安科瑞 陳聰

摘要：自動(dòng)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，未來(lái)需要實(shí)現供水業(yè)務(wù)的全過(guò)程、全系統控制。智慧水務(wù)以大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)及以太網(wǎng)為核心支撐技術(shù)，實(shí)現供水系統的智能化控制和管理。文章將智慧水務(wù)與傳統供水進(jìn)行對比，分析智慧水務(wù)的應用優(yōu)勢，旨在通過(guò)智慧水務(wù)建設提高供水效能，實(shí)現節約水資源、節能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù)；傳統供水；智能控制

隨著(zhù)大數據、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，智慧城市建設進(jìn)一步展開(kāi)。生態(tài)文明建設過(guò)程，需要構建人與自然和諧共生的環(huán)境，建設節約型社會(huì )的重要環(huán)節之一是節約淡水資源，應合理利用、開(kāi)發(fā)水資源，充分利用數據采集與傳送、在線(xiàn)監控、后臺分析與處理等技術(shù)手段對供水系統進(jìn)行多方位實(shí)時(shí)感知、分析及處理，對供水系統進(jìn)行智能化管理。文章介紹智慧水務(wù)的概念，將其與傳統水務(wù)對比，分析智慧水務(wù)的應用優(yōu)勢，為智慧水務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

1 智慧水務(wù)概述

智慧水務(wù)將新一代信息技術(shù)與水務(wù)技術(shù)深度融合，能夠充分發(fā)掘數據價(jià)值和邏輯關(guān)系，實(shí)現水務(wù)業(yè)務(wù)系統的控制智能化、數據資源化、管理準確化、決策智慧化，保障水務(wù)設施安全運行，使水務(wù)業(yè)務(wù)運營(yíng)更效率、管理更科學(xué)、服務(wù)更體貼。

智慧水務(wù)利用數據采集傳輸儀、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等在線(xiàn)設備對供排水系統運行進(jìn)行實(shí)時(shí)感知，同時(shí)利用可視化方式將管理部門(mén)和供排水設施進(jìn)行有機整合，構成水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)，對相關(guān)信息進(jìn)行分析處理，對整個(gè)水務(wù)系統進(jìn)行智慧化管理。傳統的管網(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，與智能信息系數結合實(shí)現信息共享，各環(huán)節共同構成系統化的信息決策方式，實(shí)現合理調配水質(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(dòng)智慧水務(wù)持續發(fā)展。智慧水務(wù)功能如圖1所示。

圖1智慧水務(wù)功能

2 智慧水務(wù)系統的作用

智慧供水能夠自動(dòng)采集水源、輸水管線(xiàn)、泵站、供水管網(wǎng)等單元從數據監控開(kāi)始至終端用戶(hù)的用水量等相關(guān)數據，建立覆蓋全系統的供水調度監測體系，結合管網(wǎng)GIS系統、管網(wǎng)水力模型、供水調度管理等系統，形成智能供水調度管理信息平臺，實(shí)現調度運行的實(shí)時(shí)監控、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(shí)現供水系統綜合自動(dòng)化管理，提升供水系統智能化管理水平。

