物聯(lián)網(wǎng)技術在二次供水項目上的應用

周曉輝 陶江瑩

[摘? ? 要]隨著城市建設規(guī)模的擴大，用水量在逐年增加，且隨著人們生活水平的提高，對水質(zhì)的要求也越來越高。本次研究的重點在于利用現(xiàn)有的設備資源，進行合理調(diào)配，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術的二次供水控制方案，降低運行成本，保障居民二次供水設施的穩(wěn)定運行，提高水務集團的服務質(zhì)量，增強故障預警及故障應急處理的能力。

[關鍵詞]二次供水;物聯(lián)網(wǎng);智能網(wǎng)關;NB-IOT

[中圖分類號]TN929.5;TP391.44;TU998.1 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）05–0–02

Application of Internet of Things Technology in Secondary Water Supply Project

Zhou Xiao-hui，Tao Jiang-ying

[Abstract]As the scale of urban construction expands， water consumption is increasing year by year， and with the improvement of people's living standards， the requirements for water quality are getting higher and higher. The focus of this study is to use existing equipment resources， make reasonable deployment， establish a secondary water supply control plan based on Internet of Things technology， reduce operating costs， ensure the stable operation of residents secondary water supply facilities， and improve the service quality of the water group. Enhance the ability of fault early warning and emergency handling of faults.

[Keywords]secondary water supply; internet of things; intelligent gateway; NB-IOT

1 物聯(lián)網(wǎng)的背景介紹

目前全球有成百上億個設備聯(lián)網(wǎng)，每天同時在線設備達幾千萬，日常生產(chǎn)關系企業(yè)及民生，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)的高效、準確傳輸有著重要的意義。

隨著城市的不斷發(fā)展，居民住宅樓層越來越高，城市人員不斷增加，城市供水量的需求也隨之日益增加，凈水廠出廠水常壓輸出后，市政管網(wǎng)壓力不足以支撐高層居民用水需求，二次供水設施應運而生，如何保障二次供水設施的穩(wěn)定運行則成為了保障高層居民用水的關鍵。

本次研究即把物聯(lián)網(wǎng)技術集成在二次供水設施現(xiàn)場設備上，將現(xiàn)場設備的主要運行參數(shù)（如：壓力、流量等）進行實時監(jiān)控，出現(xiàn)異常情況及時預警，方便二次供水設施管理單位遠程對二次供水設施進行調(diào)度和維護，保障供水安全、穩(wěn)定。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術定義

物聯(lián)網(wǎng)是通過信息傳感設備，按約定的協(xié)議實現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)的主要特征是通過射頻識

別、傳感器等方式獲取物理世界的各種信息，結合互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等網(wǎng)絡進行信息的傳送與交互，采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高對物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和控制。

二次供水設施的物聯(lián)網(wǎng)技術主要應用于對水泵、壓力計、流量計等設備進行遠程監(jiān)控及管理。各區(qū)域二次供水設施管理單位可通過監(jiān)控平臺，對現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并在出現(xiàn)緊急情況時進行遠程操作。如：水壓突降時進行壓力設置，泵房淹水時為保證設備安全可進行遠程斷電。同時，可通過安裝于現(xiàn)場的監(jiān)控設備進行現(xiàn)場全景的實時監(jiān)控，全方位保障二次供水設施的穩(wěn)定運行，實現(xiàn)無人值守。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的二次供水控制方案設計

3.1 系統(tǒng)整體方案設計

首先需要對二次供水的相關數(shù)據(jù)進行分析，確定基本采集數(shù)據(jù)。在確定了基本采集數(shù)據(jù)后，需要根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程構建二次供水泵房數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

構建的系統(tǒng)主要包含四個部分，現(xiàn)場設備、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設

備、數(shù)據(jù)采集傳輸通道、數(shù)據(jù)軟件平臺。

現(xiàn)場設備主要是指二次供水泵房內(nèi)負責供水的工藝設備和電氣設備，例如供水變頻泵、電氣控制柜、相關儀表等。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備是安裝在現(xiàn)場，根據(jù)已確定的基本采集數(shù)據(jù)要求通過一種或多種方式采集現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集設備，本方案中采用的是物聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)關。

數(shù)據(jù)傳輸通道是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備在采集到必要的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)軟件平臺的方式，本方案中采用的是電信的物聯(lián)網(wǎng)通道NB-IOT。

數(shù)據(jù)軟件平臺是整個系統(tǒng)的終端，主要用于采集數(shù)據(jù)展示、采集數(shù)據(jù)處理、第三方接口開發(fā)等。

上述系統(tǒng)組成中，現(xiàn)場設備屬于基礎設備，城市二次供水泵房基本已具備，其設備較為完整，下文就不在贅述了。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備、數(shù)據(jù)傳輸通道、數(shù)據(jù)軟件平臺是本文的重點研究對象。

