研華智慧供水解決方案
引 言
近年來，隨著城鎮化速度加快和物聯網技術的普及，數字科技的賦能使得水務行業向著精益化、數字化、智能化加速轉型。自然水資源“從源頭到龍頭”經歷了水源清潔、輸水管網、凈水、配水管網、二次供水、入戶管道、水龍頭等環節，二次供水就是連接這“最后一公里”的橋梁環節。
研華科技以“智能地球的推手”作為企業品牌愿景，是物聯網智能系統及嵌入式平臺產業的全球領導廠商。為迎接物聯網、大數據與人工智能的大趨勢，研華提出以邊緣智能和WISE-PaaS工業物聯網云平臺為核心的物聯網軟、硬件解決方案，協助產業客戶創新應用落地。
研華智慧供水解決方案集成了邊緣智能、工業通訊、以及WISE-PaaS工業IoT云平臺，方案基于云的遠程設備管理，解決市政行業二次供水難題。研華科技將致力于水“智”難題、探索創新解法，推動水務行業數智化發展。
項目概況
市政行業二次供水泵房遠程監控系統是對某大型住宅小區進行實時監測并分析其生活給水系統的用水量變化規律，然后對目標區域的供水參數進行重新設計，設計的依據為進一步降低水泵的電耗。設計完成后，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，提出能源節約的方案，將實測到給水系統的參數值分別與規范規定值對比。
本系統通過將智能供水、智能識別、人機互動、能耗管理、水質保障、供電保障等一系列系統進行有效集成。
項目背景
隨著社會的發展，城市中高層住宅小區如雨后春筍般不斷增多，二次供水系統作為住宅附屬配套設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計主要依據在于高層住宅小區居民用水量的變化規律，我國設計人員進行高層建筑二次供水系統設計時，所借鑒的同類型高層建筑用水量變化規律的研究較少，大多數僅是根據國家規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運行能耗大的原因主要是設計參數及設計依據不夠準確充分。
因此，需要對市政行業二次供水系統提供節能優化技術，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先地位，湖南華博信息技術有限公司深耕水務行業，通過軟件與自控行業結合，致力于給排水行業信息化，打造可靠、高效、節能、環保的智慧水務的系統集成商。2021年初，研華科技助力華博信息完成長沙水務的二次供水改造項目，實現全場景數智化，破解智慧供水難題，助力供水大數據釋放價值。
項目簡介
對于市政水務部門而言，穩供穩用是關乎民生基建的重要議題。這就要求二次供水系統在建設和使用過程中，能夠保障供水設備的穩定運行、應對防汛季節的洪澇考驗、宜時宜地調度供水資源，同時，考慮到泵房所在環境的高溫與低溫、高濕度以及無人實時值守等特殊性，因此對現場防護、現場通信、工業級性能也提出了極高的要求。具體來看，供水各類設備和場景都存在智能化升級的需求。包括設備運行、異常監測、遠程控制、物理防護、水質監測、智能調壓及高效管理。因此，本項目對整個供水系統進行了全域、全設備、全要素的數據采集、穩定傳輸、云端分析和應用。
項目目標
1、通過智能泵站、無人值守、“智慧水務”體系、“四化兩創”建設，實現從自動化到智能化，再到智慧化的轉變，保障供水全過程、全時段安全，真正讓自來水變成“智”來水；實現供水管理企業日常辦公便捷化、工作管理精細化、指揮決策智能化，有效提升供水企業的管理效率與社會服務水平。
2、通過二次供水泵房遠程監管數據中心對二供泵房控制柜上傳的各個系統所有數據進行收集，再由監管軟件進行數據統計分析發出控制指令，從而實現監管中心對系統所管轄范圍內所有二供泵房進行實時監測、實時控制，服務于二次供水設備管理部門。
3、通過云平臺作為應用層基礎平臺，即二次供水泵房（加壓泵站）在線監控系統與用戶的接口，將報警信息推送到相關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并隨時處置狀況。
二、項目實施概況
研華科技提供了核心設備（泵體）電機振動的傳感器、無線傳輸網關、邊緣計算網關、人機交互屏、WISE-PaaS工業云平臺等從數據生成、數據治理到數據可視化的整個鏈路的“基礎設施”，對整個供水系統進行了全域、全設備、全要素的數據采集、穩定傳輸、云端分析和應用，破解了智慧供水難題、實現降耗增效。
項目總體架構和主要內容
（1）系統總架構
二次供水系統主要由泵房、控制柜等設備、遠程監控設備、管網等組成，其中，供水統籌、調壓、調度都由此完成。方案系統總架構由圖1所示。
圖1 方案系統架構
（2）主要內容
本系統將二次供水泵站實時監控、指揮調度、數據分析、決策支持有機地結合起來，在管理層和自動化控制層之間起到承上啟下的作用；系統以工業實時歷史數據庫為數據共享、分析、交換的基礎平臺，幫助調度管理人員快速、準確地掌握供水生產和管網輸配情況，通過統計分析，指導生產調度，及時準確生成統計分析報表，全面提升自來水公司的生產管理效率，提高供水安全保障水平。
