淺談智慧水務(wù)在凈水廠中的實踐應(yīng)用

李兵兵

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)、新一代 5G 網(wǎng)絡(luò)、云計算等信息技術(shù)的迅速發(fā)展和深入應(yīng)用， “智慧地球”、“智慧城市”、“智慧水務(wù)”等與“智慧”相關(guān)的概念應(yīng)運而生。 “智慧水務(wù)”利用其信息化和智能化集中監(jiān)測凈水廠各工藝環(huán)節(jié)運行數(shù)據(jù)和現(xiàn)場 工況，水泵和閥門聯(lián)動控制實現(xiàn)凈水廠運行自動化，多維度統(tǒng)計分析輔助管理決 策，實現(xiàn)凈水廠信息化、自動化和智能化管理，全方位保障凈水廠正常運行，提 高生產(chǎn)效率，降低運行能耗，輔助智慧決策。因此，智慧水務(wù)已經(jīng)成為許多國家 和地區(qū)完善水資源科學(xué)管理的有效載體。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù);信息化;自動化;凈水廠

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和城市人 口的快速增長，造成資源的短缺、環(huán)境的 惡化和交通的擁堵越來越嚴(yán)重。為了解決影響城市發(fā)展的難題，人們提出了打造 智慧城市的概念，將城市中的水、電、油、氣、交通等公共服務(wù)資源信息通過互 聯(lián)網(wǎng)有機連接起來，智能化做出響應(yīng)，對交通的管理、環(huán)境的控制等更好的服務(wù) 于城市發(fā)展[1] 。

一、 智慧水務(wù)概述

智慧水務(wù)在凈水廠的建設(shè)及應(yīng)用使得生產(chǎn)運行管理者通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技 ?術(shù)實現(xiàn)廠內(nèi)、泵站的關(guān)鍵生產(chǎn)指標(biāo)（進出水流量和壓力、進出水各指標(biāo)濃度等） 、 生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)（閥門狀態(tài)、設(shè)備開關(guān)、電流、電壓、電量等） 的自動采集、遠(yuǎn)程 ?實時監(jiān)視、智能預(yù)警，加強各級管理人員對凈水廠運行情況的實時監(jiān)管力度[2] 。依托機制創(chuàng)新，整合共享生產(chǎn)現(xiàn)場的各類運行數(shù)據(jù)，通過可視化的方式將各類數(shù)據(jù)展示于數(shù)據(jù)中心，并可將大量的水務(wù)信息進行分析和數(shù)據(jù)挖掘，為凈水廠運營管理提供實時運行監(jiān)測、全廠過程控制、工藝運行模擬、運行異常預(yù)警、優(yōu)化運行決策等功能，以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理水務(wù)系統(tǒng)的整個生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程，從而達到“智慧”的狀態(tài)。

二、智慧水務(wù)平臺搭建系統(tǒng)

（一） 系統(tǒng)構(gòu)成

凈水廠自控系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程在線控制及網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葞讉€系統(tǒng)組

成，實現(xiàn)制水工藝數(shù)據(jù)的實時采集與傳輸并對數(shù)據(jù)進行處理分析、對設(shè)備運行狀 態(tài)及運行方式進行遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制等功能。以某凈水廠為例，智慧水務(wù)網(wǎng)絡(luò)架 構(gòu)分成三個級別。

第一級為凈水廠信息管理系統(tǒng)，采用 1000MBPS 的 Ethernet 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該 網(wǎng)絡(luò)是一個開放型的結(jié)構(gòu)。并且設(shè)置了信息瀏覽網(wǎng)，在主要的管理人員的計算機 上可以了解系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)，用以實現(xiàn)信息共享，手機端、電腦端、LED 大屏等 終端通過網(wǎng)絡(luò)均可訪問數(shù)據(jù)，此系統(tǒng)集中在中央控制室。

第二級為凈水廠的控制網(wǎng)絡(luò)級，網(wǎng)絡(luò)形式采用雙環(huán)型工業(yè) Ethernet 網(wǎng)絡(luò)。 采用以中控室為核心的工業(yè) Ethernet 網(wǎng)絡(luò)為主控制網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場各個車間 PLC 系統(tǒng)。

第三級為凈水廠現(xiàn)場控制級，現(xiàn)場各個車間 PLC 以現(xiàn)場總線為副控制網(wǎng)絡(luò)連 接各個車間下屬的遠(yuǎn)程 I/O，該網(wǎng)絡(luò)是完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制的終端設(shè)備。

（二） 系統(tǒng)功能

（1） 信息管理系統(tǒng)具有的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是可視化的工廠信息管理系統(tǒng)，以直觀的可視化圖形的方式，方便、簡單、清楚地表述企業(yè)管理的整個過程。其主要功能是：接收、處理所有的上傳數(shù)據(jù)，集中管理、控制水廠現(xiàn)場 PLC，提供清晰、友善的人機界面，完成生產(chǎn)管理的日報、月報、年報，也可以在中央控制室集中控制水廠的運行。并設(shè)置歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，從主服務(wù)器獲取實時數(shù)據(jù)并保存到歷史數(shù)據(jù)庫。

