關(guān)鍵詞：智慧水務(wù)；框架設(shè)計；能源管理；智能控制

0  引言

信息技術(shù)與社會程度的高速發(fā)展，自動智能化已成為所有行業(yè)的共同需求，而 5G 技術(shù)的落地，智慧城市的建設(shè)也越來越深入，智慧水務(wù)是智慧城市建設(shè)不可缺少的一環(huán)，如何進行智慧水務(wù)建設(shè)已成為一個重 要的課題。

1  智慧水務(wù)的概念與現(xiàn)狀

1.1  智慧水務(wù)的概念

智慧水務(wù)的核心是自動智能化的城市水務(wù)管理，這是一個新興的概念，在業(yè)界還未形成統(tǒng)一的共識。智慧水務(wù)的目的是在進行水務(wù)業(yè)務(wù)的辦理與管理過程中，根據(jù)客戶的實際需求進行人性化，定制化的服務(wù)。表現(xiàn)在管理方面比如：遠程輸水調(diào)節(jié)、遠程管道檢修等；表現(xiàn)在客戶方面比如：客戶可以實時通過手機 APP 查看水的使用情況，在線繳費與在線辦理業(yè)務(wù)等。智慧水務(wù)是自動化、智能化、人性化的水務(wù)管理系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)水務(wù)精細化管理，具有效率高、時效性強等優(yōu)點，是水務(wù)建設(shè)未來的重要方向之一。

1.2  智慧水務(wù)的現(xiàn)狀

智慧城市的建設(shè)離不開智能水務(wù)的建設(shè)，如今智能自動管理技術(shù)迅猛發(fā)展，水務(wù)建設(shè)也要與時俱進，進行信息化建設(shè)為智慧城市的建設(shè)添磚加瓦。根據(jù)水務(wù)工作的現(xiàn)狀與信息技術(shù)的應(yīng)用，智慧水務(wù)的建設(shè)應(yīng)該具有新理念與新方式，通過利用大數(shù)據(jù)、實時傳感以及移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對城市用水的各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動智能化控制與調(diào)配，提高服務(wù)水平，避免水資源浪費，實現(xiàn)合理配置。

智慧水務(wù)是各國水務(wù)建設(shè)競爭的新方向，智能水務(wù)的建設(shè)需要計量傳感器與管理系統(tǒng)、智能水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、智能水量管理系統(tǒng)、智能廢水處理與回收系統(tǒng)等智能系統(tǒng)配套聯(lián)合實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置。以及廢水資源的回收處 理及再利用?，F(xiàn)階段，智慧水務(wù)的建設(shè)還未完全完善，存在著一系列問題，因此在智慧水務(wù)的建設(shè)發(fā)展中要注重合理規(guī)劃，合理配置，根據(jù)實際情況解決實際問題，提高水資源的利用，避免浪費。

2  智慧水務(wù)建設(shè)的規(guī)劃

智慧水務(wù)的規(guī)劃是智慧水務(wù)建設(shè)的指導(dǎo)思想，具體有以下幾方面內(nèi)容。

（1）智慧水務(wù)建設(shè)的目標(biāo)規(guī)劃：任何項目的建設(shè)與實施都需要先制定目標(biāo)，智慧水務(wù)的建設(shè)也不例外，從作用來看，智慧水務(wù)的主體是水務(wù)企業(yè)與城市居民，智慧水務(wù)建設(shè)的目標(biāo)應(yīng)該是為相關(guān)用戶提供水務(wù)信息的發(fā)布與業(yè)務(wù)的便捷水務(wù)服務(wù)。因此，在規(guī)劃智能水務(wù)建設(shè)的目標(biāo)時應(yīng)該將用戶體驗作為第一目標(biāo)，將服務(wù)性內(nèi)容作為重點進行設(shè)計。

（2）智慧水務(wù)建設(shè)的結(jié)構(gòu)規(guī)劃：根據(jù)智慧水務(wù)建設(shè)的目標(biāo)，智慧水務(wù)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該包括用戶層面、系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)據(jù)中心與硬件建設(shè)等結(jié)構(gòu)。

第一、用戶層面的構(gòu)建：智慧水務(wù)應(yīng)根據(jù)用戶的不同進行分區(qū)設(shè)計，主要包含三個用戶群體：客戶、水務(wù)企業(yè)管理以及水務(wù)監(jiān)督部門。比如：客戶建構(gòu)的設(shè)計要更注重繳費、信息發(fā)布、反饋機制的設(shè)計；水務(wù)企業(yè)管理的構(gòu)建要注重總結(jié)、收集、實時報警與調(diào)控管理等方面的設(shè)計；監(jiān)督部門的構(gòu)建要注重信息整理、舉報回饋與統(tǒng)計調(diào)查等方面的設(shè)計。通過對不同用戶的不同設(shè)計，提升智慧水務(wù)的整體建設(shè)水平與運行效率。

第二、系統(tǒng)應(yīng)用的構(gòu)建，智慧水務(wù)建設(shè)包含的內(nèi)容比較廣，在智慧水務(wù)建設(shè)的過程中要根據(jù)具體的業(yè)務(wù)做針對性設(shè)計，比如：管網(wǎng)的建設(shè)鋪墊與保養(yǎng)維護，水網(wǎng)的運行監(jiān)測與保養(yǎng)維護，新增水務(wù)建設(shè)的規(guī)劃以及污水處理系統(tǒng)的建設(shè)等，在智慧水務(wù)的建設(shè)中都要進行專門的設(shè)計構(gòu)建。實現(xiàn)整個水務(wù)系統(tǒng)的自動智能化，提高整個水務(wù)系統(tǒng)的運行服務(wù)效率。

