二次供水泵站智慧水務係統在蘭州城市供水中的應用

由於(yu) 蘭(lan) 州的城市發展，市民用水量在迅速增加。特別是居住地勢較高的居民，二次供水泵站已經是不可或缺的供水設備。目前城市供水管網的局部地勢高管線長、水壓不夠高，無法將水直接送到高層用戶。因此，蘭(lan) 州自來水人通過建設二次供水泵站來加壓將水供給高地勢和高樓層的用戶，以保證每個(ge) 用戶的用水要求。同時，由於(yu) 管理需求，二次供水設施的人員日常維護、運行、檢修、監測、消毒等管理需要更加規範化，精細化、智能化的發展。

隨著各地水司對物業(ye) 二次供水泵站的接收，城市二次供水將逐漸形成高效運行、科學管理的創新運作模式。依托蘭(lan) 州城市二次供水泵站項目，借助工業(ye) 互聯網等先進技術，建立二次供水泵站智慧水務係統，實現大批量的二次供水泵站將迎來專(zhuan) 業(ye) 化、規範化改造，屆時遠程數據監控、安全防範將成為(wei) 每個(ge) 泵站的標準化配置。

城市供水概況

目前，蘭(lan) 州城市供水範圍內(nei) 人口2020 年為(wei) 324 萬(wan) 人年供水量 2.5 億(yi) 立方米(東(dong) 市區過濾水量 1.67 億(yi) )。其中東(dong) 市區高坪偏遠地區通過各自區域內(nei) 加壓泵站二次加壓保障供水。全市目前已建立加壓泵站 23 座。涵蓋九州、伏龍坪，五星坪、鹽場堡以及蘭(lan) 州碧桂園、和平、定遠、夏官營等地區。2020 年實際加壓供水量2500萬(wan) 立方米，占東(dong) 市區總供水量 15%，服務供水人數超 50萬(wan) 人。

在沒有進行智慧化改造前，加壓泵站運行模式均為(wei) 調度指令模式運行。運行方案模式化，加之壓力、流量等控製指標沒有采集或依賴人工定時回饋，造成用戶體(ti) 驗不佳。越是用水高峰期，供水質量越差，用戶投訴越多。為(wei) 了改善高坪偏遠地區的供水情況，蘭(lan) 州城市供水(集團)有限公司先是在設備更新上加大投資，對多個(ge) 泵站進行了變頻控製改造有一定提高改善。但仍然存在變頻啟閉過於(yu) 頻繁、人員素質較低引發意外故障等，沒有從(cong) 根本上改變供水不佳的情況。通過分析總結，高坪偏遠地區加壓泵站普遍存在以下問題。第一，約束條件多。高坪偏遠地區加壓站本身就屬於(yu) 管網末梢區域，進水條件差，不能保證充分水源供給;第二，居民用水特點決(jue) 定了供水存在峰穀差大、集中性極強(用水高峰期)，這樣對供水設備及調度策略要求較高;第三，加壓站都建在居民區內(nei) ，周邊環境較複雜，有安保壓力。但受整體(ti) 市容要求等約束，無法封閉高牆管理，這也是人工24小時值班的原因。

建設目標

總體(ti) 框架

二次供水泵站作為(wei) 城市供水管網的終端環節，安全穩定供水的重要性不言而喻。為(wei) 滿足水司監控中心對二次供水泵站的集約化管理需求，需建立一套適應日常運行維護的現代化智慧水務係統。係統除了實現泵站重要工位的圖像可視化還能實現泵站重要設備運行工況的數據可視化。同時，對於(yu) 入侵、火災、設備異常等報警，實現可視化視頻複核，並實現相關(guan) 預案，能夠保障供水安全，有效提高服務水平。

需求分析及係統構架

智慧水務是智慧城市中非常重要的組成部分，作為(wei) 城市供水管網重要節點的高坪偏遠地區供水加壓泵站智慧化運行更是實現智慧城市的基礎保證。通過對二次供水相關(guan) 主管部門調研，並結合各地水司二次供水泵站接收管理規範，日常管理中的主要需求包括:在二次供水有限公司建設監控中心以監視泵站情況實現集中維護、每個(ge) 泵站安裝視頻監控設備監控供水設備允許狀態、遠程監視泵站視頻圖像、監視異常情況(門禁開啟、人員入侵、火災報警、泵站溫濕度)、遠程控製(燈光排風、門禁等)開關(guan) 、監視水池水位流量等信息、泵站供電電流電壓等信息、遠程控製供水係組的啟停等。

