物联网技术在二次供水项目上的应用

周晓辉 陶江莹

[摘    要]随着城市建设规模的扩大，用水量在逐年增加，且随着人们生活水平的提高，对水质的要求也越来越高。本次研究的重点在于利用现有的设备资源，进行合理调配，建立基于物联网技术的二次供水控制方案，降低运行成本，保障居民二次供水设施的稳定运行，提高水务集团的服务质量，增强故障预警及故障应急处理的能力。

[关键词]二次供水;物联网;智能网关;NB-IOT

[中图分类号]TN929.5;TP391.44;TU998.1 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）05–0–02

Application of Internet of Things Technology in Secondary Water Supply Project

Zhou Xiao-hui，Tao Jiang-ying

[Abstract]As the scale of urban construction expands， water consumption is increasing year by year， and with the improvement of people's living standards， the requirements for water quality are getting higher and higher. The focus of this study is to use existing equipment resources， make reasonable deployment， establish a secondary water supply control plan based on Internet of Things technology， reduce operating costs， ensure the stable operation of residents secondary water supply facilities， and improve the service quality of the water group. Enhance the ability of fault early warning and emergency handling of faults.

[Keywords]secondary water supply; internet of things; intelligent gateway; NB-IOT

1 物聯网的背景介绍

目前全球有成百上亿个设备联网，每天同时在线设备达几千万，日常生产关系企业及民生，保证生产数据的高效、准确传输有着重要的意义。

随着城市的不断发展，居民住宅楼层越来越高，城市人员不断增加，城市供水量的需求也随之日益增加，净水厂出厂水常压输出后，市政管网压力不足以支撑高层居民用水需求，二次供水设施应运而生，如何保障二次供水设施的稳定运行则成为了保障高层居民用水的关键。

本次研究即把物联网技术集成在二次供水设施现场设备上，将现场设备的主要运行参数（如：压力、流量等）进行实时监控，出现异常情况及时预警，方便二次供水设施管理单位远程对二次供水设施进行调度和维护，保障供水安全、稳定。

2 物联网技术定义

物联网是通过信息传感设备，按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。物联网的主要特征是通过射频识

别、传感器等方式获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互，采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提高对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。

二次供水设施的物联网技术主要应用于对水泵、压力计、流量计等设备进行远程监控及管理。各区域二次供水设施管理单位可通过监控平台，对现场设备的运行状态进行实时监控，并在出现紧急情况时进行远程操作。如：水压突降时进行压力设置，泵房淹水时为保证设备安全可进行远程断电。同时，可通过安装于现场的监控设备进行现场全景的实时监控，全方位保障二次供水设施的稳定运行，实现无人值守。

3 基于物联网技术的二次供水控制方案设计

3.1 系统整体方案设计

首先需要对二次供水的相关数据进行分析，确定基本采集数据。在确定了基本采集数据后，需要根据数据传输的过程构建二次供水泵房数据采集系统。

构建的系统主要包含四个部分，现场设备、现场数据采集设

备、数据采集传输通道、数据软件平台。

现场设备主要是指二次供水泵房内负责供水的工艺设备和电气设备，例如供水变频泵、电气控制柜、相关仪表等。

现场数据采集设备是安装在现场，根据已确定的基本采集数据要求通过一种或多种方式采集现场设备数据的数据采集设备，本方案中采用的是物联网智能网关。

数据传输通道是现场数据采集设备在采集到必要的数据后，将数据传输到数据软件平台的方式，本方案中采用的是电信的物联网通道NB-IOT。

数据软件平台是整个系统的终端，主要用于采集数据展示、采集数据处理、第三方接口开发等。

上述系统组成中，现场设备属于基础设备，城市二次供水泵房基本已具备，其设备较为完整，下文就不在赘述了。现场数据采集设备、数据传输通道、数据软件平台是本文的重点研究对象。

3.2 现场数据采集设备

二次供水无线监测的终端节点就是现场数据采集设备，该设备是现场设备与数据软件平台之间传输数据的核心硬件设备，本文中主要采用自主研发的智能网关。智能网关具备多种通讯方式，其中主要以总线通讯方式为主，符合通用的MODBUS协议，这种工业总线通讯的方式，抗干扰能力强，数据传输速率高，可同时一次性传输多个数据，扩展性较强，可同时连接超过32个节点设备。该硬件设备基于单片机开发，性能上具有一定的局限性，处理数据能力不足。所以本例中，现场数据采集设备在采集到现场数据时不做数据处理，仅作为数据透传设备收发数据，同时具备本机报警功能。

3.3 数据传输通道

数据传输通道采用中国电信NB-IOT专用网络，NB-IOT是由3GPP定义的基于蜂窝的窄带物联网（Narrow Band Internet of Things），已成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术，有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。深覆盖是LPWA（包含NB-IoT和eMTC）网络中最重要的核心目标之一，NB-IoT相比GPRS覆盖增强20dB。在地下、楼宇内信号更容易穿透，比传统无线技术多穿透1～2堵墙。部分IoT应用（如智能抄表、环境监控、智能农业

