研華智慧供水解決方案
引 言
近年來，隨著城鎮(zhèn)化速度加快和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，數(shù)字科技的賦能使得水務(wù)行業(yè)向著精益化、數(shù)字化、智能化加速轉(zhuǎn)型。自然水資源“從源頭到龍頭”經(jīng)歷了水源清潔、輸水管網(wǎng)、凈水、配水管網(wǎng)、二次供水、入戶管道、水龍頭等環(huán)節(jié)，二次供水就是連接這“最后一公里”的橋梁環(huán)節(jié)。
研華科技以“智能地球的推手”作為企業(yè)品牌愿景，是物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)及嵌入式平臺產(chǎn)業(yè)的全球領(lǐng)導(dǎo)廠商。為迎接物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與人工智能的大趨勢，研華提出以邊緣智能和WISE-PaaS工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)云平臺為核心的物聯(lián)網(wǎng)軟、硬件解決方案，協(xié)助產(chǎn)業(yè)客戶創(chuàng)新應(yīng)用落地。
研華智慧供水解決方案集成了邊緣智能、工業(yè)通訊、以及WISE-PaaS工業(yè)IoT云平臺，方案基于云的遠程設(shè)備管理，解決市政行業(yè)二次供水難題。研華科技將致力于水“智”難題、探索創(chuàng)新解法，推動水務(wù)行業(yè)數(shù)智化發(fā)展。
項目概況
市政行業(yè)二次供水泵房遠程監(jiān)控系統(tǒng)是對某大型住宅小區(qū)進行實時監(jiān)測并分析其生活給水系統(tǒng)的用水量變化規(guī)律，然后對目標區(qū)域的供水參數(shù)進行重新設(shè)計，設(shè)計的依據(jù)為進一步降低水泵的電耗。設(shè)計完成后，將新的供水方案的電耗與改造前的供水方案電耗進行對比，提出能源節(jié)約的方案，將實測到給水系統(tǒng)的參數(shù)值分別與規(guī)范規(guī)定值對比。
本系統(tǒng)通過將智能供水、智能識別、人機互動、能耗管理、水質(zhì)保障、供電保障等一系列系統(tǒng)進行有效集成。
項目背景
隨著社會的發(fā)展，城市中高層住宅小區(qū)如雨后春筍般不斷增多，二次供水系統(tǒng)作為住宅附屬配套設(shè)施其所需能耗也隨之升高。二次供水泵房中水泵及管線的運行設(shè)計主要依據(jù)在于高層住宅小區(qū)居民用水量的變化規(guī)律，我國設(shè)計人員進行高層建筑二次供水系統(tǒng)設(shè)計時，所借鑒的同類型高層建筑用水量變化規(guī)律的研究較少，大多數(shù)僅是根據(jù)國家規(guī)范中的定額公式進行估算，這樣對于水泵型號及其工作方案的確定是不科學的，同時又增加了運行電耗和水耗，造成能源的浪費。高層住宅樓二次給水系統(tǒng)運行能耗大的原因主要是設(shè)計參數(shù)及設(shè)計依據(jù)不夠準確充分。
因此，需要對市政行業(yè)二次供水系統(tǒng)提供節(jié)能優(yōu)化技術(shù)，提供智慧供水解決方案。湖南長沙對智慧供水探索實踐一直處于領(lǐng)先地位，湖南華博信息技術(shù)有限公司深耕水務(wù)行業(yè)，通過軟件與自控行業(yè)結(jié)合，致力于給排水行業(yè)信息化，打造可靠、高效、節(jié)能、環(huán)保的智慧水務(wù)的系統(tǒng)集成商。2021年初，研華科技助力華博信息完成長沙水務(wù)的二次供水改造項目，實現(xiàn)全場景數(shù)智化，破解智慧供水難題，助力供水大數(shù)據(jù)釋放價值。
項目簡介
對于市政水務(wù)部門而言，穩(wěn)供穩(wěn)用是關(guān)乎民生基建的重要議題。這就要求二次供水系統(tǒng)在建設(shè)和使用過程中，能夠保障供水設(shè)備的穩(wěn)定運行、應(yīng)對防汛季節(jié)的洪澇考驗、宜時宜地調(diào)度供水資源，同時，考慮到泵房所在環(huán)境的高溫與低溫、高濕度以及無人實時值守等特殊性，因此對現(xiàn)場防護、現(xiàn)場通信、工業(yè)級性能也提出了極高的要求。具體來看，供水各類設(shè)備和場景都存在智能化升級的需求。包括設(shè)備運行、異常監(jiān)測、遠程控制、物理防護、水質(zhì)監(jiān)測、智能調(diào)壓及高效管理。因此，本項目對整個供水系統(tǒng)進行了全域、全設(shè)備、全要素的數(shù)據(jù)采集、穩(wěn)定傳輸、云端分析和應(yīng)用。
項目目標
1、通過智能泵站、無人值守、“智慧水務(wù)”體系、“四化兩創(chuàng)”建設(shè)，實現(xiàn)從自動化到智能化，再到智慧化的轉(zhuǎn)變，保障供水全過程、全時段安全，真正讓自來水變成“智”來水；實現(xiàn)供水管理企業(yè)日常辦公便捷化、工作管理精細化、指揮決策智能化，有效提升供水企業(yè)的管理效率與社會服務(wù)水平。
