安科瑞 陳聰

摘要：自動化控制技術(shù)在供水領(lǐng)域被廣泛使用，主要控制流量、壓力等參數(shù)，未來需要實現(xiàn)供水業(yè)務的全過程、全系統(tǒng)控制。智慧水務以大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)及以太網(wǎng)為核心支撐技術(shù)，實現(xiàn)供水系統(tǒng)的智能化控制和管理。文章將智慧水務與傳統(tǒng)供水進行對比，分析智慧水務的應用優(yōu)勢，旨在通過智慧水務建設(shè)提高供水效能，實現(xiàn)節(jié)約水資源、節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：智慧水務；傳統(tǒng)供水；智能控制

隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)不斷發(fā)展，新技術(shù)被廣泛應用于供水、供電、交通等領(lǐng)域，智慧城市建設(shè)進一步展開。生態(tài)文明建設(shè)過程，需要構(gòu)建人與自然和諧共生的環(huán)境，建設(shè)節(jié)約型社會的重要環(huán)節(jié)之一是節(jié)約淡水資源，應合理利用、開發(fā)水資源，充分利用數(shù)據(jù)采集與傳送、在線監(jiān)控、后臺分析與處理等技術(shù)手段對供水系統(tǒng)進行多方位實時感知、分析及處理，對供水系統(tǒng)進行智能化管理。文章介紹智慧水務的概念，將其與傳統(tǒng)水務對比，分析智慧水務的應用優(yōu)勢，為智慧水務的進一步發(fā)展提供參考。

1 智慧水務概述

智慧水務將新一代信息技術(shù)與水務技術(shù)深度融合，能夠充分發(fā)掘數(shù)據(jù)價值和邏輯關(guān)系，實現(xiàn)水務業(yè)務系統(tǒng)的控制智能化、數(shù)據(jù)資源化、管理準確化、決策智慧化，保障水務設(shè)施安全運行，使水務業(yè)務運營更效率、管理更科學、服務更體貼。

智慧水務利用數(shù)據(jù)采集傳輸儀、無線網(wǎng)絡(luò)等在線設(shè)備對供排水系統(tǒng)運行進行實時感知，同時利用可視化方式將管理部門和供排水設(shè)施進行有機整合，構(gòu)成水務物聯(lián)網(wǎng)，對相關(guān)信息進行分析處理，對整個水務系統(tǒng)進行智慧化管理。傳統(tǒng)的管網(wǎng)控漏措施具有一定效果，利用工程管理、精細水量分析等措施能夠提高管網(wǎng)運行效率，與智能信息系數(shù)結(jié)合實現(xiàn)信息共享，各環(huán)節(jié)共同構(gòu)成系統(tǒng)化的信息決策方式，實現(xiàn)合理調(diào)配水質(zhì)、水量和水壓，降低運行成本，提高運行效率以及供水質(zhì)量，有效管控管漏，推動智慧水務持續(xù)發(fā)展。智慧水務功能如圖1所示。

圖1智慧水務功能

2 智慧水務系統(tǒng)的作用

智慧供水能夠自動采集水源、輸水管線、泵站、供水管網(wǎng)等單元從數(shù)據(jù)監(jiān)控開始至終端用戶的用水量等相關(guān)數(shù)據(jù)，建立覆蓋全系統(tǒng)的供水調(diào)度監(jiān)測體系，結(jié)合管網(wǎng)GIS系統(tǒng)、管網(wǎng)水力模型、供水調(diào)度管理等系統(tǒng)，形成智能供水調(diào)度管理信息平臺，實現(xiàn)調(diào)度運行的實時監(jiān)控、供水變化趨勢預測及應對、突發(fā)事件預警及應急處置等輔助決策功能，實現(xiàn)供水系統(tǒng)綜合自動化管理，提升供水系統(tǒng)智能化管理水平。

2.1水源及泵站運行自動化

水源及泵站自動化控制主要包括過程控制、周界控制、門禁控制。其中，過程控制包括地下水提升泵或地表水取水泵的啟停、蓄水池的高低液位、加壓泵的啟停及出水流量與壓力、水處理系統(tǒng)的運行、管網(wǎng)不利點壓力控制等。智慧水務利用流量變送器、壓力變送器、變頻控制器等將設(shè)備運行狀態(tài)、流量、壓力、電流、電壓等過程控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號傳輸至處理器，實現(xiàn)水源及泵站的本地控制、集中控制和遠程控制。通過電子圍欄、紅外感應報警器、可視監(jiān)控器、門禁系統(tǒng)等設(shè)備，加強水源地、泵站等安全區(qū)域的周界、門禁的安防管控，實現(xiàn)本地控制、集中控制和遠程控制。在智慧水務調(diào)度平臺實現(xiàn)對水源地及泵站的智能化管理。

