兰州市二次供水综合管理系统的建设与应用

来耀明

（兰州城市供水（集团）有限公司，甘肃 兰州 730000）

1 工程概况

兰州市供水系统的质量决定了该市居民是否能获得优质水。因此，兰州市供水集团不仅要负责管理客户关于供水的信息整个产业链、成本等，而且要对供水的整个环节、费用等进行管理。

兰州城市供水范围内人口2020 年为324 万人，年供水量2.5 亿m3（东市区过滤水量1.67 亿）。其中东市区高坪偏远地区通过各自区域内加压泵站二次加压保障供水，全市目前已建立加压泵站23 座。涵盖九州、伏龙坪、五星坪、盐场堡以及兰州碧桂园、和平、定远、夏官营等地区。2020 年实际加压供水量2500 万m3，占东市区总供水量15%，服务供水人数超50 万人。因为二次供水监控系统工作时，主要采集泵组进出口压力、工作频率、启停状态、功率，以及泵房环境温湿度、楼层高度、烟雾传感器、UPS 状态、视频、红外入侵等数据，然后检测数据通过光纤VPN 通讯上传，同时在前端将数据处理与监视控制利用工业组态软件处理，这样便满足了采集速度要求高、数据存储量大的要求。

原有的监测系统在监测和数据控制方面功能齐全，但随着管理要求的不断提高，在数据存储和运行、预警和决策方面有很大的局限性，需要对原有系统进行升级。

供水公司提出并实施了二次供水综合管理系统基础设施的更新，该系统已全面完成，并在2021 年年底前部署。本文介绍了一个最新的综合二次供水管理系统。

2 二次供水综合管理系统架构

基于IOS/Android 的移动端应用平台、基于B/S 结构的WEB 端管理平台和基于C/S 结构的客户端监控平台组成了二次供水综合管理系统，其架构如图1 所示。

图1 系统架构

（1）系统核心是基于C/S 结构的客户跟踪平台。由一个通信网络、一台下位机、一台上位机、一个工程站和一台前置机组成。上位机包含监控软件、数据存储和视频监控服务器。下位机包含RTU、视频摄像头、传感器和各种压力、液位、温度/湿度和噪声传感器。前置机器主要作为上层和下层计算机之间的通信和对话中介，为数据采集和传输前的数据打包、分析、存储和分发以及其他处理提供OPC 类型的服务。通信网络主要采用虚拟专用网络（VPN）的形式，确保安全性和可靠性。

（2）B/S 架构是C/S 架构的增强版，在这种架构下，对已部署系统的访问主要是通过浏览器进行，是网络架构的常见形式，其网络管理平台的结构是一个用Python开发的完整的管理应用平台，采用MongoDB 数据存储和通用的Redis 架构。B/S 侧的硬件信息数据源主要负责接口。运行信息数据主要由系统自动生成，属于用户输入配置，通过二次数据处理，系统为用户提供丰富的功能和准确的信息。

（3）移动终端是在IOS/Android 基础上开发的移动应用,数据通过GPRS 网络和中心服务器传输。

3 二次供水综合管理系统应用和功能

3.1 C/S 端功能与应用

C/S 终端是整个系统的核心，主要负责数据采集和存储、状态显示、设备管理和视频安全监控。它可以直接与现场的设备进行通信。这个功能模块主要开放给调度部门和运维技术人员授权。该监测终端允许调度员监测实时数据，如压力、流量、电压、电流、频率、泵的状态、水位、温度和湿度、噪音、pH 值、浊度和余氯。它还允许他们通过设置和调整压力、启动和停止泵、切换电气控制阀门、重置变频器故障、视频监控、移动监控、布防和撤防等方式远程控制设备。重点是实施远程设备控制功能，因为它可以直接与现场的设备进行通信。C/S 监控信息的更新、异常维护和数据修正任务主要由运行和维护工程师主要负责。

3.2 B/S 端功能与应用

3.2.1 数据展示

系统进行数据采集，一方面，可以对二次供水的泵房环境工况进行展示，可以展示泵房的温湿度，烟感变化、UPS 电源供电状况，设备房噪声等环境因素；另一方面，可以对二次供水的设备运行工况进行展示，可以展示泵机电流电压的实时数据及变化，水位进出口的压力值，水流量、运行状态、变频器频率、变频器温度、参数设定值等数据。并且利用列表、GIS 图、工艺图等方式进行更加直观地展示，监控界面如图2 所示。