2.1水源及泵站運行自動(dòng)化

水源及泵站自動(dòng)化控制主要包括過(guò)程控制、周界控制、門(mén)禁控制。其中，過(guò)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、水處理系統的運行、管網(wǎng)不利點(diǎn)壓力控制等。智慧水務(wù)利用流量變送器、壓力變送器、變頻控制器等將設備運行狀態(tài)、流量、壓力、電流、電壓等過(guò)程控制數據轉換為信號傳輸至處理器，實(shí)現水源及泵站的本地控制、集中控制和遠程控制。通過(guò)電子圍欄、紅外感應報警器、可視監控器、門(mén)禁系統等設備，加強水源地、泵站等安全區域的周界、門(mén)禁的安防管控，實(shí)現本地控制、集中控制和遠程控制。在智慧水務(wù)調度平臺實(shí)現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(zhù)供水管網(wǎng)地理信息系統在智慧水務(wù)調度平臺上的應用，結合水力仿真模型，利用雷達、無(wú)人機等技術(shù)手段對供水系統管道埋深走向、管徑大小、閥門(mén)及閥門(mén)井分布等管道與附件實(shí)施多方位測量，并對管網(wǎng)所處環(huán)境進(jìn)行測量，建立供水管網(wǎng)的三維空間模型，在管道沿線(xiàn)區域、管網(wǎng)不利點(diǎn)等設置流量、壓力監測點(diǎn)，安裝監視器，或全線(xiàn)安裝分布式光纖管道泄漏檢測系統對管線(xiàn)進(jìn)行多點(diǎn)段檢漏監測，將監測數據、信號傳輸至智慧水務(wù)調度平臺，實(shí)時(shí)監測管網(wǎng)運行狀態(tài)，實(shí)現供水管網(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備加裝傳感系統、壓力傳感器，實(shí)現水源井、泵站、管網(wǎng)、用戶(hù)的水量自動(dòng)化監測、采集與計量。水量抄收部門(mén)將水量計量設備準確定位、聯(lián)網(wǎng)，減少抄表、計量、收費的工作量，用戶(hù)利用互聯(lián)網(wǎng)、手機APP實(shí)時(shí)查詢(xún)，進(jìn)行繳費，可以通過(guò)階梯量化用水的方式提醒用戶(hù)，改變用水習慣，達到節約用水效果。

2.4運營(yíng)智能化

隨著(zhù)智慧水務(wù)系統應用，智慧水務(wù)調度平臺發(fā)揮強大的作用，供水營(yíng)銷(xiāo)實(shí)現智能化。根據供水需求，水務(wù)集團在人員相對密集區設立智能化營(yíng)業(yè)廳，實(shí)行開(kāi)放式的智能化自助服務(wù)。在智慧營(yíng)業(yè)廳設置自助繳費機、多功能一體式業(yè)務(wù)機等設備，用戶(hù)可以利用實(shí)名認證實(shí)現繳費、修改、查詢(xún)、認證、申報等業(yè)務(wù)辦理，營(yíng)業(yè)廳設置網(wǎng)絡(luò )呼叫設備，用戶(hù)可以一鍵應急實(shí)現遠程人工服務(wù)，隨時(shí)報備應急故障，分析供水系統出現的事故隱患，及時(shí)處理供水系統運行、營(yíng)銷(xiāo)等方面的故障。

3 智慧水務(wù)對傳統供水的影響

3.1傳統水務(wù)存在的問(wèn)題

管理模式老化，不能及時(shí)掌握管系統運行狀態(tài)及變化，管理水平較低；設備手動(dòng)操作，人工巡視，運行數據留存、查詢(xún)不便；網(wǎng)壓力不可控，造成爆管等供水事故；管網(wǎng)監控不到位，管網(wǎng)漏損率高；計量設備多為電磁流量計、超聲波流量計、機械水表、磁卡水表等，需要人工現場(chǎng)抄表計量，易造成水量漏計、錯計；抄表不及時(shí)、繳費單送達不及時(shí)、計時(shí)設備校核不及時(shí)、計量不準確、窗口服務(wù)不到位等，影響傳統水務(wù)對外服務(wù)的形象；水務(wù)調度不能很好地發(fā)揮其作用，缺乏整體性，數據傳輸、收錄、查詢(xún)不連續，不能對供水運行、安防、管理的進(jìn)行全過(guò)程監控，未實(shí)現效率管理，準確調控的供水要求。

3.2智慧水務(wù)與傳統供水的對比

與傳統供水相比，智慧水務(wù)建立專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現供水系統運行、管理信息化、數字化、可視化，提高供水質(zhì)量安全和服務(wù)水平。