3.2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備

二次供水無線監(jiān)測的終端節(jié)點就是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備，該設備是現(xiàn)場設備與數(shù)據(jù)軟件平臺之間傳輸數(shù)據(jù)的核心硬件設備，本文中主要采用自主研發(fā)的智能網(wǎng)關。智能網(wǎng)關具備多種通訊方式，其中主要以總線通訊方式為主，符合通用的MODBUS協(xié)議，這種工業(yè)總線通訊的方式，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)傳輸速率高，可同時一次性傳輸多個數(shù)據(jù)，擴展性較強，可同時連接超過32個節(jié)點設備。該硬件設備基于單片機開發(fā)，性能上具有一定的局限性，處理數(shù)據(jù)能力不足。所以本例中，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設備在采集到現(xiàn)場數(shù)據(jù)時不做數(shù)據(jù)處理，僅作為數(shù)據(jù)透傳設備收發(fā)數(shù)據(jù)，同時具備本機報警功能。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸通道

數(shù)據(jù)傳輸通道采用中國電信NB-IOT專用網(wǎng)絡，NB-IOT是由3GPP定義的基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things），已成為萬物互聯(lián)網(wǎng)絡的一個重要分支。NB-IOT聚焦于低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應用的新興技術，有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構優(yōu)等特點。深覆蓋是LPWA（包含NB-IoT和eMTC）網(wǎng)絡中最重要的核心目標之一，NB-IoT相比GPRS覆蓋增強20dB。在地下、樓宇內(nèi)信號更容易穿透，比傳統(tǒng)無線技術多穿透1～2堵墻。部分IoT應用（如智能抄表、環(huán)境監(jiān)控、智能農(nóng)業(yè)

等）安裝環(huán)境沒有電源供應，必須安裝電池，而每次更換電池的人力成本較高，要求電池壽命達到10a以上，所以需要分組核心網(wǎng)支持UE低功耗，節(jié)省終端電池壽命做到極致，這也是IoT網(wǎng)絡的核心目標之一。解決傳統(tǒng)業(yè)務系統(tǒng)在末端取電困難，或電池續(xù)航能力不強的問題。NB-IOT引入新的數(shù)據(jù)傳輸方案，減少空口信令數(shù)量;引入擁塞控制機制，防止出現(xiàn)網(wǎng)絡風暴。NB-IOT單小區(qū)可支持50 000用戶接入。比現(xiàn)有無線技術提高50～100倍的接入數(shù)。在數(shù)據(jù)采集點的密集區(qū)域，不會因為網(wǎng)絡擁塞導致數(shù)據(jù)上報不及時。NB-IOT技術從多個方面降低終端成本，降低前端數(shù)據(jù)采集終端的生產(chǎn)成本，從而豐富“智慧水務”的數(shù)據(jù)采集終端的類型。

3.4 數(shù)據(jù)軟件平臺

數(shù)據(jù)軟件平臺也可稱為物聯(lián)網(wǎng)應用平臺，根據(jù)其所處的網(wǎng)絡結構中位置，其功能上處于承上啟下的重要作用。啟下溝通檢測設備，通過網(wǎng)關聯(lián)通泵房相關設備;中間處理、標準化數(shù)據(jù)，接收泵房相關設備的實時數(shù)據(jù)，并解析成統(tǒng)一標準化數(shù)據(jù);承上對業(yè)務系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，通過標準化接口對水務公司業(yè)務系統(tǒng)提供業(yè)務數(shù)據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng)應用平臺由設備接入層、數(shù)據(jù)處理層及應用支撐層組成。設備接入層提供設備管理鏈接服務;數(shù)據(jù)處理層提供數(shù)據(jù)接收及轉發(fā)服務和數(shù)據(jù)解析服務;應用支撐層提供應用支撐、數(shù)據(jù)推送服務、數(shù)據(jù)格式化以及數(shù)據(jù)存儲服務。

物聯(lián)網(wǎng)應用平臺具備物聯(lián)網(wǎng)卡管理功能，涉及內(nèi)容有很多，包括物聯(lián)網(wǎng)卡生命周期管理：卡資源管理、套餐基本信息、用量信息、卡狀態(tài)變更、連接記錄，NB-IoT號卡管理平臺，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)卡接入、管理和數(shù)據(jù)服務。實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)卡的查詢和基本信息展示和對到期、即將到期和欠費的物聯(lián)網(wǎng)卡監(jiān)控告警。可通過套餐ID（群組）、SIM卡狀態(tài)、接入號碼、物聯(lián)網(wǎng)卡號（ICCID）、余額等條件查詢;列表展示信息：ICCID、運營商、SIM狀態(tài)、接入號碼、IMEI、上次通訊時間、余額等。展示物聯(lián)網(wǎng)卡當前狀態(tài)和套餐基本信息;基本信息：接入號碼、ICCID、IMSI、余額、狀態(tài)更新時間、賬號開始時間、繳費結束時間、產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品編號、產(chǎn)品類型、產(chǎn)品狀態(tài)。展示物聯(lián)網(wǎng)卡訂購的商品信息：流量（MB）、短信（條）、語言（分鐘）以及訂購的后向流量池的流量（MB）;同時展示當天用量和本月用量。展示物聯(lián)網(wǎng)卡的狀態(tài)，可以對卡狀態(tài)進行變更。①可對未激活卡進行激活操作;②對已激活卡做停機操作;③對停機卡做復機操作。展示出單位時間范圍內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)卡通訊數(shù)據(jù)詳情?？砂葱r、天、月展示。支持單位時間內(nèi)時間范圍選擇。