針對上述需求，建立智慧化二次供水泵站水務係統，並結合現代信息技術、VPN 虛擬局域網技術等手段，實現泵站運行數據、視頻圖像、安防信息的可靠、穩定和迅捷傳(chuan) 輸，二次供水泵站智慧水務係統構架如圖1所示，由二次供水泵站的前端係統、傳(chuan) 輸網絡、監控平台組成。

係統組成

前端係統主要分為(wei) 兩(liang) 部分，分別對泵站二次供水設備的運行環境及工況進行采集、控製。如圖1綠色部分主要保障泵站的運行環境，通過 NVR 對遙感、遙信、遙控、搖視等四類重點設備進行集成，通過數據的上傳(chuan) 、處理，接入泵站智慧水務平台，與(yu) 門禁係統進行聯通，聯合對泵站的進出實現安全防控。藍色部分主要保障二次供水設備的穩定運行，通過測控終端對智能電表、遠程水表、水壓傳(chuan) 感器、餘(yu) 氣儀(yi) 、濁度儀(yi) 水位傳(chuan) 感器、水位浮子開關(guan) 、加壓泵、排汙泵、紫外線消毒儀(yi) 等，負貴對泵站二次供水設備進行數據采集和存儲(chu) 。

在前端與(yu) 平台的傳(chuan) 輸網絡應用上，二次供水泵站聯網監控係統可以應用 4G/5G 網絡，或是接入寬帶實現數據聯通。監控平台由水司監控中心、維護中心、手持終端三部分組成，根據使用者不同，功能各不相同。

前端係統設計

前端係統結構

在二次供水泵站的前端係統中有視頻處理單元、紅外設備等監控子係統，水質分析、流量計等動力監控子係統，各類傳(chuan) 感器、空調等環境監控子係統，門碰等門禁控製子係統，這些子係統構建為(wei) 完整的前端係統，其架構如圖2所示。

視頻監控子係統

在二次供水泵站的係統中，以1攝像機作為(wei) 智慧水務係統的視頻數據獲取方式，對泵站的設備及環境進行20小時的監控。將視頻監控係統與(yu) 其他各類係統掛接，當產(chan) 生各開關(guan) 量、火災、環境變化等安全隱患時,各係統聯合發出警報。作為(wei) 監控中心的總部，也能夠通過視頻監控子係統對泵站發生的情況直接掌握，采取及時的應急處理措施。

動力環境監測係統

在二次供水泵站中，存在許多高精度儀(yi) 器，環境的穩定性是保障各類儀(yi) 器穩定運行的關(guan) 鍵要素。當儀(yi) 器長期運行於(yu) 波動小的環境中，其使用效果也會(hui) 被穩定發揮。在二次供水泵站的智慧水務係統中，配置了水浸探頭、溫濕度傳(chuan) 感器等環境監測設備，通過對環境數據的采集，實現數據的集中匯總與(yu) 存儲(chu) 。同時，包括了動力環境數據處理單元、安全防範、火災報警、語音對講、智能控製等各子係統。

動力環境數據處理單元

在二次供水泵站智慧水務係統中，其核心設備是環境數據處理單元，能夠進行報警信息采集、環境數據上傳(chuan) 、儲(chu) 存在動力環境數據處理單元中，可以兼容 I/O 開關(guan) 量接口、模擬量接口、RS-485 串口等接口，采取一體(ti) 化設計模式，如圖3所示。

環境監測子係統

(1)溫濕度傳(chuan) 感器

設置溫濕度傳(chuan) 感器的目的是對溫度越界情況進行報警將該傳(chuan) 感器與(yu) 空調的調溫係統進行聯合，同時控製空調的開合。當產(chan) 生溫度異常時，通過環境監測子係統保存溫度及度的數據，並描繪變化曲線，結合聲光報警，為(wei) 二次供水泵站的工作人員提供參考，便於(yu) 適時調整室內(nei) 溫度狀態，嚴(yan) 防溫度、濕度異常而引起的儀(yi) 器效果受損。

此類傳(chuan) 感器為(wei) 傳(chuan) 感、變送一體(ti) 化的設計，能夠根據被測場地調整傳(chuan) 感器配置數量。通過 4-20mA 接口與(yu) 主機相連並采用模擬量來對濕度、溫度進行表達。控製中心、泵站也能夠通過係統實時檢查儀(yi) 器室的環境變化，並對空調、新風係統等進行遠程控製。主要技術參數可參考表1。

