簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

0引言

   智慧水務(wù)系統(tǒng)主要是以BIM和GIS等技術(shù)為基礎(chǔ)架構(gòu)，并且通過利用各項信息技術(shù)，對河流域生態(tài)環(huán)境情況進(jìn)行實時監(jiān)測，并且將各項監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，為具體的治理作業(yè)展開提供了重要的參考依據(jù)。但是，智慧水務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，因此在設(shè)計的時候需要明確其設(shè)計目的及設(shè)計架構(gòu)，并且加強(qiáng)其實踐力度，以此突顯出智慧水務(wù)系統(tǒng)存在的價值，為河流域治理工程的發(fā)展，給予了重要的技術(shù)支撐。

1智慧水務(wù)系統(tǒng)分析

   智慧水務(wù)系統(tǒng)在城市水體治理工程中得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用效果也是非常好的。因此，在智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計之前，需要對系統(tǒng)概念以及設(shè)計內(nèi)容等方面進(jìn)行明確，這樣才能更好地開展設(shè)計工作，滿足河流域治理工程的需求。

1.1系統(tǒng)概念

   (1)智慧水務(wù)系統(tǒng)通過利用傳感器、電子標(biāo)簽、BIM、GIS等技術(shù)，實現(xiàn)信息和時空尺度的信息感知網(wǎng)絡(luò)。同時，智慧水務(wù)系統(tǒng)主要是對湖泊、水資源、污水等方面進(jìn)行監(jiān)測，分析水體環(huán)境的具體情況，這樣可以為治理工程的展開提供重要的參考。智慧水務(wù)系統(tǒng)利用數(shù)采儀、無線網(wǎng)絡(luò)、水質(zhì)水壓等方面，并且利用可視化方式，對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)整合。另外，在整合以后，將大量的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和超處理，進(jìn)而做出相應(yīng)的河流域治理方案，以此達(dá)到“智慧”的狀態(tài)。

   (2)智慧水務(wù)系統(tǒng)在設(shè)計的時候，主要是構(gòu)建集成運行管理、監(jiān)督管理、工業(yè)污染源監(jiān)測、防洪排澇、水生態(tài)與水環(huán)境監(jiān)控、應(yīng)急指揮與調(diào)度、數(shù)字化巡查與養(yǎng)護(hù)、三維展示等功能于一體的智慧水務(wù)管理平臺。同時，智慧水務(wù)系統(tǒng)的出現(xiàn)，可以提升城市水務(wù)統(tǒng)一化管理，并且在水安全、水環(huán)境等方面的日常運行、智慧管控與運營、監(jiān)督與應(yīng)急指揮保障能力，為運行單位以及水務(wù)相關(guān)主管部門的日常管理和監(jiān)督提供技術(shù)支撐，以此實現(xiàn)城市水務(wù)信息化、數(shù)字化、智能化等管理模式。

   (3)通過智慧水務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計，可以完善環(huán)保水務(wù)設(shè)備的管理、實時監(jiān)測水務(wù)管網(wǎng)以及河流河道水質(zhì)在線監(jiān)測，并且對城市水務(wù)相關(guān)運行系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、調(diào)度、巡查養(yǎng)護(hù)、管理考核等閉環(huán)管理，以此提供好的服務(wù)體系。

1.2設(shè)計內(nèi)容

   (1)智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計較為復(fù)雜，主要包括“一監(jiān)測、一個平臺、一大廳”，換句話說就是全方面立體化的河道監(jiān)測和智能感知系統(tǒng)、一河兩岸生態(tài)治理信息服務(wù)平臺以及信息化綜合服務(wù)展示大廳。

   (2)智慧水務(wù)系統(tǒng)在設(shè)計的時候，將“互聯(lián)網(wǎng)＋水利生態(tài)＋河長制”作為基礎(chǔ)理念，并且基于相關(guān)的治理規(guī)范，將一河兩岸綜合治理工程作為設(shè)計目標(biāo)，將河湖涉水作為主線，將日常巡查和公眾監(jiān)督作為核心，實現(xiàn)全方面、立體化的河流域智能監(jiān)測系統(tǒng)。另外，智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計可以實現(xiàn)“一河兩岸”生態(tài)治理信息服務(wù)平臺，為一河兩岸水資源、水環(huán)境、水生態(tài)的治理和體系建設(shè)提供智能化、智慧化的管理手段。

   (3)智慧水務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計，可以實現(xiàn)全方面的智能感知體系，實時對河流域水位、流量、水量、水質(zhì)狀況等方面進(jìn)行全方面監(jiān)測，并且為河流域治理工程的實施提供實時數(shù)據(jù)的支持。另外，智慧水務(wù)系統(tǒng)在設(shè)計的時候，通過利用監(jiān)控平臺與管理考核機(jī)制，實現(xiàn)管理的信息化、自動化與標(biāo)準(zhǔn)化，這樣大大提升河流域治理工程建設(shè)的效果。

2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計與實踐

   智慧水務(wù)系統(tǒng)主要包括采集層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層、用戶層以及巡視平臺。下面就針對這幾點內(nèi)容，展開分析和闡述。

2.1采集層

   采集層是智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計的要點，并且主要是將自動監(jiān)測數(shù)據(jù)、人工錄入數(shù)據(jù)、外部接入數(shù)據(jù)等方面進(jìn)行整合。同時，在采集層設(shè)計的時候，根據(jù)河流域水體的實際情況，設(shè)置采集終端，例如水文以及水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備等方面。