图2 监控界面

3.2.2 预报警提示

现场需设置实时的报警功能，反映二次供水系统泵房运行状态和设备的工作状态，如监测，例如，监测停电与否、压力状况、水箱溢出等异常状态，若出现此类情况，系统将触发报警系统，及时且自动进行报警。当系统声音提示报警时，系统操作人员可根据报警信息分析判断。

需要对一些不影响正常供水的，时效性不高的状况进行预报警，比如换泵过于频繁、长时间以较低频率进行运行、水箱的换水周期过程长、长时间不更换水泵、能耗高、水压波动过大等，采取预报警措施，可提前采取防范措施，进行隐患排查，降低故障发生的概率、使设备更加可靠稳定运行。

3.2.3 数据分析

为提高工作效率，方便运行维护管理人员掌握设备的运行工况，工作人员需观测并分析泵房中产生的实时数据。

（1）水压分析。主要是对二次供水设备的进出口压力、设定的压力等实时监测数据进行显示，以便对得到的数据进行分析，也可按照以年、月、日为周期，进行统计分析，最终以报表或者曲线形式展示水压的一些参数及其主要参数出现的时间，包括其平均值、振幅、最高值、最低值、变化系统等参数。

（2）能耗分析。主要对监测到的某一供水泵房或某一运行设备为监测对象进行数据的分析，可以对采集的数据进行纵向对比分析以及横向对比分析。若对某小区的供水泵房开展能耗的纵向对比分析，根据监测到的年度数据的能耗分析，可以对四季更替是否影响用水量进行分析对比，并且能够比较能耗的差异；根据监测到的月度数据的能耗分析，可以对双休日与工作日不同用水量进行分析对比，并进行能耗差异分析，也可对设备维护保养前后不同用水量进行分析对比，并分析能耗的差异；根据监测的每日数据的能耗分析，可以对早、晚用水高峰与其他时间段的用水量进行分析对比，并分析能耗的差异。相比纵向分析而言，能耗的横向对比分析，可以对泵房、用户量、入住率等差异情况进行分析。

（3）水质分析。主要是对水中各种成分的含量进行数据监测与分析，比如，水的浊度程度、余氯量、pH值等。二次供水系统的二次水污染由低位蓄水池或高位水箱造成，二者容易对用水的安全产生影响。加强对二次供水系统水质的监测与数据分析是很重要的，加强贮水量等情况的监测，确保二次供水系统的水质。二次供水相比较直接供水，其管路环节较多，因此，对水质保障的要求就更高。

（4）泵机运行状态分析。一般用带状图形式来展示泵机的运行状态，并进行后续的数据分析，可以监测到二次供水系统其泵机的运行情况，其主要监测数据包含泵机的启动与停机时间，工频与变频的启动、停机时间以及开关系数。

（5）自定义分析。系统可根据用户其所需的属性，对二次供水系统设备运行的各项监测数据进行统计分类，归纳分析。

3.2.4 数据统计

为推进落实运行管理工作，提供切实可信的数据依据，根据管理需要，系统可选取数据进行记录，并形成统计报表，如图3 所示。

图3 泵房供水量统计

（1）设备在线率。对所有系统监管下的设备进行在线统计，并在设备出现故障情况下进行预警提示，如通讯反复异常、信号弱、设备连接中断等，同时系统会对当前情况做出判断，排查故障原因并采取对应措施，保证系统监控下的设备运转正常。

（2）设备完好率。统计设备的完好率，用设备故障报警等级分类情况来评价设备运行的稳定性。

（3）供水率。根据平台提供的泵房供水量信息，设备预警级别等，系统可自动记录预警用户数、且根据具体未送达水源的信息，给住户实施及时地送、补水应急方案。

（4）业务数据统计。为方便管理工作，应统计日常的泵房巡检次数、设备保养状况、工单的解决状况、隐患排查整改等业务，并根据日期、责任人、完成状态等数据进行汇总。

3.2.5 业务管理

（1）工单管理。主要用于跟踪、记录、反馈各种工作的完成情况、实现工作流程电子化可视化，使工作流程达到闭环控制，提高综合管理能力。

（2）巡检管理。不同于传统的固定线路巡检，使用者可根据自身需求自制巡检计划，下发给系统生成对应工单，系统再下达指令给负责人。结束作业后，负责人可利用APP 将巡检信息进行反馈和上报。

（3）维保管理。根据保养计划，系统生成保养工单，工作人员开展保养工作，并进行工作后续的落实。根据故障报警、巡检人员通过APP 的反馈以及临时抽查抽检等情况，系统可以制定整改计划，若有故障无法及时排除，需要建立台账，进行隐患排查记录、方便后续进行排查整改。

