城市智慧二次供水管理平台方案设计

刘 阳

（天津市中环系统工程有限责任公司，天津 300040）

随着城市二次供水监控系统的建成及逐步完善，配合管网GIS 系统、客户服务热线、维修管理工单、表务系统等功能，城市智慧二次供水管理平台计划依托管网GIS，通过综合运用GIS、VR（现实虚拟）、自动化控制、数据服务融合计算、移动互联、私有云、区块链等技术手段，对二次供水工艺全过程产生的数据和信息进行综合管理、分析，并提供标准服务接口，通过对各个系统提供的数据进行分析挖掘综合利用， 对提供的信息流进行整合提炼，为二次供水的运行管理提供相应的功能及服务支持。形成二次供水全过程实时监控、二供设备的全生命周期管理、用户用水服务全程跟踪，达到安全优质加压供水、有效降低加压运行成本、节省人力和提高工作效率，提升二次供水管理水平的目标，同时为今后建设供水生产综合管理平台提供架构支持。

1 建设目的

本平台致力于在企业管理领域融入先进的管理理念、管理方式、管理手段，建立物流、信息流一体化，进一步规范各项管理运作，做到管理精细化，更好地实现安全供水，节能增效，提升形象，推动员工个人素质提升，提高企业的供水运营效益。

1.1 构建面向网络化运营的精细化管理模式

建立强大的泵房监控网络，实现泵房信息化建设；借助监控网络，实现场站、泵房无人值守或少人值守高效化管理； 实现自动化的异常诊断能力，实时掌握所有场站、泵房异常情况；建立企业内部工单机制，结合异常自动诊断，实现自动发现问题，自动派送工单，自动绩效计算；结合设备生产厂商生产经验，对设备资产、设备零部件进行精细化管理，实现资产信息电子化、零部件全生命周期管理；满足公安部反恐202 号文件要求，实现泵房安全联动防护，使门禁、视频、录像、红外等安全部件与平台管理完成有机融合；针对城市大规模水箱使用现状，完成水箱清洗周期性管理，实现水箱液位管理，实现水箱错峰调蓄。

1.2 支持企业多业务协同发展

符合企业管理信息化、自动化、智能化趋势，平台应具备其先进性；供水公司要发挥其行业优势和规模效应，合理有效地统筹和配置资源，通过信息化加强企业的资源共享和业务协同；企业需要通过信息化手段管理各部门、科室，加强在资金、人才、及产业链上整体的协同，同时建立完备的考核体系；符合智慧水务大框架信息化、标准化要求，保证本平台与智慧水务大框架的数据互通，管理流程匹配。

1.3 加强管控，防范经营/质量/安全风险

确保泵房物理安全可控；确保信息化系统、网络系统、数据库系统、应用系统等安全可控；设计合理的IT 架构和技术规范体系，确保IT 建设符合总体规划和统一的技术标准；确保系统对未来新系统建设的兼容性，对第三方系统支持关键信息的互通。构建从进水管网、水质、水量、水压的全过程监控及合理调度。

2 智慧供水管理平台建设总体架构

2.1 方案设计理念

1）平台按“无人值班，少人值守”标准进行总体设计，本着安全可靠、技术先进、经济、实用的原则进行设备配置。

2）泵房设备与管理平台通讯中断时，可提供补发功能，确保网络中断期间的数据不丢失。

3）平台实现远程实时采集和控制，同时考虑到控制带来的安全性问题， 若开通下发控制功能，双方需签订安全保障协议以确定责任划分。

4）系统配置和设备选型适应社会发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，系统达到当前行业内先进水平。

5）采用全分布开放式系统，便于功能和硬件的扩充。 软件模块化、结构化设计，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。

6）平台实现管控结合，能够更好地对二次供水泵房进行监控管理，保障二次供水泵房更加安全、稳定的运行。

7）平台可实现将数据监控、视频监控、门禁及声光报警、PDA 巡检、 运行及维保管理等系统深度融合，可以弹出界面调用或进行数据共享。

8）针对性的技术方案设计及各模块数据互通的可行性分析。

9）对平台采集终端的可靠性、人机交互设计合理性、系统性能优化、移动端支持程度等多维度进行详细说明。

2.2 应用架构设计

本平台系统分为物联网系统和平台管理两部分。 物联网系统除负责现场数据采集传输外，还支持现场自动化控制、现场水箱调蓄、供水冗余控制、末端管网爆管预测、安防联动控制、水质预警联动、工业系统加密等工作。 平台管理负责数据的分析处理、故障诊断维护、工单管理、生命周期管理、安防管理、能耗管理、水箱管理等工作。 其中，物联网系统是现场互联自控的基础，平台管理是企业发挥智慧化供水管理的核心工具和手段。

2.3 系统组成

智慧供水管理平台由监控中心、网络传输、泵房子站系统、现场传感器及视频、门禁系统组成。

数据采集层负责数据的采集和控制，传感器负责采集现场的信息，如进出水压力、流量、液位、泵状态、耗电量、余氯、浊度等，现场控制系统负责泵房设备的就地控制，如泵的启停、切换及传感器数据的收集、故障报警等。

