二次供水智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)的建設(shè)及應(yīng)用

梁戰(zhàn)昌

廣西農(nóng)村投資集團(tuán)水務(wù)有限公司 廣西 南寧 530000

隨著城市二次供水監(jiān)測系統(tǒng)的建成和逐步完善，以管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)工作指令、客戶服務(wù)熱線工作指令、水表服務(wù)系統(tǒng)工作指令和計算機(jī)化維修與管理系統(tǒng)工作指令為基礎(chǔ)，經(jīng)分析后，對來自不同系統(tǒng)的資料與資訊進(jìn)行發(fā)掘與利用，整合并完善所提供的信息流程，為二次供水的運(yùn)營和管理提供智慧化服務(wù)。

1 二次供水智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)

1.1 操縱感測系統(tǒng)

在市政二次供水管網(wǎng)中，必須采集如管網(wǎng)水壓、水質(zhì)等多種實時數(shù)據(jù)，利用信息傳感、定位、通訊等技術(shù)，實現(xiàn)對二次供水系統(tǒng)的高效處理?？刂葡到y(tǒng)以實現(xiàn)對供水系統(tǒng)的實時監(jiān)測為主要目的，采用高級控制方式，確保二次供水系統(tǒng)的流程合理性，能夠有效地優(yōu)化控制程序，且有關(guān)的工藝并不會帶來明顯的能源消耗[1]。該智能供水控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離故障的分析、處理，并可以引導(dǎo)現(xiàn)場操作者進(jìn)行故障處理，提高工作效率。另外，二次供水主要系統(tǒng)還需要對其進(jìn)行合理的優(yōu)化，以降低運(yùn)行費(fèi)用，減少材料費(fèi)用支出。

1.2 共享系統(tǒng)

智慧城市的二次供水系統(tǒng)包含了大量的數(shù)據(jù)，并且分布很廣。數(shù)據(jù)信息是一種相互促進(jìn)的關(guān)系，這對于企業(yè)、社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都是非常有價值的。當(dāng)數(shù)據(jù)的信息量非常分散時，普通人很難理解，要使人們對供水工業(yè)得到清楚的了解，并不斷地給予關(guān)注，那么，我們就得充分利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)之類的技術(shù)，實現(xiàn)對多源復(fù)雜數(shù)據(jù)的存儲、計算與分析。

2 二次供水智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)

這個平臺旨在把先進(jìn)的管理理念、方法和手段與企業(yè)管理相結(jié)合，構(gòu)建出物流和信息流的融合，對各種管理流程進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)范，從而達(dá)到精細(xì)化管理的目的，確保水供應(yīng)安全，更好地實現(xiàn)節(jié)能增效，提高企業(yè)形象，提高職工自身素質(zhì)，使公司的水供應(yīng)更加有效率。

2.1 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營過程精益管理模式的建立

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 泵房監(jiān)控管理平臺

2.2 為企業(yè)開展多種經(jīng)營活動提供支持

為適應(yīng)信息化的企業(yè)管理方式、明確企業(yè)智能與自動化的發(fā)展動向，平臺應(yīng)該具有先進(jìn)的性能；供水企業(yè)要充分利用其產(chǎn)業(yè)、規(guī)模等方面的優(yōu)勢，對其進(jìn)行合理、高效的整合與分配，以達(dá)到資源的共享，并以信息化的方式強(qiáng)化其業(yè)務(wù)協(xié)同；企業(yè)要利用信息技術(shù)，高效地管理好每一個部門，加強(qiáng)財務(wù)，人才，產(chǎn)業(yè)鏈等方面的合作，同時要構(gòu)建完善的考核機(jī)制。

2.3 強(qiáng)化控制預(yù)防操作、質(zhì)量和安全風(fēng)險

確保泵站的實際安全性和可控；保證信息，網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用等的安全性和可控性。建立適當(dāng)?shù)馁Y訊系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保信息化建設(shè)符合總體規(guī)劃和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；保證系統(tǒng)在將來的開發(fā)過程中能夠兼容其他軟件，并且能夠和第三方進(jìn)行關(guān)鍵信息的交流。實現(xiàn)對供水系統(tǒng)、水質(zhì)、水量、壓力等各環(huán)節(jié)的綜合監(jiān)控和科學(xué)調(diào)度[2]。

3 二次供水智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)建設(shè)總體架構(gòu)