物聯(lián)網(wǎng)應用平臺作為承上啟下的樞紐，從下到上提供終端管理、連接管理、應用使能、業(yè)務分析等主要功能，實現(xiàn)對終端設備和資產(chǎn)的“管、控、營”的一體化。通過開放式平臺的方式對接二次供水泵房工控管理軟件;對其提供余額查詢、套餐查詢、水表、水泵電機等設備的數(shù)據(jù)采集和命令下發(fā)接口。

4 物聯(lián)網(wǎng)在二次供水中的應用意義

4.1 完善水務企業(yè)生產(chǎn)設備健康狀態(tài)評估

利用物聯(lián)網(wǎng)技術中構建設備狀態(tài)監(jiān)測與健康評價系統(tǒng)，全面感知水泵、電氣設備、變壓器以及輔機等設備的運行情況、狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過智能、高效的分析后，可以讓設備運行人員預先掌握設備運行趨勢預測，讓設備管理人員及時了解設備健康評估結果，快速進行故障診斷，讓領導層客觀制定設備維修決策，管理人員能夠更快捷、更直觀地掌握設備健康情況，提高設備的運行和維護效率。

4.2 實現(xiàn)設備設施管理信息化

通過有效運用無線射頻識別技術，對二次供水泵房內(nèi)的各項設備加裝電子標簽，從而實現(xiàn)信息化管理。有效地利用各項信息化技術，通過有效運用巡檢、智能分析，來對設備的運行情況進行綜合性的評價。重視操作警示，通過對操作人員的定位以及設備操作人員的識別，來對人員操作的資質(zhì)予以確定，以避免操作失當而造成的設備運行不暢問題。

4.3 增加安全防范管理及施工安全智慧管理

憑借物聯(lián)網(wǎng)技術對視頻監(jiān)控等進行相應的聯(lián)網(wǎng)，保證各項通訊設備之間能夠共享信息，實現(xiàn)對城區(qū)全范圍內(nèi)的智能防范。借助物聯(lián)網(wǎng)技術對視頻監(jiān)控、紅外報警以及門禁等安全防范設備進行聯(lián)網(wǎng)，相互通訊和調(diào)用，實現(xiàn)泵房范圍內(nèi)的智能安全防范。與移動終端相聯(lián)系實現(xiàn)信息化管理。而設備的使用人員也可以從手機終端上掌握場內(nèi)設備運行狀況以及出現(xiàn)的故障等。

4.4 具備平臺化設備管理能力

通過郵箱應用物聯(lián)網(wǎng)技術能夠?qū)崿F(xiàn)信息的融合，將信息處理技術有效運用到二次供水活動中，同時對不同的信息作出歸類，并將其智能化地存儲，從而為后期的工作打好基礎，有效實現(xiàn)系統(tǒng)的自我完善，自我升級。

5 結語

通過有效運用物聯(lián)網(wǎng)技術與互聯(lián)網(wǎng)技術，并將先進技術進行綜合，建立相應的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將其有效地運用到二次供水泵房的運行管理工作中，突破原有的工作效率，實現(xiàn)高質(zhì)量的管理。促使二次供水能夠達到自動化生產(chǎn)，使管理工作具備科學性，有效推進水處理行業(yè)的發(fā)展，讓二次供水的運行工作更加精密，更具技術性。總而言之，城市的水務管理與人民的生活水平息息相關，必須要有效優(yōu)化二次水處理系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡監(jiān)測以及互聯(lián)網(wǎng)技術來有效減少路線，來節(jié)約企業(yè)的成本，通過對互聯(lián)網(wǎng)以及大數(shù)據(jù)的有效運用實現(xiàn)遠程傳輸，對數(shù)據(jù)進行更高質(zhì)量的分析。運用物聯(lián)網(wǎng)技術也能夠檢查出供水系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，有效減少資源方面的浪費，為城市的供水系統(tǒng)建設貢獻力量。

參考文獻

[1] 劉剛.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧水務及供水管網(wǎng)漏損檢測應用方案[J].電子技術與軟件工程，2020（19）：21-23.