傳統供水與智慧供水模式對比如表1所示。

表1傳統供水與智慧供水模式對比

3.3智慧水務(wù)的優(yōu)勢

(1)提升供水系統集約化管理水平。

智慧水務(wù)的智能化管理系統取代了傳統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(yíng)銷(xiāo)、決策管理等要素，實(shí)現數字化、網(wǎng)絡(luò )化、集約化管理，提高供水運維管理質(zhì)量。

(2)提升供水系統信息化管理水平。

智慧水務(wù)應用大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，實(shí)現了資源、信息共享，扭轉了傳統供水中不同控制目標及業(yè)務(wù)功能獨立運行導致信息不暢的局面，為智慧水務(wù)資源、信息的建檔立制提供便利，實(shí)現系統運維、供水營(yíng)銷(xiāo)、決策管理等數據的連續性、實(shí)效性、長(cháng)久性，為供水行業(yè)可持續發(fā)展提供支撐。

(3)提升供水系統精細化管理水平。

應用GIS地理信息系統能夠實(shí)現供水系統的三維動(dòng)態(tài)管理，運用BIM系統實(shí)現人員、材料、機械的管理，確保制度嚴格、操作規范、資金流動(dòng)準確。在提高供水系統設備、儀器智能化水平的同時(shí)，加強高層次的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才和技術(shù)技工的培訓力度，使供水系統運維、管理更加科學(xué)，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(shí)現了水費查詢(xún)、水表報裝、直飲水售后、水表戶(hù)主變更等多個(gè)無(wú)人化服務(wù)支撐的業(yè)務(wù)場(chǎng)景；打造真實(shí)互動(dòng)語(yǔ)音體驗，支撐水費催收、防澇預警、滿(mǎn)意度回訪(fǎng)等多個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景。通過(guò)界面操作、語(yǔ)音識別、圖形提示等功能，提高供水質(zhì)量和服務(wù)水平，扭轉供水形象，提高民眾的信任度。

4 智慧水務(wù)系統的具體應用

4.1建立自動(dòng)化辦公系統

基于自動(dòng)化管理平臺，改進(jìn)日常管理模式，對日常辦公進(jìn)行數字化管理，采用視頻會(huì )議、釘釘辦公、即時(shí)通信、網(wǎng)絡(luò )傳輸等手段，細化公文處理流程，簡(jiǎn)化請假手續，減少紙質(zhì)文件，實(shí)現電子化、可視化、簡(jiǎn)約化辦公。

4.2建立智慧水務(wù)集中調度中心

水務(wù)采用地下水為水源，設置水源井全過(guò)程在線(xiàn)監測(控)點(diǎn)36個(gè)，泵站加壓泵全過(guò)程在線(xiàn)監測 (控)點(diǎn)42個(gè)，水處理、凈化設備全過(guò)程在線(xiàn)監測 (控)系統4套，供水水質(zhì)在線(xiàn)監測站點(diǎn)6個(gè)，管網(wǎng)壓力監測點(diǎn)34處，地下通道低洼處洪澇災害監測點(diǎn)4處。目前，智慧水務(wù)調度中心實(shí)時(shí)監控水源井與泵站(蓄水池)的水位、水壓和流量數據和水處理與凈化系統全過(guò)程控制數據、管網(wǎng)所有壓力監測點(diǎn)數據以及地下通道低洼處水位以及配電設備電流、電壓、溫度等數據，實(shí)現報警功能，遠程控制供水系統可以實(shí)現水源地、泵站無(wú)人值守和管網(wǎng)可視化管理，提升供水系統智能化管理水平，確保供水系統運行的安全、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

利用雷達、無(wú)人機等技術(shù)手段對全區約20km2范圍內的供水管網(wǎng)埋深走向、管徑大小、閥門(mén)及閥門(mén)井分布等數據和管網(wǎng)所處環(huán)境實(shí)施多方位測量，建立供水管網(wǎng)地理信息系統，實(shí)時(shí)監測管網(wǎng)運行狀態(tài)，實(shí)現供水管網(wǎng)的三維空間可視化管理。在輸水主管道上全線(xiàn)安裝分布式光纖管道泄漏檢測系統，對管線(xiàn)進(jìn)行多點(diǎn)段檢漏監測，將監測數據、信號傳輸至智慧水務(wù)調度中心，實(shí)現管網(wǎng)漏損智能化預警與定位，預防爆管、漏水等事故。