3.1 方案設(shè)計理念

1）按照無人值班，少人值守的要求，以“安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)實用”為基準(zhǔn)，開展平臺的總體設(shè)計。2）在泵房設(shè)備和管理平臺之間的通信失效時，可提供一種重新傳輸?shù)哪芰?，以保證在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，資料不會因網(wǎng)絡(luò)故障而遺失。3）在考慮到運(yùn)維管理系統(tǒng)的安全性的前提下，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對監(jiān)控對象的遠(yuǎn)程實時采集與監(jiān)控。使用下發(fā)控制功能后，必須簽署一項安全協(xié)定，分清責(zé)任。4）公司的快速發(fā)展要與該體系的構(gòu)成和設(shè)備的選型相適應(yīng)，并采用目前業(yè)界最先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)。5）采用完全分散的開放系統(tǒng)，便于軟件擴(kuò)展，硬件擴(kuò)展。采用結(jié)構(gòu)化的分析與設(shè)計方式，使得該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。6）通過本系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)對二次供水泵房的有效監(jiān)測與管理，保證二次供水泵站的安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。7）確定系統(tǒng)技術(shù)計劃的目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上，對各模塊之間進(jìn)行信息交互的可行性分析。8）對平臺采集端子的可靠性進(jìn)行詳細(xì)說明，計算機(jī)輔助設(shè)計的合理性，系統(tǒng)性能的優(yōu)化，移動端的支持度等多個方面。

3.2 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心，網(wǎng)絡(luò)傳輸，泵房站系統(tǒng)，現(xiàn)場傳感器，監(jiān)控錄像，門等幾個部分構(gòu)成。傳感器實現(xiàn)了對進(jìn)、出水壓力、流量、水位、泵的工作狀態(tài)、功率、余氯、濁度等參數(shù)的采集。監(jiān)控中心主要對泵站內(nèi)各設(shè)備進(jìn)行起停、開關(guān)、傳感器數(shù)據(jù)采集和故障報警等遠(yuǎn)程監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)傳輸將現(xiàn)場傳感與控制器（PLC）連接到網(wǎng)關(guān)或工業(yè)控制計算機(jī)。傳輸網(wǎng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和發(fā)布控制指令，并且可以通過有線和無線兩種方法來控制，或兩種方法組合控制。現(xiàn)場傳感器系統(tǒng)由工業(yè) Internet網(wǎng)關(guān)與公用網(wǎng)中的數(shù)據(jù)收集層相連，完成對整個泵站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集、信息匯總、控制命令輸出等功能。此外，還為第三方提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的接口。數(shù)據(jù)處理層主要完成數(shù)據(jù)的清理、處理和存儲工作；監(jiān)控錄像系統(tǒng)采用了局部存儲的方法，將局部的視頻信號保存到硬盤中。利用該系統(tǒng)中的視頻監(jiān)測模塊，實現(xiàn)了對該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。協(xié)助保安完成燈光和錄像的聯(lián)接，以及對進(jìn)出泵房人員的管理；閘板可實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的實時顯示。各個子系統(tǒng)之間的協(xié)作，才能確保智慧水運(yùn)營與管理系統(tǒng)的整體安全性、可靠和有效的操作。

4 系統(tǒng)功能描述

在城市二次供水工程中，對城市二次供水系統(tǒng)進(jìn)行了遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)度。隨著二次供水系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營水平的不斷提升，用戶對系統(tǒng)的運(yùn)營和管理服務(wù)的要求越來越高，目前的集中式監(jiān)測平臺體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應(yīng)二次供水系統(tǒng)的建設(shè)需要。有必要建立更智能的管理平臺，也就是多功能一體化的二次水供應(yīng)與維修管理平臺[3]。

4.1 設(shè)計思路

基于“集中監(jiān)視，分散控制”的管理模式，建立一種先進(jìn)、可靠、高效、安全、易擴(kuò)充的中央監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)對水泵、變頻調(diào)速裝置的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制，對水泵故障及成因的實時評價，實現(xiàn)全天候?qū)崟r監(jiān)測，便于實時監(jiān)測，及時檢查出故障問題，減少人工檢驗，提高生產(chǎn)效率，確保用戶設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.2 系統(tǒng)示意