2.2管網(wǎng)運行可視化

隨著供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)在智慧水務調(diào)度平臺上的應用，結(jié)合水力仿真模型，利用雷達、無人機等技術(shù)手段對供水系統(tǒng)管道埋深走向、管徑大小、閥門及閥門井分布等管道與附件實施多方位測量，并對管網(wǎng)所處環(huán)境進行測量，建立供水管網(wǎng)的三維空間模型，在管道沿線區(qū)域、管網(wǎng)不利點等設(shè)置流量、壓力監(jiān)測點，安裝監(jiān)視器，或全線安裝分布式光纖管道泄漏檢測系統(tǒng)對管線進行多點段檢漏監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)、信號傳輸至智慧水務調(diào)度平臺，實時監(jiān)測管網(wǎng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)供水管網(wǎng)的可視化管理。

2.3計量信息化

對超聲波及電磁流量計等智能計量設(shè)備加裝傳感系統(tǒng)、壓力傳感器，實現(xiàn)水源井、泵站、管網(wǎng)、用戶的水量自動化監(jiān)測、采集與計量。水量抄收部門將水量計量設(shè)備準確定位、聯(lián)網(wǎng)，減少抄表、計量、收費的工作量，用戶利用互聯(lián)網(wǎng)、手機APP實時查詢，進行繳費，可以通過階梯量化用水的方式提醒用戶，改變用水習慣，達到節(jié)約用水效果。

2.4運營智能化

隨著智慧水務系統(tǒng)應用，智慧水務調(diào)度平臺發(fā)揮強大的作用，供水營銷實現(xiàn)智能化。根據(jù)供水需求，水務集團在人員相對密集區(qū)設(shè)立智能化營業(yè)廳，實行開放式的智能化自助服務。在智慧營業(yè)廳設(shè)置自助繳費機、多功能一體式業(yè)務機等設(shè)備，用戶可以利用實名認證實現(xiàn)繳費、修改、查詢、認證、申報等業(yè)務辦理，營業(yè)廳設(shè)置網(wǎng)絡(luò)呼叫設(shè)備，用戶可以一鍵應急實現(xiàn)遠程人工服務，隨時報備應急故障，分析供水系統(tǒng)出現(xiàn)的事故隱患，及時處理供水系統(tǒng)運行、營銷等方面的故障。

3 智慧水務對傳統(tǒng)供水的影響

3.1傳統(tǒng)水務存在的問題

管理模式老化，不能及時掌握管系統(tǒng)運行狀態(tài)及變化，管理水平較低；設(shè)備手動操作，人工巡視，運行數(shù)據(jù)留存、查詢不便；網(wǎng)壓力不可控，造成爆管等供水事故；管網(wǎng)監(jiān)控不到位，管網(wǎng)漏損率高；計量設(shè)備多為電磁流量計、超聲波流量計、機械水表、磁卡水表等，需要人工現(xiàn)場抄表計量，易造成水量漏計、錯計；抄表不及時、繳費單送達不及時、計時設(shè)備校核不及時、計量不準確、窗口服務不到位等，影響傳統(tǒng)水務對外服務的形象；水務調(diào)度不能很好地發(fā)揮其作用，缺乏整體性，數(shù)據(jù)傳輸、收錄、查詢不連續(xù)，不能對供水運行、安防、管理的進行全過程監(jiān)控，未實現(xiàn)效率管理，準確調(diào)控的供水要求。

3.2智慧水務與傳統(tǒng)供水的對比

與傳統(tǒng)供水相比，智慧水務建立專用網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)供水系統(tǒng)運行、管理信息化、數(shù)字化、可視化，提高供水質(zhì)量安全和服務水平。

傳統(tǒng)供水與智慧供水模式對比如表1所示。

表1傳統(tǒng)供水與智慧供水模式對比

3.3智慧水務的優(yōu)勢

(1)提升供水系統(tǒng)集約化管理水平。

智慧水務的智能化管理系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)供水的人工化管理模式，集成水源、泵站、管網(wǎng)等的運維、供水營銷、決策管理等要素，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集約化管理，提高供水運維管理質(zhì)量。

(2)提升供水系統(tǒng)信息化管理水平。

智慧水務應用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，實現(xiàn)了資源、信息共享，扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)供水中不同控制目標及業(yè)務功能獨立運行導致信息不暢的局面，為智慧水務資源、信息的建檔立制提供便利，實現(xiàn)系統(tǒng)運維、供水營銷、決策管理等數(shù)據(jù)的連續(xù)性、實效性、長久性，為供水行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

(3)提升供水系統(tǒng)精細化管理水平。

應用GIS地理信息系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)供水系統(tǒng)的三維動態(tài)管理，運用BIM系統(tǒng)實現(xiàn)人員、材料、機械的管理，確保制度嚴格、操作規(guī)范、資金流動準確。在提高供水系統(tǒng)設(shè)備、儀器智能化水平的同時，加強高層次的專業(yè)技術(shù)人才和技術(shù)技工的培訓力度，使供水系統(tǒng)運維、管理更加科學，降低管網(wǎng)的漏損率。

