虑二十一号线原水泵程序块预留点位不足，在原程序块中添加程序后，原有水泵功能点表地址需重新排列，原有水泵功能需重新调试问题，决定二十一号线采用单独增加程序方案实现长时间运行报警和频启报警功能。
        对于此改造，以员村车站主废水泵B-F-21401-1A/1B为例，需增加A泵超时运行报警、B泵超时运行报警、A泵频繁启动报警、B泵频繁启动报警、频繁启动报警确认共五个点位。其中频繁启动报警确认对A泵频繁启动报警、B泵频繁启动报警进行确认；超时运行报警无需确认，当处于超时运行报警的水泵停止后自动消除。
        对于超时运行报警功能，如下图只需在程序设置计数器，累计至三十分钟输出报警。

        图2 超时运行报警梯形图
        对于频繁启动报警，逻辑如下：考虑到三十分钟启动两次才满足报警要求，计数器方面，当两次启动之间时间超过三十分钟时，最后一次启动将纳入下个三十分钟；计时器方面，不管计数器当前数值，当一个计时周期满时重置，直到下一个计时器触发条件被触发再次开始计时。因此考虑设置一个不间断计数器，由于报警触发值为2，能表达该状态的最低状态字为3，用3对不间断计数器进行求余，则当前计数器值可以表达为3n，3n+1，3n+2，对应余数为0，1，2，从而对应三个计数值为2的计数器分别在三十分钟内从0计数到2，从1计数到下一个循环的0，从2计数到下一个循环的1。

        图3 算法原理图
        梯形图如下：

        图4 频繁启动报警梯形图
        （二）单站试点情况
        2019年8月份，针对可行方案，选取黄村站作为试点车站，选取车站废水泵B-F-21404-3A/3B作为测试对象，下载测试版软件，测试程序逻辑是否可行；
        同时对BAS工作站上位进行更新，修改上位点表如下。

        图5 上位生成点表
        经过现场BAS出线端子短接信号，连续两次短接后，工作站可以收到频繁启动报警信号，持续短接三十分钟后能够收到超时运行报警并对报警进行确认。

        图6 现场BAS工作站界面
        现场测试和讨论发现，BAS工作站可以对超时运行报警进行确认，但由于实际现场还处于运行状态，清除的报警会重复报出，考虑到调度实际使用环境以及设备逻辑，将超时运行报警改为无需确认，现场设备正常后自动恢复。
        （三）全线推广
        完成单站测试后，提交程序至厂家进一步修改完善，提交至主控更新点表。

        图7 主控点表
        2020年3月，BAS完成全线水泵程序点表修改，提交至主控完成补丁更新，最终实现水泵频繁启动报警和超时运行报警功能。
        为方便调度集中监控，主控功能界面单独对单站水泵报警进行了汇总，界面如下：

        图8 主控报警汇总界面
        当出现超时运行报警或者频繁启动报警时会在界面以红色字体显示出来，同时报警栏也会显示对应报警记录。
        三、使用情况及数据分析
        以天河智慧城至水西站（该区段实际情况最为复杂，包括了车站、中间风井、区间泵房、车场出入线段）作为典型区段进行分析。

        从上表4月至10月归档数据可以得知：
        1.对比同一站水泵频繁启动报警次数和超时运行报警次数，可得知水泵运行特点是多次数，但单次持续工作时间较短。
        2.观察报警水泵区域主要集中在区间水泵，表中的科学城未设置区间水泵，该站报警数量基本为0；而在有多个区间水泵的车站如水西，区间废水泵泵房和出入线段废水泵房均设有区间水泵，而出入线段的区间水泵报警次数显著多于区间废水泵泵房区间水泵报警次数，主要原因是因为出入线段水量较大。
        3.观察水泵报警分布时间段，主要分布在5月至9月份，5月份之前基本上没有报警次数，而5月至9月报警次数也呈现一个很明显的上升趋势，这与广州各月份雨量分布图基本一致。

        图9 广州月平均降雨量（数据来源：国家气象科学数据中心）
        维护建议：
        1.雨季来临前，大约每年4月份，对风井、出入线段区间水泵设备状态进行检查维护，确保设备状态良好。
        2.雨季结束后，大约每年10月份下旬，对水泵状态进行检查维护，防止设备损耗。
        四、总结
        整个改造从可行性探讨到最终实现目标功能，采取从下而上的顺序，首先对程序进行自主修改测试，再完善接口点表，最后更新主控人机界面。
        在人员使用方面，实现了调度对水泵状态监视，该改造能够协助项目人员和调度更快地发现设备不良状态，实现对设备状态更全面的把控。
        在设备维护方面，频繁启动报警和长时间运行报警统计数据对设备检修检查具有指导意义。
        在生产安全方面，该功能做到设备安全隐患早发现，防止因设备问题影响行车、客运。
        在人员技能方面，程序的早期修改测试均自主完成，促使员工进一步了解BAS程序逻辑，提高了技能水平。