(2)水浸傳(chuan) 感器

發生泄漏會(hui) 造成儀(yi) 器的損害，在二次供水泵站的設計施工中雖已對預防泄漏進行考慮，但也難以杜絕泄露的發生。因此，選用線式或者點式水浸傳(chuan) 感器對泄漏進行監測，利用開關(guan) 量進行聲光報警。並將其與(yu) 環動主機相連，將水浸情況向中心傳(chuan) 遞，利用短信等技術手段告知工作人員。線式或點式水浸傳(chuan) 感器可以搭配利用，靈活性高。點式適用於(yu) 機櫃、空調等小區域、精確定位的漏水檢測。線式適用於(yu) 空調周邊的管道、牆角等大麵積區域的廣域漏水檢測。安全防範子係統安防係統是智慧水務係統中的重要組成部分，用於(yu) 防止不法分子對二次供水泵站的破壞，因此對其進行阻攔隔離。在安防係統中包括了紅外雙鑒和紅外對射等探測裝置，這些裝置利用線纜和動力環境主機相連，以應用於(yu) 聲光報警以及信息的匯總傳(chuan) 遞，對聯動設備進行傳(chuan) 遞控製。

紅外對射:作為(wei) 周界防範的有效補充，對於(yu) 有窗戶的二次供水泵站，可對國牆、樓體(ti) 、窗戶配置該設備。設備是利用光束遮斷方式的探測器，通過發射紅外光，形成監控防護區。若存在非法入侵者擋住紅外線，則進行即刻監測，當入侵超過一定時限則觸發警報，並開始錄像，防止誤報。警報的開關(guan) 量可接入環動主機，開展聯動警報，通知安保人員，並保存記錄。

紅外雙鑒:為(wei) 了對已經到室內(nei) 的人進行監控，選擇通過紅外雙鑒設備對安防係統進行補充。該設備是微波與(yu) 紅外的聯合裝置，能夠對溫度和動態進行綜合反饋。若探測到物體(ti) 的動作發生改變，即可將信息反饋至動力環境主機，依次做出聯動反應。該設備可以用壁掛或吸頂的方式放置於(yu) 二次供水泵站門窗附近，並依據開關(guan) 量進行報警信息上報。

火災報警子係統

為(wei) 精準定位起火區域，可根據實際情況來對整體(ti) 區域進行局部的拆解劃分，並對每個(ge) 局部位置按需安裝火災探測器，如煙感設備。依據開關(guan) 量上報報警信息至動力環境主機，及時采取抑製措施，同時主機能夠依據預設的規則動態控製其他係統功能，如燈光係統、門禁係統、電源係統等，也讓泵站掌握火災情況。該設備可安置於(yu) 泵站或，並與(yu) 消防係統連接，

語音對講子係統

若忘記門禁卡，無法進入泵站內(nei) 時，就要通過語音對講子係統與(yu) 監控中心聯係，當值班員確認安全後，進行門禁的遠程控製。

智能控製子係統

在二次供水泵站中有許多設備，為(wei) 了對設備實現遠程控製，要設置遠控係統來對各類設備進行整合;二次供水泵站內(nei) 的相關(guan) 輔助控製設備分為(wei) 開關(guan) 設備和智能設備;麵向門禁，風機等開關(guan) 型設備，需要經過開關(guan) 量對其進行控製。監控中心可經互聯網與(yu) 設備應用功能連接，對開關(guan) 量進行聯動控製如門禁係統、照明係統、空調係統、紅外雙鑒、溫濕度傳(chuan) 感器等設備;麵向有各類型模式控製的智能設備，則要針對各設備調整控製模塊，如溫度控製、空調控製等，

門禁子係統

在傳(chuan) 統的泵站中常用鑰匙進行門限控製，會(hui) 造成權限難區分的情況。門禁作為(wei) 重要的安防係統，也是傳(chuan) 統方式的補充。將門禁控製與(yu) 動力環境係統相連，通過監控主機對各通道的同行進行分時段控製、權限控製等。也查看各門的狀態進出記錄，對非法入慢進行監測報警。

結語

針對二次供水泵站難以遠程監測控製的局限性，順應智慧水務、科學管理的創新運作模式，本文依托蘭(lan) 州城市二次供水泵站項目，借助工業(ye) 互聯網等先進技術，建立二次供水泵站智慧水務係統。係統由泵站的監控中心、網絡傳(chuan) 輸係統以及本地監控硬件平台構成，通過對二次供水泵站安裝視頻監控設備、門禁安防設備、報警設備、動力環境監測設備等多種技術設備，來完善專(zhuan) 業(ye) 化、規範化的智慧水務係統，為(wei) 二次供水泵站的遠程監控、實時報警提供技術支撐。經在蘭(lan) 州市多個(ge) 泵站的實際應用，智慧水務係統實現了泵站的遠程監控、實時報警及有效管理。