2、通過二次供水泵房遠程監(jiān)管數(shù)據(jù)中心對二供泵房控制柜上傳的各個系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)進行收集，再由監(jiān)管軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)出控制指令，從而實現(xiàn)監(jiān)管中心對系統(tǒng)所管轄范圍內(nèi)所有二供泵房進行實時監(jiān)測、實時控制，服務(wù)于二次供水設(shè)備管理部門。
3、通過云平臺作為應(yīng)用層基礎(chǔ)平臺，即二次供水泵房（加壓泵站）在線監(jiān)控系統(tǒng)與用戶的接口，將報警信息推送到相關(guān)人手機短信或手機微信中，移動終端隨時掌握實時運行狀態(tài)并隨時處置狀況。
二、項目實施概況
研華科技提供了核心設(shè)備（泵體）電機振動的傳感器、無線傳輸網(wǎng)關(guān)、邊緣計算網(wǎng)關(guān)、人機交互屏、WISE-PaaS工業(yè)云平臺等從數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)治理到數(shù)據(jù)可視化的整個鏈路的“基礎(chǔ)設(shè)施”，對整個供水系統(tǒng)進行了全域、全設(shè)備、全要素的數(shù)據(jù)采集、穩(wěn)定傳輸、云端分析和應(yīng)用，破解了智慧供水難題、實現(xiàn)降耗增效。
項目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
（1）系統(tǒng)總架構(gòu)
二次供水系統(tǒng)主要由泵房、控制柜等設(shè)備、遠程監(jiān)控設(shè)備、管網(wǎng)等組成，其中，供水統(tǒng)籌、調(diào)壓、調(diào)度都由此完成。方案系統(tǒng)總架構(gòu)由圖1所示。
圖1 方案系統(tǒng)架構(gòu)
（2）主要內(nèi)容
本系統(tǒng)將二次供水泵站實時監(jiān)控、指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)分析、決策支持有機地結(jié)合起來，在管理層和自動化控制層之間起到承上啟下的作用；系統(tǒng)以工業(yè)實時歷史數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)共享、分析、交換的基礎(chǔ)平臺，幫助調(diào)度管理人員快速、準確地掌握供水生產(chǎn)和管網(wǎng)輸配情況，通過統(tǒng)計分析，指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)度，及時準確生成統(tǒng)計分析報表，全面提升自來水公司的生產(chǎn)管理效率，提高供水安全保障水平。
在線情況分析，采集數(shù)據(jù)實時上傳至本地分析管理數(shù)據(jù)庫，在線監(jiān)控云平臺與數(shù)據(jù)庫對接；根據(jù)監(jiān)控點數(shù)量及監(jiān)控點的傳感器，靈活配置實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報表、統(tǒng)計分析、實時報警、維護提醒。
遠程設(shè)備管理，實時高效控制
（1）遠程監(jiān)測，實時控制
系統(tǒng)遠程監(jiān)測供水設(shè)備液位、壓力、頻率、流量、能耗信息、泵房環(huán)境、溫度、濕度等基本信息；遠程控制二次機組的急停、遠程調(diào)參，實現(xiàn)設(shè)備遠程運維控制；實時在線監(jiān)測水質(zhì)余氯、濁度、PH值等數(shù)據(jù)，實時掌握水質(zhì)情況，并能夠智能分析水質(zhì)，當水質(zhì)超標時進行緊急停機和報警；分析不同時段出水流量，自動生成供水壓力曲線，分析水泵運行頻率，優(yōu)化機組供水參數(shù)，降低能耗。實時可視化監(jiān)測由圖2所示。
圖2 實時可視化監(jiān)測
（2）安全運維，智能管理
系統(tǒng)遠程監(jiān)控門禁、視頻、報警等系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋；智能識別，360度人臉識別會自動識別進入者容貌，非工作人員非法闖入智能報警；對機組信息、安裝時間等泵房信息進行管理，對設(shè)備維修維護、運行時間、到期維保等信息管理。
3. 具體應(yīng)用場景和應(yīng)用模式
從傳統(tǒng)的泵房運維到無人值守再到云端一體的智能水務(wù)運維模式，數(shù)據(jù)正以新型生產(chǎn)要素的角色，逐漸替代那些簡單、重復(fù)、高危的人工工作。新舊模式的升級轉(zhuǎn)型正是從設(shè)備到數(shù)據(jù)、從物理到云端的過程，其背后離不開傳感、采集、傳輸、沉淀、分析，研華科技正是提供了數(shù)據(jù)從生成到釋放的整個鏈路“基礎(chǔ)設(shè)施”：包括核心設(shè)備（泵體）電機振動的傳感器、無線傳輸網(wǎng)關(guān)、邊緣計算網(wǎng)關(guān)、人機交互屏、WISE-PaaS工業(yè)云平臺等。