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中智能網(wǎng)關(guān)是一個非常重要的組成部分。智能網(wǎng)關(guān)的主要任務(wù)是采集現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場自動調(diào)節(jié)，水槽自動控制與儲存，備用供水控制，終端管道爆破預(yù)報，安全聯(lián)鎖裝置，預(yù)警水質(zhì)，工業(yè)加密系統(tǒng)。

根據(jù)2006～2016年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過計算所選評價因子的年均內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，并與相應(yīng)的分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，對該水庫的水質(zhì)質(zhì)量狀況進(jìn)行評價，結(jié)果見表3。

4.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

本系統(tǒng)支持多種網(wǎng)絡(luò)傳送，其中包含(但不局限于）ADSL一般撥號寬帶(private network transfer width）、專用網(wǎng)絡(luò)專線(presented networktransmission）、虛擬 VPN專線(virtual position video）、移動撥號 VPDN、4 G/5 G網(wǎng)絡(luò)等。

4.4 系統(tǒng)功能

4.4.1 數(shù)據(jù)采集與控制

數(shù)據(jù)采集與控制中的切換信號采用被動式接觸信號，模擬信號采用4～20毫安的模擬信號。

4.4.2 冗余控制

智能網(wǎng)關(guān)具有可編程邏輯控制功能。智聯(lián)網(wǎng)關(guān)偵測到PLC或逆變器出現(xiàn)異常，從而造成了對供水邏輯的控制不能正常進(jìn)行，引發(fā)供水危機(jī)之后，智能網(wǎng)關(guān)會自動切換至安全冗余的供水邏輯，接手對異常 PLC或逆變器的水供應(yīng)，并向平臺發(fā)出最高等級的警告。

4.4.3 安防聯(lián)動

當(dāng)門正常打開時，啟動門鎖，狀態(tài)反饋訊號與開門訊號一致。平臺記錄開門情況[4]。若門沒有被正常開啟，如被強(qiáng)行開啟，而門鎖沒有開啟，該狀態(tài)信號與該門狀態(tài)信號不相符。當(dāng)有人擅自闖入時，這個平臺會自動報警，并且會彈出一個視頻畫面。

4.4.4 錯峰調(diào)蓄自動控制

從水箱的水位資料及水箱進(jìn)水的基礎(chǔ)管徑中，推算出水箱所需要的蓄水時間。最大負(fù)荷控制主要是在最大負(fù)荷出現(xiàn)前，對閥門進(jìn)行自動開閉。這一切都是通過智聯(lián)網(wǎng)關(guān)在水泵房中實現(xiàn)的，實現(xiàn)了對現(xiàn)場的自動化管理。

4.4.5 末端管網(wǎng)爆管預(yù)測

用小區(qū)漏損監(jiān)測方法可以對小區(qū)漏損進(jìn)行定量分析，但是目前還不能準(zhǔn)確識別出低泄露量不大的新增泄露點。

4.4.6 環(huán)境異常聯(lián)動

環(huán)境監(jiān)控包含但不限于溫度，濕度，煙檢測器，火檢測器，水檢測器等等。在復(fù)雜多變的工作環(huán)境下，智聯(lián)網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)了對傳感信息的實時處理，并將其應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。比如，若水泵房內(nèi)的溫、濕度超出一定范圍，智聯(lián)就會根據(jù)邏輯匹配，將水泵房內(nèi)的風(fēng)機(jī)、除濕器、乃至空氣調(diào)節(jié)等信息，反饋給水泵房主控室。比如，水泵房內(nèi)的水管突然爆裂，或者水箱出現(xiàn)大面積的溢出，都會引起水災(zāi)報警信號的異常。智聯(lián)門根據(jù)邏輯指令，切斷裝置的供電，啟動污水泵的排泄，并將異常情況匯報給平臺。

5 智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)在二次供水運(yùn)維管理中的應(yīng)用對策

5.1 子站運(yùn)行監(jiān)控

子站是指泵站的自控系統(tǒng)，其主要功能是以監(jiān)測中心為主。可以從監(jiān)測中心將水壓、水量、水質(zhì)、用電量等數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫中，對市政二次供水系統(tǒng)進(jìn)行24小時集中監(jiān)測，保證數(shù)據(jù)可以對可能的誤差進(jìn)行提前分析和預(yù)測。同時，通過無線、光纖等技術(shù)，將二次供水系統(tǒng)在各地區(qū)的實時運(yùn)行狀況和相關(guān)數(shù)據(jù)，及時上傳到監(jiān)控中心，作為永久數(shù)據(jù)儲存，構(gòu)成二次供水大數(shù)據(jù)庫。本項目將為城市規(guī)劃、科技研發(fā)等提供有力的數(shù)據(jù)支持，有利于積極推進(jìn)智慧城市建設(shè)。