在線情況分析，采集數據實時上傳至本地分析管理數據庫，在線監控云平臺與數據庫對接；根據監控點數量及監控點的傳感器，靈活配置實時數據、歷史數據、報表、統計分析、實時報警、維護提醒。
遠程設備管理，實時高效控制
（1）遠程監測，實時控制
系統遠程監測供水設備液位、壓力、頻率、流量、能耗信息、泵房環境、溫度、濕度等基本信息；遠程控制二次機組的急停、遠程調參，實現設備遠程運維控制；實時在線監測水質余氯、濁度、PH值等數據，實時掌握水質情況，并能夠智能分析水質，當水質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，優化機組供水參數，降低能耗。實時可視化監測由圖2所示。
圖2 實時可視化監測
（2）安全運維，智能管理
系統遠程監控門禁、視頻、報警等系統，發現問題及時反饋；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，對設備維修維護、運行時間、到期維保等信息管理。
3. 具體應用場景和應用模式
從傳統的泵房運維到無人值守再到云端一體的智能水務運維模式，數據正以新型生產要素的角色，逐漸替代那些簡單、重復、高危的人工工作。新舊模式的升級轉型正是從設備到數據、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據從生成到釋放的整個鏈路“基礎設施”：包括核心設備（泵體）電機振動的傳感器、無線傳輸網關、邊緣計算網關、人機交互屏、WISE-PaaS工業云平臺等。
大多泵房的物理環境均較差、通信環境惡劣，因此要求通信設備及交互設備對環境適應性比較強，不僅能耐高溫高濕度，更要滿足弱信號情況下的穩定可靠傳輸。同時，整個供水系統設計流程較多，對于各類數據的驅動和集成也大幅影響著智慧水務各類應用的可用性、易用性。研華科技憑借30多年來在工業物聯網領域產業的深厚積累，成就了通信產品的工業級標桿、通用模塊和組態軟件的高度集成，使得底層連接更可靠、上層開發更快捷。
4. 安全及可靠性
設備的穩定運行是這個供水系統正常運轉的基礎，研華科技通過對供水設備的液位、壓力、頻率、流量、能耗等核心參數進行采集監測，同時對泵房的溫度、濕度、跑冒滴漏實時采集，就形成了設備層和物理環境層的數據透視圖，也是整個智能供水系統的“源頭活水”。基于此，可實現設備的維保狀態、預測維護、實時控制、異常提醒。例如，當發現設備因年久損耗發生跑冒滴漏、溢流等情況，系統自動發送報警信息，水務管理人員可隨時遠程控制設備急停，將事故盡快處理，將損失降至最低。再如，泵房在防汛季節時常有被淹掉的風險，管理人員可以在巨大損失發生之前，將整個系統提前關掉。
智能供水也需要依據該片區的用水大數據。研華科技WISE-PaaS工業云平臺可根據不同時段的用水流量，自動形成供水壓力曲線，同時結合水泵運行頻率等數據，動態調壓、優化機組供水模型，使得供水用水與綜合能耗之間達到最優平衡。
物理防護方面，通過遠程監控門禁、人臉識別系統和報警系統的聯動，可有效區分“授權”工作人員和“非授權”誤入人員，從而有效阻斷潛在的人身危險。水質監測方便，通過實時在線監測水質余氯、ph值、濁度、菌量等水質指標，及時改進水質清潔系統，為居民水質可查、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還處于“數字化”階段，研華科技會一如既往的協同專業伙伴，借助工業云平臺、AI、邊緣智能等技術與產品方案，共同加速推動供水智慧化應用落地。
四、項目創新點和實施效果
項目先進性及創新點
（1）全場景數智化，破解智慧供水難題
二次供水系統需要滿足設備運行、異常監測、遠程控制、物理防護、水質監測、智能調壓及高效管理等供水各類設備和場景的智能化升級，研華科技對整個供水系統進行了全域、全設備、全要素的數據采集、穩定傳輸、云端分析和應用，實現全場景的數智化，破解智慧供水、二次供水難題。
（2）可靠數字基建，助力供水大數據釋放價值
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，再到目前以智能設備+云平臺的智能供水模式，以數字基建為根基，實現供水的可供可用，到穩供穩用、智能調度，釋放價值。
實施效果
本次項目實施后，長沙水務在降成本、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、設備工作效能有清晰的了解，據此對老化設備進行集中改造和更換，實現功耗降低20%以上。規避水質污染的風險95%以上，降低漏水率達到90%，延長二次加壓設備使用壽命1.5倍，實現供水管理企業日常辦公便捷化、工作管理精細化、指揮決策智能化，有效提升供水企業的管理效率與社會服務水平。
（2）協同增效
智能運維帶來人力投入的大幅降低，300個泵房僅需3人負責現場。在居民使用方面，以前是被動停水，現在是計劃停水，因必要維修而導致的停水時間大大縮短。
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