安科瑞 陳聰

摘要：自動化控制技術在供水領域被廣泛使用，主要控制流量、壓力等參數，未來需要實現供水業務的全過程、全系統控制。智慧水務以大數據、云計算、物聯網及以太網為核心支撐技術，實現供水系統的智能化控制和管理。文章將智慧水務與傳統供水進行對比，分析智慧水務的應用優勢，旨在通過智慧水務建設提高供水效能，實現節約水資源、節能降耗的目的。

關鍵詞：智慧水務；傳統供水；智能控制

隨著大數據、云計算、物聯網等技術不斷發展，新技術被廣泛應用于供水、供電、交通等領域，智慧城市建設進一步展開。生態文明建設過程，需要構建人與自然和諧共生的環境，建設節約型社會的重要環節之一是節約淡水資源，應合理利用、開發水資源，充分利用數據采集與傳送、在線監控、后臺分析與處理等技術手段對供水系統進行多方位實時感知、分析及處理，對供水系統進行智能化管理。文章介紹智慧水務的概念，將其與傳統水務對比，分析智慧水務的應用優勢，為智慧水務的進一步發展提供參考。

1 智慧水務概述

智慧水務將新一代信息技術與水務技術深度融合，能夠充分發掘數據價值和邏輯關系，實現水務業務系統的控制智能化、數據資源化、管理準確化、決策智慧化，保障水務設施安全運行，使水務業務運營更效率、管理更科學、服務更體貼。

智慧水務利用數據采集傳輸儀、無線網絡等在線設備對供排水系統運行進行實時感知，同時利用可視化方式將管理部門和供排水設施進行有機整合，構成水務物聯網，對相關信息進行分析處理，對整個水務系統進行智慧化管理。傳統的管網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運行效率，與智能信息系數結合實現信息共享，各環節共同構成系統化的信息決策方式，實現合理調配水質、水量和水壓，降低運行成本，提高運行效率以及供水質量，有效管控管漏，推動智慧水務持續發展。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、供水管網等單元從數據監控開始至終端用戶的用水量等相關數據，建立覆蓋全系統的供水調度監測體系，結合管網GIS系統、管網水力模型、供水調度管理等系統，形成智能供水調度管理信息平臺，實現調度運行的實時監控、供水變化趨勢預測及應對、突發事件預警及應急處置等輔助決策功能，實現供水系統綜合自動化管理，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、水處理系統的運行、管網不利點壓力控制等。智慧水務利用流量變送器、壓力變送器、變頻控制器等將設備運行狀態、流量、壓力、電流、電壓等過程控制數據轉換為信號傳輸至處理器，實現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、可視監控器、門禁系統等設備，加強水源地、泵站等安全區域的周界、門禁的安防管控，實現本地控制、集中控制和遠程控制。在智慧水務調度平臺實現對水源地及泵站的智能化管理。

2.2管網運行可視化

隨著供水管網地理信息系統在智慧水務調度平臺上的應用，結合水力仿真模型，利用雷達、無人機等技術手段對供水系統管道埋深走向、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，并對管網所處環境進行測量，建立供水管網的三維空間模型，在管道沿線區域、管網不利點等設置流量、壓力監測點，安裝監視器，或全線安裝分布式光纖管道泄漏檢測系統對管線進行多點段檢漏監測，將監測數據、信號傳輸至智慧水務調度平臺，實時監測管網運行狀態，實現供水管網的可視化管理。

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，實現水源井、泵站、管網、用戶的水量自動化監測、采集與計量。水量抄收部門將水量計量設備準確定位、聯網，減少抄表、計量、收費的工作量，用戶利用互聯網、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，達到節約用水效果。

2.4運營智能化

隨著智慧水務系統應用，智慧水務調度平臺發揮強大的作用，供水營銷實現智能化。根據供水需求，水務集團在人員相對密集區設立智能化營業廳，實行開放式的智能化自助服務。在智慧營業廳設置自助繳費機、多功能一體式業務機等設備，用戶可以利用實名認證實現繳費、修改、查詢、認證、申報等業務辦理，營業廳設置網絡呼叫設備，用戶可以一鍵應急實現遠程人工服務，隨時報備應急故障，分析供水系統出現的事故隱患，及時處理供水系統運行、營銷等方面的故障。