等）安装环境没有电源供应，必须安装电池，而每次更换电池的人力成本较高，要求电池寿命达到10a以上，所以需要分组核心网支持UE低功耗，节省终端电池寿命做到极致，这也是IoT网络的核心目标之一。解决传统业务系统在末端取电困难，或电池续航能力不强的问题。NB-IOT引入新的数据传输方案，减少空口信令数量;引入拥塞控制机制，防止出现网络风暴。NB-IOT单小区可支持50 000用户接入。比现有无线技术提高50～100倍的接入数。在数据采集点的密集区域，不会因为网络拥塞导致数据上报不及时。NB-IOT技术从多个方面降低终端成本，降低前端数据采集终端的生产成本，从而丰富“智慧水务”的数据采集终端的类型。

3.4 数据软件平台

数据软件平台也可称为物联网应用平台，根据其所处的网络结构中位置，其功能上处于承上启下的重要作用。启下沟通检测设备，通过网关联通泵房相关设备;中间处理、标准化数据，接收泵房相关设备的实时数据，并解析成统一标准化数据;承上对业务系统提供数据，通过标准化接口对水务公司业务系统提供业务数据。

物联网应用平台由设备接入层、数据处理层及应用支撑层组成。设备接入层提供设备管理链接服务;数据处理层提供数据接收及转发服务和数据解析服务;应用支撑层提供应用支撑、数据推送服务、數据格式化以及数据存储服务。

物联网应用平台具备物联网卡管理功能，涉及内容有很多，包括物联网卡生命周期管理：卡资源管理、套餐基本信息、用量信息、卡状态变更、连接记录，NB-IoT号卡管理平台，实现物联网卡接入、管理和数据服务。实现对物联网卡的查询和基本信息展示和对到期、即将到期和欠费的物联网卡监控告警。可通过套餐ID（群组）、SIM卡状态、接入号码、物联网卡号（ICCID）、余额等条件查询;列表展示信息：ICCID、运营商、SIM状态、接入号码、IMEI、上次通讯时间、余额等。展示物联网卡当前状态和套餐基本信息;基本信息：接入号码、ICCID、IMSI、余额、状态更新时间、账号开始时间、缴费结束时间、产品名称、产品编号、产品类型、产品状态。展示物联网卡订购的商品信息：流量（MB）、短信（条）、语言（分钟）以及订购的后向流量池的流量（MB）;同时展示当天用量和本月用量。展示物联网卡的状态，可以对卡状态进行变更。①可对未激活卡进行激活操作;②对已激活卡做停机操作;③对停机卡做复机操作。展示出单位时间范围内物联网卡通讯数据详情。可按小时、天、月展示。支持单位时间内时间范围选择。

物联网应用平台作为承上启下的枢纽，从下到上提供终端管理、连接管理、应用使能、业务分析等主要功能，实现对终端设备和资产的“管、控、营”的一体化。通过开放式平台的方式对接二次供水泵房工控管理软件;对其提供余额查询、套餐查询、水表、水泵电机等设备的数据采集和命令下发接口。

4 物联网在二次供水中的应用意义

4.1 完善水务企业生产设备健康状态评估

利用物联网技术中构建设备状态监测与健康评价系统，全面感知水泵、电气设备、变压器以及辅机等设备的运行情况、状态参数，经过智能、高效的分析后，可以让设备运行人员预先掌握设备运行趋势预测，让设备管理人员及时了解设备健康评估结果，快速进行故障诊断，让领导层客观制定设备维修决策，管理人员能够更快捷、更直观地掌握设备健康情况，提高设备的运行和维护效率。

4.2 实现设备设施管理信息化

通过有效运用无线射频识别技术，对二次供水泵房内的各项设备加装电子标签，从而实现信息化管理。有效地利用各项信息化技术，通过有效运用巡检、智能分析，来对设备的运行情况进行综合性的评价。重视操作警示，通过对操作人员的定位以及设备操作人员的识别，来对人员操作的资质予以确定，以避免操作失当而造成的设备运行不畅问题。

4.3 增加安全防范管理及施工安全智慧管理

凭借物联网技术对视频监控等进行相应的联网，保证各项通讯设备之间能够共享信息，实现对城区全范围内的智能防范。借助物联网技术对视频监控、红外报警以及门禁等安全防范设备进行联网，相互通讯和调用，实现泵房范围内的智能安全防范。与移动终端相联系实现信息化管理。而设备的使用人员也可以从手机终端上掌握场内设备运行状况以及出现的故障等。

4.4 具备平台化设备管理能力

通过邮箱应用物联网技术能够实现信息的融合，将信息处理技术有效运用到二次供水活动中，同时对不同的信息作出归类，并将其智能化地存储，从而为后期的工作打好基础，有效实现系统的自我完善，自我升级。

5 结语

通过有效运用物联网技术与互联网技术，并将先进技术进行综合，建立相应的互联网系统，将其有效地运用到二次供水泵房的运行管理工作中，突破原有的工作效率，实现高质量的管理。促使二次供水能够达到自动化生产，使管理工作具备科学性，有效推进水处理行业的发展，让二次供水的运行工作更加精密，更具技术性。总而言之，城市的水务管理与人民的生活水平息息相关，必须要有效优化二次水处理系统，通过无线网络监测以及互联网技术来有效减少路线，来节约企业的成本，通过对互联网以及大数据的有效运用实现远程传输，对数据进行更高质量的分析。运用物联网技术也能够检查出供水系统中出现的问题，有效减少资源方面的浪费，为城市的供水系统建设贡献力量。

参考文献

[1] 刘刚.基于物联网技术的智慧水务及供水管网漏损检测应用方案[J].电子技术与软件工程，2020（19）：21-23.