監(jiān)控系統(tǒng)是開放的、靈活的，可以對系統(tǒng)進行監(jiān)測、控制，具有凈水工藝流程展示、動態(tài)畫面顯示功能、實時報警響應(yīng)聯(lián)動、設(shè)備查詢統(tǒng)計、報表輸出功能、趨勢預(yù)測功能、歷史數(shù)據(jù)存儲功能。

（2）凈水廠的控制網(wǎng)絡(luò)級。其包括 4 座控制子站分別為：1#變電站控制子站、V 型濾池控制子站、活性碳濾池控制子站、2#變電站控制子站。每個控制子站均獨立由 PLC 及機柜、人機界面（HMI）和工業(yè)以太網(wǎng)交換機等組成，主要功能如下：

a、通過網(wǎng)絡(luò)接收設(shè)備層上傳數(shù)據(jù)，同時向設(shè)備層發(fā)出控制調(diào)節(jié)命令，實現(xiàn) 設(shè)備的遠(yuǎn)控;

b、通過 I/O 模塊采集設(shè)備運行數(shù)據(jù)，配電系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)、在線檢測儀表數(shù) 據(jù)等，對各類信號進行處理和運算，實現(xiàn)自動控制和調(diào)節(jié);

c、將采集和接收的數(shù)據(jù)上傳管理層監(jiān)控主機，接受管理層監(jiān)控主機發(fā)出的 調(diào)度指令，并進行相應(yīng)的操作;

d、通過人機界面 HMI 上在線設(shè)定各種控制參數(shù)，在線編程，實時顯示該處 理工段的監(jiān)控畫面以及各種圖形、曲線、表格、文字及的報警等;

（3）凈水廠的現(xiàn)場控制級。主要由各種智能測控單元、控制設(shè)備、在線儀表設(shè)備、水質(zhì)檢測、分析設(shè)備等組成，其功能如下：

a、采集現(xiàn)場設(shè)備的運行數(shù)據(jù)、配電系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)（SCADA 數(shù)據(jù)）、在線檢 測儀表數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場總線和 I/O 模塊將數(shù)據(jù)上傳 PLC 分站;

b、接受 PLC 分站發(fā)出的控制調(diào)節(jié)指令，實現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)控;

三、結(jié)論與建議

1、完善基礎(chǔ)設(shè)施，加強數(shù)據(jù)應(yīng)用。構(gòu)建集監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)于一體的水 務(wù)數(shù)據(jù)中心，應(yīng)用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G 通信等技術(shù)，打造集水廠監(jiān)控、廠內(nèi)管 網(wǎng)監(jiān)控、二級泵房監(jiān)控、DMA 漏損管控、綜合調(diào)度等于一體的智慧供水管理平臺， 建立一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的高效采集與利用，便于多 系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)融合、共享、交換。

2、加強技術(shù)研發(fā)，加大資金投入。智慧水務(wù)發(fā)展還處于初級階段，信息技 術(shù)人員的技術(shù)水平較為落后，因此水務(wù)企業(yè)需要加強技術(shù)的研究，吸引更多的優(yōu) 秀技術(shù)人才，打造專業(yè)的技術(shù)團隊，提高信息技術(shù)水平，從而推動行業(yè)的進步與 發(fā)展;其次政府應(yīng)加大工作人員在智慧水務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用上的培養(yǎng)，形成相配套的業(yè)務(wù)管理、信息技術(shù)、建設(shè)管理等復(fù)合人才培養(yǎng)機制。

總之，智慧水務(wù)建設(shè)的發(fā)展正快速朝前邁進，完美的實現(xiàn)從“制造”到“智 造”的轉(zhuǎn)變，從“實用”到“慧用”的升華，仍需順應(yīng)時代快速發(fā)展的節(jié)奏。通 過智慧水務(wù)建立企業(yè)信息平臺，實現(xiàn)節(jié)能降耗，降低成本，及時對異常情況進行 預(yù)警，快速響應(yīng)處理，輔助企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)運行管理、工藝優(yōu)化調(diào)度、綜合運營管 理的信息化、智能化和規(guī)范化管理理念，實現(xiàn)企業(yè)智慧決策，深度挖掘水務(wù)數(shù)據(jù)。

參考文獻：

[1]楊惠.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代智慧水務(wù)的建設(shè)與發(fā)展研究[J].《信息通信》，2018 年第 3 期 ?[2]謝善斌、袁杰、侯金霞.智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)建設(shè)與實踐[J].《給水排水》，2018 年 04 期.