4.4設置閥門(mén)井蓋監控系統

結合供水管網(wǎng)地理信息系統，對主路、人口密集區等關(guān)鍵部位57處閥門(mén)井井蓋內加裝感應報警器，對井蓋的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。井蓋被打開(kāi)或遭到破壞時(shí)，感應器及時(shí)報警，準確相應位置，便于工作人員及時(shí)處置，防止閥門(mén)井蓋被打開(kāi)或井蓋破損造成人員車(chē)輛損傷。

4.5建立智能抄表計量系統

安裝和改造智能水表約4000塊，實(shí)現遠程抄表，完善水費繳費、用水報裝業(yè)務(wù)信息系統功能。建立智能營(yíng)業(yè)大廳，在銀行、超市、學(xué)校、醫院、商業(yè)區等人口密集區安裝8套智能終端機，完成網(wǎng)上繳費、用水報裝，線(xiàn)上線(xiàn)下多措并舉，提升供水服務(wù)質(zhì)量。用戶(hù)可以通過(guò)管理平臺呼叫系統進(jìn)行信息反饋，水務(wù)公司得到用戶(hù)的反饋信息，對系統設備、供水管網(wǎng)進(jìn)行及時(shí)處理。

5 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)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(wù)能效管理平臺通過(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行安全可靠，提高污水廠(chǎng)能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

2.平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統由變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過(guò)一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。

3.平臺拓撲圖

4.平臺子系統

4.1變電站綜合自動(dòng)化系統及電力監控

對水務(wù)配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時(shí)預警。

監測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

4.2電能質(zhì)量監測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動(dòng)導致配電系統中存在大量諧波，通過(guò)監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動(dòng)、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(dòng)機管理

馬達監控實(shí)現水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機保護器能對過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對電機進(jìn)行健康診斷和預防性維護。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.4能耗管理

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

將所有有關(guān)能源的參數集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)工藝環(huán)節的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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排放統計趨勢。

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

4.5智能照明控制

系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

4.6電氣安全

4.6.1電氣火災監測

監測配電系統回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣安全預警。

4.6.2消防應急照明和疏散指示

根據預先設置的應急預案快速啟動(dòng)疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

4.6.3消防設備電源監測

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

4.6.4 防火門(mén)監控系統

防火門(mén)監控系統集中控制其各終端設備即防火門(mén)監控模塊、電動(dòng)閉門(mén)器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測疏散通道防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開(kāi)路、短路等故障信號。系統采用消防二總線(xiàn)將具有通信功能的監控模塊相互連接起來(lái)，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門(mén)監控器能發(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)境監測

污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)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(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、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(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.8分布式光伏監測

實(shí)時(shí)監測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監視，對逆變器直流側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、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監測，以曲線(xiàn)方式繪制上述監測的各個(gè)參量的歷史數據。

平臺結合廠(chǎng)區實(shí)際分布情況，通過(guò)3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車(chē)棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂的裝機容量。

4.9工藝仿真監控

平臺通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監視粗格柵、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、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機保護，進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、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(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常。

5 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

1.電力監控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機管理及配電室環(huán)境監控系統

6 結語(yǔ)

隨著(zhù)水務(wù)行業(yè)不斷向信息化、智能化發(fā)展，智慧水務(wù)利用大數據、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、GIS地理信息系統等充分結合，實(shí)現可視化、智能化運行管理，顯著(zhù)提升供水能力和水平。智慧水務(wù)是智慧城市的重要組成部分，建設智慧水務(wù)能夠推動(dòng)智慧城市建設。

參考文獻

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