第三、數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建：智慧水務(wù)的建設(shè)運行是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，高效的數(shù)據(jù)中心是智慧水務(wù)運行效率的保障。智慧水務(wù)數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建包含有：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)等。通過數(shù)據(jù)的收集與整理，可以優(yōu)化智能水務(wù)的執(zhí)行層面。智慧水務(wù)的數(shù)據(jù)化程度越高，越完善，對智慧水務(wù)建設(shè)的參考性與指導(dǎo)性作用就越強。

第四、硬件建設(shè)：智慧水務(wù)建設(shè)需要軟件的支持，同時也離不開硬件的保障，硬件是智慧水務(wù)建設(shè)的設(shè)備基礎(chǔ)。智慧水務(wù)的硬件建設(shè)中要注重安全性與穩(wěn)定性，同時要注重硬件的維護升級，建設(shè)先進的智慧水務(wù)系統(tǒng)離不開先進的硬件支持。智慧水務(wù)的建設(shè)是一個有機的系統(tǒng)，任何一方面的落后都會導(dǎo)致整個智慧水務(wù)建設(shè)的落后。因此，在進行智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)時要注意齊頭并進，不能出現(xiàn)短板。

3  智慧水務(wù)建設(shè)的系統(tǒng)建設(shè)組成

3.1  能源管理系統(tǒng)

我國是能源消耗大國，能源相對匱乏，因此智慧水務(wù)的建設(shè)中要特別注意能源管理系統(tǒng)建設(shè)。盡量節(jié)約能源，減少不必要的浪費。智慧水務(wù)能源管理系統(tǒng)可以從泵站開始改造，依據(jù)大數(shù)據(jù)分析用水高峰與谷峰，通過智能化調(diào)節(jié)，對泵站實施動態(tài)化管理，節(jié)約泵站耗能。通過能源管理系統(tǒng)實時監(jiān)測，對能源數(shù)據(jù)收集整合分析，改造水務(wù)系統(tǒng)的配電設(shè)施，提高泵站的效能，對電力、熱能等多種能源綜合管理，優(yōu)化供水流程與波動，整體降低水務(wù)系統(tǒng)的能源消耗。

3.2  水資源管理系統(tǒng)

城市供水多采用流域供水，智慧水務(wù)建設(shè)的水資源管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)控流域情況，包括水質(zhì)、水量等數(shù)據(jù)，通過監(jiān)控數(shù)據(jù)的收集整合可以建立水資源管理模型，基于模型可以對水資源的變化進行預(yù)測應(yīng)對。水資源管理系統(tǒng)對水資源的合理配置與應(yīng)用有重要的意義。

3.3  生態(tài)管理系統(tǒng)

生態(tài)建設(shè)是現(xiàn)代社會的重要指標(biāo)，生態(tài)管理系統(tǒng)包括廢水處理、再利用與排放。廢水處理是生態(tài)管理系統(tǒng)中的一環(huán)，通過廢水處理，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，避免污染自然水資源與生態(tài)環(huán)境。生態(tài)管理系統(tǒng)通過建設(shè)污水處理廠與再利用水廠，實現(xiàn)水污染處理和水資源再利用的目的，降低了水資源消耗的同時保護了環(huán)境。智慧水務(wù)的生態(tài)管理系統(tǒng)實現(xiàn)了廢水處理設(shè)備自動智能化，對于廢水的分析與數(shù)據(jù)采集進行實時控制與監(jiān)管，對于生態(tài)環(huán)境有重要的意義。

3.4  節(jié)水管理系統(tǒng)

智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)需要完善的節(jié)水管理系統(tǒng)，節(jié)水管理系統(tǒng)對于降低水資源消耗有重大作用。通過大數(shù)據(jù)運用，將水表傳感器等設(shè)備通過移動互聯(lián)網(wǎng)與智慧水務(wù)系統(tǒng)相聯(lián)。通過實時監(jiān)測的方式，進行分析整理，對異常進行報警實現(xiàn)智能節(jié)水，為用水客戶與水務(wù)管理企業(yè)建立橋梁，提供實時的信息服務(wù)。

4  安科瑞電氣針對智慧城市水務(wù)建設(shè)推出能效管理解決方案——AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

4.1  平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

4.2  平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

4.3  平臺拓撲圖

4.4  平臺子系統(tǒng)

4.4.1  變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

4.4.2  電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.4.3  電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。高效、準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進行健康診斷和預(yù)防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

4.4.4  能耗管理

為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等地用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際先進指標(biāo)對標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.4.5  智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。

4.6  電氣安全

（1）電氣火災(zāi)監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

（2）消防應(yīng)急照明和疏散指示

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

（3）消防設(shè)備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。

（4）防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.4.7  環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃氣體或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.4.8  分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

4.4.9  工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

4.5  相關(guān)平臺部署

4.5.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.2  智能照明系統(tǒng)

4.5.3  電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.4  消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.5  防火門監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.6  消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

5  小結(jié)

智慧水務(wù)的建設(shè)是智慧城市建設(shè)中不可缺少的部分，對于節(jié)約水資源，優(yōu)化水資源配置，提升水資源利用率，保證水資源的質(zhì)量與安全有重要意義。通過對水資源的綜合管理，實現(xiàn)對城市流域以及生態(tài)系統(tǒng)，廢水回收利用的全方面管控，是居民生活穩(wěn)定的重要保障，智慧水務(wù)的建設(shè)具有巨大的社會價值與經(jīng)濟價值。