3 智慧水務對傳統供水的影響

3.1傳統水務存在的問題

管理模式老化，不能及時掌握管系統運行狀態及變化，管理水平較低；設備手動操作，人工巡視，運行數據留存、查詢不便；網壓力不可控，造成爆管等供水事故；管網監控不到位，管網漏損率高；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、計時設備校核不及時、計量不準確、窗口服務不到位等，影響傳統水務對外服務的形象；水務調度不能很好地發揮其作用，缺乏整體性，數據傳輸、收錄、查詢不連續，不能對供水運行、安防、管理的進行全過程監控，未實現效率管理，準確調控的供水要求。

3.2智慧水務與傳統供水的對比

與傳統供水相比，智慧水務建立專用網絡，實現供水系統運行、管理信息化、數字化、可視化，提高供水質量安全和服務水平。

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智慧水務的優勢

(1)提升供水系統集約化管理水平。

智慧水務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、管網等的運維、供水營銷、決策管理等要素，實現數字化、網絡化、集約化管理，提高供水運維管理質量。

(2)提升供水系統信息化管理水平。

智慧水務應用大數據、云計算、物聯網等技術手段，實現了資源、信息共享，扭轉了傳統供水中不同控制目標及業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，實現系統運維、供水營銷、決策管理等數據的連續性、實效性、長久性，為供水行業可持續發展提供支撐。

(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現供水系統的三維動態管理，運用BIM系統實現人員、材料、機械的管理，確保制度嚴格、操作規范、資金流動準確。在提高供水系統設備、儀器智能化水平的同時，加強高層次的專業技術人才和技術技工的培訓力度，使供水系統運維、管理更加科學，降低管網的漏損率。

(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，提高供水質量和服務水平，扭轉供水形象，提高民眾的信任度。

4 智慧水務系統的具體應用

4.1建立自動化辦公系統

基于自動化管理平臺，改進日常管理模式，對日常辦公進行數字化管理，采用視頻會議、釘釘辦公、即時通信、網絡傳輸等手段，細化公文處理流程，簡化請假手續，減少紙質文件，實現電子化、可視化、簡約化辦公。

4.2建立智慧水務集中調度中心

水務采用地下水為水源，設置水源井全過程在線監測(控)點36個，泵站加壓泵全過程在線監測 (控)點42個，水處理、凈化設備全過程在線監測 (控)系統4套，供水水質在線監測站點6個，管網壓力監測點34處，地下通道低洼處洪澇災害監測點4處。目前，智慧水務調度中心實時監控水源井與泵站(蓄水池)的水位、水壓和流量數據和水處理與凈化系統全過程控制數據、管網所有壓力監測點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，實現報警功能，遠程控制供水系統可以實現水源地、泵站無人值守和管網可視化管理，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、經濟。

4.3建立供水管網可視化三維仿真模擬系統

利用雷達、無人機等技術手段對全區約20km2范圍內的供水管網埋深走向、管徑大小、閥門及閥門井分布等數據和管網所處環境實施多方位測量，建立供水管網地理信息系統，實時監測管網運行狀態，實現供水管網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，對管線進行多點段檢漏監測，將監測數據、信號傳輸至智慧水務調度中心，實現管網漏損智能化預警與定位，預防爆管、漏水等事故。

4.4設置閥門井蓋監控系統

結合供水管網地理信息系統，對主路、人口密集區等關鍵部位57處閥門井井蓋內加裝感應報警器，對井蓋的狀態進行實時監控。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

安裝和改造智能水表約4000塊，實現遠程抄表，完善水費繳費、用水報裝業務信息系統功能。建立智能營業大廳，在銀行、超市、學校、醫院、商業區等人口密集區安裝8套智能終端機，完成網上繳費、用水報裝，線上線下多措并舉，提升供水服務質量。用戶可以通過管理平臺呼叫系統進行信息反饋，水務公司得到用戶的反饋信息，對系統設備、供水管網進行及時處理。

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品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，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由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、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運行狀況，并且根據權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

4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

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

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

4.2電能質量監測與治理

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

4.3電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、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、監測和報警。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

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域。

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統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、環比、對標等。通過污水處理產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，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家/國際指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

4.5智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠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纜溫度，實現對污水廠、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

根據預先設置的應急預案快速啟動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，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

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，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

4.6.4 防火門監控系統

防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，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 環境監測

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，排除隱患，保持良好的水處理環境。

4.8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，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、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

4.9工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、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。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、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常。

5 相關平臺部署硬件選型清單

1.電力監控、電能質量、電動機管理及配電室環境監控系統

6 結語

隨著水務行業不斷向信息化、智能化發展，智慧水務利用大數據、云計算、物聯網等技術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，實現可視化、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，建設智慧水務能夠推動智慧城市建設。

參考文獻

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