浅谈智慧水务在净水厂中的实践应用

李兵兵

摘要：随着物联网、新一代 5G 网络、云计算等信息技术的迅速发展和深入应用， “智慧地球”、“智慧城市”、“智慧水务”等与“智慧”相关的概念应运而生。 “智慧水务”利用其信息化和智能化集中监测净水厂各工艺环节运行数据和现场 工况，水泵和阀门联动控制实现净水厂运行自动化，多维度统计分析辅助管理决 策，实现净水厂信息化、自动化和智能化管理，全方位保障净水厂正常运行，提 高生产效率，降低运行能耗，辅助智慧决策。因此，智慧水务已经成为许多国家 和地区完善水资源科学管理的有效载体。

关键词：智慧水务;信息化;自动化;净水厂

引言

随着科学技术的高速发展和城市人 口的快速增长，造成资源的短缺、环境的 恶化和交通的拥堵越来越严重。为了解决影响城市发展的难题，人们提出了打造 智慧城市的概念，将城市中的水、电、油、气、交通等公共服务资源信息通过互 联网有机连接起来，智能化做出响应，对交通的管理、环境的控制等更好的服务 于城市发展[1] 。

一、 智慧水务概述

智慧水务在净水厂的建设及应用使得生产运行管理者通过物联网数字化技  术实现厂内、泵站的关键生产指标（进出水流量和压力、进出水各指標浓度等） 、 生产运行数据（阀门状态、设备开关、电流、电压、电量等） 的自动采集、远程  实时监视、智能预警，加强各级管理人员对净水厂运行情况的实时监管力度[2] 。依托机制创新，整合共享生产现场的各类运行数据，通过可视化的方式将各类数据展示于数据中心，并可将大量的水务信息进行分析和数据挖掘，为净水厂运营管理提供实时运行监测、全厂过程控制、工艺运行模拟、运行异常预警、优化运行决策等功能，以更加精细和动态的方式管理水务系统的整个生产、管理和服务流程，从而达到“智慧”的状态。

二、智慧水务平台搭建系统

（一） 系统构成

净水厂自控系统一般由数据采集、远程在线控制及网络传输等几个系统组

成，实现制水工艺数据的实时采集与传输并对数据进行处理分析、对设备运行状 态及运行方式进行远程监视与控制等功能。以某净水厂为例，智慧水务网络架 构分成三个级别。

第一级为净水厂信息管理系统，采用 1000MBPS 的 Ethernet 网络系统，该 网络是一个开放型的结构。并且设置了信息浏览网，在主要的管理人员的计算机 上可以了解系统的有关数据，用以实现信息共享，手机端、电脑端、LED 大屏等 终端通过网络均可访问数据，此系统集中在中央控制室。

第二级为净水厂的控制网络级，网络形式采用双环型工业 Ethernet 网络。 采用以中控室为核心的工业 Ethernet 网络为主控制网络连接现场各个车间 PLC 系统。

第三级为净水厂现场控制级，现场各个车间 PLC 以现场总线为副控制网络连 接各个车间下属的远程 I/O，该网络是完成系统的数据采集和控制的终端设备。

（二） 系统功能

（1） 信息管理系统具有的数据库服务器是可视化的工厂信息管理系统，以直观的可视化图形的方式，方便、简单、清楚地表述企业管理的整个过程。其主要功能是：接收、处理所有的上传数据，集中管理、控制水厂现场 PLC，提供清晰、友善的人机界面，完成生产管理的日报、月报、年报，也可以在中央控制室集中控制水厂的运行。并设置历史数据库服务器，从主服务器获取实时数据并保存到历史数据库。

监控系统是开放的、灵活的，可以对系统进行监测、控制，具有净水工艺流程展示、动态画面显示功能、实时报警响应联动、设备查询统计、报表输出功能、趋势预测功能、历史数据存储功能。

（2）净水厂的控制网络级。其包括 4 座控制子站分别为：1#变电站控制子站、V 型滤池控制子站、活性碳滤池控制子站、2#变电站控制子站。每个控制子站均独立由 PLC 及机柜、人机界面（HMI）和工业以太网交换机等组成，主要功能如下：

a、通过网络接收设备层上传数据，同时向设备层发出控制调节命令，实现 设备的远控;

b、通过 I/O 模块采集设备运行数据，配电系统检测数据、在线检测仪表数 据等，对各类信号进行处理和运算，实现自动控制和调节;

c、将采集和接收的数据上传管理层监控主机，接受管理层监控主机发出的 调度指令，并进行相应的操作;

d、通过人机界面 HMI 上在线设定各种控制参数，在线编程，实时显示该处 理工段的监控画面以及各种图形、曲线、表格、文字及的报警等;

（3）净水厂的现场控制级。主要由各种智能测控单元、控制设备、在线仪表设备、水质检测、分析设备等组成，其功能如下：

a、采集现场设备的运行数据、配电系统检测数据（SCADA 数据）、在线检 测仪表数据，通过现场总线和 I/O 模块将数据上传 PLC 分站;

b、接受 PLC 分站发出的控制调节指令，实现设备的远控;

三、结论与建议

1、完善基础设施，加强数据应用。构建集监测数据、业务数据于一体的水 务数据中心，应用云计算、物联网、5G 通信等技术，打造集水厂监控、厂内管 网监控、二级泵房监控、DMA 漏损管控、综合调度等于一体的智慧供水管理平台， 建立一套统一的数据标准和管理标准，实现标准数据的高效采集与利用，便于多 系统之间的数据融合、共享、交换。

2、加强技术研发，加大资金投入。智慧水务发展还处于初级阶段，信息技 术人员的技术水平较为落后，因此水务企业需要加强技术的研究，吸引更多的优 秀技术人才，打造专业的技术团队，提高信息技术水平，从而推动行业的进步与 发展;其次政府应加大工作人员在智慧水务系统应用上的培养，形成相配套的业务管理、信息技术、建设管理等复合人才培养机制。

总之，智慧水务建设的发展正快速朝前迈进，完美的实现从“制造”到“智 造”的转变，从“实用”到“慧用”的升华，仍需顺应时代快速发展的节奏。通 过智慧水务建立企业信息平台，实现节能降耗，降低成本，及时对异常情况进行 预警，快速响应处理，辅助企业实现生产运行管理、工艺优化调度、综合运营管 理的信息化、智能化和规范化管理理念，实现企业智慧决策，深度挖掘水务数据。

参考文献：

[1]杨惠.“互联网+”时代智慧水务的建设与发展研究[J].《信息通信》，2018 年第 3 期  [2]谢善斌、袁杰、侯金霞.智慧水务信息化系统建设与实践[J].《给水排水》，2018 年 04 期.