2.2網(wǎng)絡(luò)層

   在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)層的時候，需簡要對采集層終端部署的可靠性進(jìn)行綜合性的考慮，并且在設(shè)計的時候，以光纖覆蓋為主，以此形成有線網(wǎng)絡(luò)和4G、5G無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時，在設(shè)計的時候，結(jié)合數(shù)據(jù)回傳網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到其中，可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及及時性，為河流域治理工程建設(shè)的及時性提供了重要的保障。

2.3數(shù)據(jù)層

   數(shù)據(jù)層在智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計中占據(jù)著非常重要的地位，主要是將采集層所采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、處理以及儲存，以此保證各項數(shù)據(jù)的完整性和安全性。同時，在數(shù)據(jù)層設(shè)計的時候，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型，建立設(shè)備數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)信息庫、水文數(shù)據(jù)庫、水質(zhì)數(shù)據(jù)庫、BIM數(shù)據(jù)庫等，這樣可以根據(jù)數(shù)據(jù)不同的屬性及類型，有針對性地進(jìn)行儲存，也為后期的使用提供了相對便利的條件。

2.4支撐層

   支撐層的設(shè)計，主要是將數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)，并且將web服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)、文件服務(wù)、BIM服務(wù)、GIS服務(wù)等方面應(yīng)用到其中，這樣不僅為系統(tǒng)的運行提供有力支撐，而且也可提升系統(tǒng)的服務(wù)性。

2.5應(yīng)用層

   應(yīng)用層在智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計中，主要是實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源以及業(yè)務(wù)功能集成管理，并且構(gòu)建統(tǒng)一的用戶訪問界面，這樣在操作智慧水務(wù)系統(tǒng)的時候，就會相對較為便利。另外，在設(shè)計應(yīng)用層的時候，將BIM系統(tǒng)、水文監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測等系統(tǒng)應(yīng)用到其中，并且與外部系統(tǒng)接口連接，這樣可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時共享，以此保證數(shù)據(jù)獲取的及時性。

2.6巡視平臺

   巡視平臺在智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計中，主要分為三個方面:數(shù)據(jù)部門、調(diào)度指揮部門、多媒體展示部門。其中，調(diào)度指揮部門主要是將整個智慧水務(wù)系統(tǒng)所有的各類通信終端，以及信息承載部門進(jìn)行整合，并且以多種業(yè)務(wù)軟件為基礎(chǔ)信息的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮調(diào)度指揮部門的價值。另外，在設(shè)計調(diào)度指揮部門的時候，將決策、監(jiān)察、遠(yuǎn)程執(zhí)行等方面進(jìn)行的整合，以此提升智慧水務(wù)系統(tǒng)的功能性。多媒體展示部門主要是利用直觀性較強(qiáng)的多媒體展示一河兩岸生態(tài)的具體情況，并且將信息化技術(shù)作為基礎(chǔ)，采集大量的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集完成以后，結(jié)合歷史、文化、風(fēng)貌、人文等方面，利用360°全息投影、全息數(shù)字沙盤系統(tǒng)、虛擬翻書系統(tǒng)、互動地幕系統(tǒng)等，進(jìn)行全方面的展示。

2.7水質(zhì)監(jiān)測

   為了實時獲取河流域水質(zhì)的情況，在設(shè)計智慧水務(wù)系統(tǒng)的時候，需要構(gòu)建完善水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)置水質(zhì)五參數(shù)，主要包括pH、溫度、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率、濁度等方面，并且根據(jù)相關(guān)水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)，利用手機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)將各項數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿畡?wù)管理平臺，以此完成監(jiān)測工作，這樣治理工程建設(shè)的展開，就有了重要的數(shù)據(jù)支持。另外，系統(tǒng)平臺根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)，利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維模型的構(gòu)建，以此對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行評價。同時，將評價的各項數(shù)據(jù)繪制成曲線圖，這樣可以清晰地看出河流域污染的變化趨勢，根據(jù)趨勢進(jìn)行治理，并且明確治理的要點，以此保證治理的效果。

2.8網(wǎng)絡(luò)和安全系統(tǒng)

   由于智慧水務(wù)系統(tǒng)中含有大量的數(shù)據(jù)，所以在設(shè)計的時候，做好智慧水務(wù)系統(tǒng)中的安全與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計是非常必要的。在設(shè)計的時候，主要是以光纖網(wǎng)絡(luò)為主，將各項數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_上，并且可以利用分層理念的設(shè)計方式，設(shè)置專項網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)等三個方面，以此保證智慧水務(wù)系統(tǒng)中各項數(shù)據(jù)的安全性。

3 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

3.1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(hù)、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(qiáng)度，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。

3.2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。

3.3平臺拓?fù)鋱D

3.4平臺子系統(tǒng)

3.4.1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(hù)和弧光保護(hù)，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(jī)的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常警報等數(shù)據(jù)。

3.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

   水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、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。

3.4.3電動機(jī)管理

   馬達(dá)監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能，電動機(jī)保護(hù)器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測和警報。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(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備，保障正常生產(chǎn)。

3.4.4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、水泵站等的用電、用水、燃?xì)狻⒗錈崃肯牧浚h(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/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。

3.4.5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(dá)到安全、節(jié)能的目的。

3.4.6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)出警報信號，能指示警報部位并保存警報信息，保障了電氣安全的可靠性。

3.4.7 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、UPS電池間可燃?xì)怏w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?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

3.4.8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(jìn)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(jī)容量。

3.4.9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(xì)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(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動機(jī)保護(hù)，進(jìn)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(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備，保障正常生產(chǎn)。

4 相關(guān)平臺部署硬件選型清單