5.2 巡檢維護(hù)監(jiān)控

為了確保供水安全、穩(wěn)定，監(jiān)控中心必須組建一支具有很強(qiáng)專業(yè)性的檢查和維修隊伍，來對子站進(jìn)行檢查，以便能夠及時地將各類供水隱患排除掉。在運(yùn)行過程中，加強(qiáng)監(jiān)控中心的科學(xué)化管理，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)和方法，降低監(jiān)督成本，在運(yùn)行期間，要發(fā)揮 GPS跟蹤的優(yōu)勢，制定計劃和指令。另外，還需要由專業(yè)化的市政二次水企業(yè)來實現(xiàn)對城市高層建筑及二次供水系統(tǒng)的社會管理，并將其劃分為不同的地域、不同的路段，每一支隊伍都有各自的職責(zé)范圍。每一位領(lǐng)導(dǎo)都要對本地區(qū)的區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行檢查，在檢出故障問題后，立即與監(jiān)控中心合作處理。

5.3 搶修救險指揮

在二次供水智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)的日常運(yùn)作過程中，可針對各類突發(fā)事件的突發(fā)程度、重大程度，制定適當(dāng)?shù)木o急處置計劃，然后做一些緊急情況的排練，實現(xiàn)警告，預(yù)防的目標(biāo)，這樣才能保證二次供水的安全、穩(wěn)定。比如，在夏天的雨季和冬天的寒潮期，要跟氣象部門保持密切的合作關(guān)系，建立起一個聯(lián)絡(luò)機(jī)制，在最短的時間內(nèi)，記錄該城市的降雨量和溫度變化情況，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督責(zé)任，做好防寒減災(zāi)工作，各部要圍繞一個統(tǒng)一的領(lǐng)導(dǎo)中心，提高管理警惕性，24小時為人民服務(wù)。根據(jù)工作的分工，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，技術(shù)預(yù)防等手段，保證供水的安全性和穩(wěn)定性，并首先派出維修人員對其進(jìn)行維修，以保證城市二次供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.4 公眾服務(wù)平臺

二次供水智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)的服務(wù)方法要有針對性，由原來的單一服務(wù)方法，向以網(wǎng)站、微博和微信為代表的多種服務(wù)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)變，以達(dá)到24小時服務(wù)的目的。在此基礎(chǔ)上，通過對二次供水智慧運(yùn)維管理系統(tǒng)的維護(hù)，對停水時間、水質(zhì)等信息進(jìn)行分析?？蛻舴?wù)部接到通知后，根據(jù)修理項目的需要，時刻監(jiān)督工程進(jìn)度，督促相關(guān)部門及時完成檢修工作，并在檢修完成后進(jìn)行回訪，以做下一步的驗收。

5.5 建立水質(zhì)檢測體系

二次供水運(yùn)行與管理系統(tǒng)的設(shè)計，采用不同的水泵、水管等方式，實現(xiàn)二次供水管理的目的。在我國城鎮(zhèn)二次供水工程建設(shè)中，對二次供水工程建設(shè)最主要的優(yōu)化措施就是建立一套水質(zhì)檢測系統(tǒng)。水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控體系的建設(shè)，要堅持專業(yè)性、可行性和有效性的原則。在人力資源管理方面，對水務(wù)局、物業(yè)公司、業(yè)主等部門進(jìn)行全面系統(tǒng)的管理，從而提高審計質(zhì)量。另外，建立一套科學(xué)的技術(shù)體系，就是要合理地運(yùn)用智能傳感設(shè)備、水處理系統(tǒng)等手段，并對現(xiàn)實中出現(xiàn)的水環(huán)境問題進(jìn)行全面的評價與分析。

6 結(jié)語

綜上，利用智能運(yùn)維管理平臺，我們能夠采集并分析二次供水泵房的有關(guān)資料，從而達(dá)到對二次供水泵房進(jìn)行全方位的監(jiān)控，并建立起一份運(yùn)行管理文件，從而讓二次供水管理得到科學(xué)的規(guī)劃，減少管理費(fèi)用，提升供水公司的應(yīng)急能力，提升供水公司的服務(wù)品質(zhì)。