大多泵房的物理環(huán)境均較差、通信環(huán)境惡劣，因此要求通信設(shè)備及交互設(shè)備對環(huán)境適應(yīng)性比較強，不僅能耐高溫高濕度，更要滿足弱信號情況下的穩(wěn)定可靠傳輸。同時，整個供水系統(tǒng)設(shè)計流程較多，對于各類數(shù)據(jù)的驅(qū)動和集成也大幅影響著智慧水務(wù)各類應(yīng)用的可用性、易用性。研華科技憑借30多年來在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)的深厚積累，成就了通信產(chǎn)品的工業(yè)級標桿、通用模塊和組態(tài)軟件的高度集成，使得底層連接更可靠、上層開發(fā)更快捷。
4. 安全及可靠性
設(shè)備的穩(wěn)定運行是這個供水系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，研華科技通過對供水設(shè)備的液位、壓力、頻率、流量、能耗等核心參數(shù)進行采集監(jiān)測，同時對泵房的溫度、濕度、跑冒滴漏實時采集，就形成了設(shè)備層和物理環(huán)境層的數(shù)據(jù)透視圖，也是整個智能供水系統(tǒng)的“源頭活水”?；诖耍蓪崿F(xiàn)設(shè)備的維保狀態(tài)、預(yù)測維護、實時控制、異常提醒。例如，當發(fā)現(xiàn)設(shè)備因年久損耗發(fā)生跑冒滴漏、溢流等情況，系統(tǒng)自動發(fā)送報警信息，水務(wù)管理人員可隨時遠程控制設(shè)備急停，將事故盡快處理，將損失降至最低。再如，泵房在防汛季節(jié)時常有被淹掉的風險，管理人員可以在巨大損失發(fā)生之前，將整個系統(tǒng)提前關(guān)掉。
智能供水也需要依據(jù)該片區(qū)的用水大數(shù)據(jù)。研華科技WISE-PaaS工業(yè)云平臺可根據(jù)不同時段的用水流量，自動形成供水壓力曲線，同時結(jié)合水泵運行頻率等數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)壓、優(yōu)化機組供水模型，使得供水用水與綜合能耗之間達到最優(yōu)平衡。
物理防護方面，通過遠程監(jiān)控門禁、人臉識別系統(tǒng)和報警系統(tǒng)的聯(lián)動，可有效區(qū)分“授權(quán)”工作人員和“非授權(quán)”誤入人員，從而有效阻斷潛在的人身危險。水質(zhì)監(jiān)測方便，通過實時在線監(jiān)測水質(zhì)余氯、ph值、濁度、菌量等水質(zhì)指標，及時改進水質(zhì)清潔系統(tǒng)，為居民水質(zhì)可查、標準可依的飲用水。
三、下一步實施計劃
計劃1
圖3 實施計劃
如圖3所示，目前大多供水管理系統(tǒng)還處于“數(shù)字化”階段，研華科技會一如既往的協(xié)同專業(yè)伙伴，借助工業(yè)云平臺、AI、邊緣智能等技術(shù)與產(chǎn)品方案，共同加速推動供水智慧化應(yīng)用落地。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
項目先進性及創(chuàng)新點
（1）全場景數(shù)智化，破解智慧供水難題
二次供水系統(tǒng)需要滿足設(shè)備運行、異常監(jiān)測、遠程控制、物理防護、水質(zhì)監(jiān)測、智能調(diào)壓及高效管理等供水各類設(shè)備和場景的智能化升級，研華科技對整個供水系統(tǒng)進行了全域、全設(shè)備、全要素的數(shù)據(jù)采集、穩(wěn)定傳輸、云端分析和應(yīng)用，實現(xiàn)全場景的數(shù)智化，破解智慧供水、二次供水難題。
（2）可靠數(shù)字基建，助力供水大數(shù)據(jù)釋放價值
從開始的人力為主、自動化控制為輔，到初步運用信息化技術(shù)，再到目前以智能設(shè)備+云平臺的智能供水模式，以數(shù)字基建為根基，實現(xiàn)供水的可供可用，到穩(wěn)供穩(wěn)用、智能調(diào)度，釋放價值。
實施效果
本次項目實施后，長沙水務(wù)在降成本、降能耗、提效率方面均取得顯著提升。
（1）減碳降耗
通過加裝電表，管理者對入湖流量、單位功耗、設(shè)備工作效能有清晰的了解，據(jù)此對老化設(shè)備進行集中改造和更換，實現(xiàn)功耗降低20%以上。規(guī)避水質(zhì)污染的風險95%以上，降低漏水率達到90%，延長二次加壓設(shè)備使用壽命1.5倍，實現(xiàn)供水管理企業(yè)日常辦公便捷化、工作管理精細化、指揮決策智能化，有效提升供水企業(yè)的管理效率與社會服務(wù)水平。
（2）協(xié)同增效
智能運維帶來人力投入的大幅降低，300個泵房僅需3人負責現(xiàn)場。在居民使用方面，以前是被動停水，現(xiàn)在是計劃停水，因必要維修而導(dǎo)致的停水時間大大縮短。
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