（4）数据管理。建立泵房信息数据库，将用户所在社区基本信息、泵房基础数据、所处环境信息、泵机参数、技术规范、运维数据、泵机工作历史记录、泵机工作状态数据、设计图纸等汇总纳入数据库，建立线上数据档案库，监控泵房设备从设备运转、健康维护、整修换件到全面报废的全生命周期过程。

（5）人员管理。实现工作人员的线上作业安排，责任划分明确，任务具体详尽，人员工作进度有章可循，利用系统平台可根据需求实现人员的实时调配与工作任务再分配，合理高效地实现人员管理。

3.3 移动端功能与应用

二次供水移动端APP 是可用于监控二次供水系统的移动应用软件，具有数据浏览、即时通讯、信息查询等功能。在物联网等技术的基础上，建立二次供水系统应用管理平台，缩短系统维护的响应时间，降低设备故障率和运维成本，从而更好地保证供水质量。

移动终端可以实现数据的信息化交融，与WEB 端平台保持联动、数据互通。帮助普通用户全方面了解系统平台的单位信息体系。加强管理质量，提高决策效率。主要包括监测数据查询、工单处理、信息查询、历史查阅、泵机定位等功能。

（1）数据查询。利用选项卡，将信息进行统一分类，方便用户查看各项动态数据。点击动态数据可呈现报表或信息曲线，便于后台人员进行数据处理。

（2）工单处理。传统工单需在WEB 端进行制定与查看，移动端的使用大大缩短维修、巡检、保养等任务的下发过程，现场人员可直接通过手机等了解工作内容，及时处理异常事故或维修任务，并在完成任务后将现场情况借助移动端反馈至后台，使平台间信息传递畅通无阻。

（3）信息查询。工作人员可以借助移动端确定每个泵房中泵机的基本数据、历史工单情况等，能为用户带来更多保障。

（4）历史查阅。工作人员可明确查询某个泵机的具体历史运转数据，了解该站的历史情况。

（5）泵机定位。相较传统的地图定位或记忆定位，工作人员可通过移动端导航前往某站泵机处，并能通过地图了解整个区域内泵站分布情况。

3.4 应用效果

该系统已在兰州市投入使用，效果如下：

（1）提升兰州市二次供水的安全保障。通过总结历史运行数据与预警工单，结合小区用水实际数据，制定了适用于大部分社区的通用故障预警识别规则与条件，使工作人员能够及时发现并解决问题，并且能够针对满足条件的非故障设备进行保养提示，缩减维修成本与故障隐患。如某小区泵机显示报警信息，出水压力上下起伏较大，通过移动端设备可查看压力记录曲线不正常，线条显示为锯齿波，通过历史信息查询可发现该小区3 日内耗电量均比上月均值上升了21%。经工作人员核实，报警原因为出水稳压罐内压力较小，若住户用水流量较小，会导致泵机反复启动，增加耗电量。修复后各项数据趋于稳定，警报解除。该系统保证工作人员及时发现问题并解决，减少用户费用损耗，确保实时监控泵机等设备的运转。

（2）规范管理制度，提高工作效率。物联网技术、移动设备与互联网三合一的联合驱动，将工作中的实践、理论知识在标准要求的约束下，与系统有机结合，为新一代管理手段提供技术支持，如“数字化巡查”。将员工的日常保养、巡查计划数字化，通过移动端查询相应安排，向高效率作业发展。

（3）实时监控设备各项数据，为优化运行、减少能耗做参考。社区用水量的峰值与谷值时间可作为用水信息的收集与改善水泵参数的重要依据，通过系统对泵房信息的实时监控，可得到出水压力数据，进行曲线分析后便可得到峰值、谷值时间。观察压力曲线的起伏，调整变频器系数，同时根据现场情况改变泵机系统PLC加减速时间，使小区出水压力异常得到改善。对各项设备的能耗分析，可让工作人员及时调整其运行状态，实现节能目的。

（4）整体业务开展更加制度化，实现闭环控制。通过该系统平台达到业务一体化，实现实时监控巡查、养护等工作，达到计划开展、作业派发、现场工作、数据反馈、分析判断等顺利执行，实现闭环控制，让工作开展更加高效、可控。

4 结语

兰州市二次供水综合管理系统的建设与应用和开展工作的管理、维护人员密切相关，缺一不可。系统相应的应用与功能也在不断地开发完善，将更加人性化、与现场结合更紧密。同时，该系统也应加强推广力度，让更多用户能享受到此系统带来的便利。