(4)提升供水效率化管理水平。

智能客服的應用實現(xiàn)了水費查詢、水表報裝、直飲水售后、水表戶主變更等多個無人化服務支撐的業(yè)務場景；打造真實互動語音體驗，支撐水費催收、防澇預警、滿意度回訪等多個業(yè)務場景。通過界面操作、語音識別、圖形提示等功能，提高供水質(zhì)量和服務水平，扭轉(zhuǎn)供水形象，提高民眾的信任度。

4 智慧水務系統(tǒng)的具體應用

4.1建立自動化辦公系統(tǒng)

基于自動化管理平臺，改進日常管理模式，對日常辦公進行數(shù)字化管理，采用視頻會議、釘釘辦公、即時通信、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)仁侄?，細化公文處理流程，簡化請假手續(xù)，減少紙質(zhì)文件，實現(xiàn)電子化、可視化、簡約化辦公。

4.2建立智慧水務集中調(diào)度中心

水務采用地下水為水源，設(shè)置水源井全過程在線監(jiān)測(控)點36個，泵站加壓泵全過程在線監(jiān)測 (控)點42個，水處理、凈化設(shè)備全過程在線監(jiān)測 (控)系統(tǒng)4套，供水水質(zhì)在線監(jiān)測站點6個，管網(wǎng)壓力監(jiān)測點34處，地下通道低洼處洪澇災害監(jiān)測點4處。目前，智慧水務調(diào)度中心實時監(jiān)控水源井與泵站(蓄水池)的水位、水壓和流量數(shù)據(jù)和水處理與凈化系統(tǒng)全過程控制數(shù)據(jù)、管網(wǎng)所有壓力監(jiān)測點數(shù)據(jù)以及地下通道低洼處水位以及配電設(shè)備電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)報警功能，遠程控制供水系統(tǒng)可以實現(xiàn)水源地、泵站無人值守和管網(wǎng)可視化管理，提升供水系統(tǒng)智能化管理水平，確保供水系統(tǒng)運行的安全、可靠、經(jīng)濟。

4.3建立供水管網(wǎng)可視化三維仿真模擬系統(tǒng)

利用雷達、無人機等技術(shù)手段對全區(qū)約20km2范圍內(nèi)的供水管網(wǎng)埋深走向、管徑大小、閥門及閥門井分布等數(shù)據(jù)和管網(wǎng)所處環(huán)境實施多方位測量，建立供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，實時監(jiān)測管網(wǎng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)供水管網(wǎng)的三維空間可視化管理。在輸水主管道上全線安裝分布式光纖管道泄漏檢測系統(tǒng)，對管線進行多點段檢漏監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)、信號傳輸至智慧水務調(diào)度中心，實現(xiàn)管網(wǎng)漏損智能化預警與定位，預防爆管、漏水等事故。

4.4設(shè)置閥門井蓋監(jiān)控系統(tǒng)

結(jié)合供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，對主路、人口密集區(qū)等關(guān)鍵部位57處閥門井井蓋內(nèi)加裝感應報警器，對井蓋的狀態(tài)進行實時監(jiān)控。井蓋被打開或遭到破壞時，感應器及時報警，準確相應位置，便于工作人員及時處置，防止閥門井蓋被打開或井蓋破損造成人員車輛損傷。

4.5建立智能抄表計量系統(tǒng)

安裝和改造智能水表約4000塊，實現(xiàn)遠程抄表，完善水費繳費、用水報裝業(yè)務信息系統(tǒng)功能。建立智能營業(yè)大廳，在銀行、超市、學校、醫(yī)院、商業(yè)區(qū)等人口密集區(qū)安裝8套智能終端機，完成網(wǎng)上繳費、用水報裝，線上線下多措并舉，提升供水服務質(zhì)量。用戶可以通過管理平臺呼叫系統(tǒng)進行信息反饋，水務公司得到用戶的反饋信息，對系統(tǒng)設(shè)備、供水管網(wǎng)進行及時處理。

5 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

1.平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

2.平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務后勤部門管理需要。

3.平臺拓撲圖

4.平臺子系統(tǒng)

4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

4.4能耗管理

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能的目的。

4.6電氣安全

4.6.1電氣火災監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

4.6.2消防應急照明和疏散指示

根據(jù)預先設(shè)置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

4.6.3消防設(shè)備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設(shè)備可以正常投入使用。

4.6.4 防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.7 環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常。

5 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

1.電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

6 結(jié)語

隨著水務行業(yè)不斷向信息化、智能化發(fā)展，智慧水務利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段與供水運行模擬仿真系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)等充分結(jié)合，實現(xiàn)可視化、智能化運行管理，顯著提升供水能力和水平。智慧水務是智慧城市的重要組成部分，建設(shè)智慧水務能夠推動智慧城市建設(shè)。

參考文獻

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