现场传感器和控制器（PLC）通过DI/AI 和现场总线（Modbus）的方式接入网关或工业控制控机。

传输网络负责数据的传输和控制指令的下发，可采用有线方式或无线方式及二者的结合，通过工业互联网网关接入公网数据采集层负责所有泵站系统的数据采集，包括信息的汇聚，控制指令的下发，同时提供标准接口，对第三方提供数据。

数据分析层负责数据的清洗处理和存储；业务层是针对供水业务的具体实现包括报表系统、综合报警、故障诊断、协调控制、运行分析（能耗分析、用水趋势分析等）的综合管理。

视频系统采用本地存储的方式，将现场的视频信号存储到硬盘录像机，通过平台的视频监控模块可以远程调用视频信息，进行监控[1]。

配合门禁系统，实现照明设备、摄像装置的联动，对进出泵房的人员进行管理；可查看设备运行过程中的实时数据和历史数据[2]。

各个子系统协同工作，保证智慧供水管理系统安全可靠高效的运行。

3 系统功能描述

目前，二次供水远程监控指挥调度中心在二次供水维护管理工作中发挥着重要的作用，但随着接入维护项目数量的增加， 项目建设水平的逐步提高，居民对维护服务的质量要求的提高，现在监控中心平台的架构已经很难适应二次供水管理的发展要求，需要建立更加智慧、融合更多功能的二次供水管理平台。

3.1 设计思路

基于“集中监控，分散控制”的模式，建立一个先进、可靠、高效、安全且便于进一步扩充的集中监控系统，完成对水泵及变频器的远程数据采集和控制，实时判断水泵故障及故障原因，实现“24 h 实时监控”的目标，利于实现实时监控，及时发现故障，减少人工巡查工作量，提高工作效率，为客户的设备运行保驾护航。

3.2 系统示意

智能网关是物联网系统中的核心部件。 智能网关负责现场数据采集、现场自动化控制、现场水箱调蓄、供水冗余控制、末端管网爆管预测、安防联动控制、水质预警联动、工业系统加密等工作。

3.3 系统网络

系统支持各种类型的网络传输，包括但不限于ADSL 普通拨号宽带，专网专线，虚拟VPN 专线，移动拨号VPDN，4G/5G 网络，其他。

3.4 系统功能

3.4.1 数据采集与控制

二次供水泵房需要上传的数据： 进水压力、水箱液位信号、二次供水压力、二次供水流量、电压、电流、耗电量、变频器频率、水泵启停状态、电气故障、极限水位报警、地面液位报警、泵房门启闭报警。 所有开关量信号均为无源触点信号，所有模拟量信号均为4～20 mA 信号[3]。

3.4.2 冗余控制

智联网关具备可编程逻辑控制功能，当智联网关监测到PLC 或变频器发生异常导致无法正常控制供水逻辑，进而导致停水危机后，将自动切换至安全冗余供水逻辑， 接管异常PLC 和变频器的供水，同时向平台发出最高级别报警。 冗余供水控制功能属于现场自动逻辑控制，极大保障了停水危机隐患（此功能需要子站PLC 的程序支持）。

3.4.3 安防联动

当正常开门时，门锁打开，状态反馈信号与门锁信号一致，平台记录开门信息，当非正常开门，如暴力破门时，门锁未打开的情况下，其状态信号与门的状态反馈信号不一致，平台自动报警，人员非法闯入，并进行视频弹出。

3.4.4 错峰调蓄自动控制

使用一定的技术手段，对设备运行频率的历史数据进行横向和纵向分析展示，可以很明显地找出该小区的用水周期性规律，从而找出小区供水高峰时段。 结合水箱液位数据和水箱进水基础管径，计算得出所需的蓄水时长。 错峰调蓄的基本思路是在高峰时段来临前，进行自动化的开关阀门操作。 所有这些都由智联网关在泵房现场进行自控实现。

3.4.5 末端管网爆管预测

通过小区漏损监控，可以完成小区漏损的定量监控，但无法判定新增的漏失量不大的爆漏点。 爆漏分析系统通过对二次供水泵房前端压力变送器和流量计的高频数据的采集，实时分析每个泵房前端压力、流量的变化斜率，查找压力和流量突变的泵房。

3.4.6 环境异常联动

环境监测包含但不限于温度、湿度、烟雾报警、火灾报警、水淹报警等。

当环境变得恶劣时，智联网关将对传感器数据进行实时逻辑处理，并输出解决 控制测点。 例如，当泵房温湿度超过限值时，智联网关进行逻辑匹配，并输出对泵房风机或除湿机甚至空调的控制。 又例如，当泵房发生爆管或水箱大规模溢流， 水淹报警器信号异常，智联网关将进行逻辑匹配，并切断设备电源、启动排污泵进行排水，同时向平台上报异常信息。

4 结语

城市智慧二次供水管理平台以 “智慧水务”为规划发展方向，建设一个集成的、统一的管理平台。将传统的数据采集与监视控制系统 （SCADA 系统）与视频门禁系统、管理系统等集中构建，建立一体化运作机制，消除系统之间的信息孤岛，实现统一的展现门户。 对外具有统一的展示宣传窗口、对内具有统一的信息系统管理入口，并能做到内外信息的同步。 通过该平台实现二次供水泵房相关数据的采集分析，实现对二次供水泵房的全面监控，建立二次供水设施运行维护管理档案，实现二次供水的科学调度，降低管理成本，提高供水突发事件的应变能力，提高供水企业的服务质量。