智慧水务系统建设方案

发布时间：2021-07-02 发布人：

智慧水务系统建设方案（污水处理、智慧防汛、智慧水务、智慧水利）

1 污水处理
1.1 污水处理自动化现状概述
　 污水处理自控系统建设较落后，地区差异大

　　目前，我国各省市城镇污水处理厂自控系统建设的情况参差不齐。北京、广州、上海、深圳、江苏、浙江等东部经济发达地区的城市污水处理厂自控系统建设及使用状况整体较好，中西部地区的污水处理厂自控系统状况还不太理想，有很多甚至处于瘫痪状态。而即使是在经济发达地区的污水处理厂，现有的系统仍有很多不完善的地方，与其它行业的技术水平相比差距较大。

　　导致这种现象的主要原因有两个方面，一是对自控系统的重视不够，经济投入不足;二是绝大多数污水处理厂缺乏自动化专业技术人才，缺乏足够的技术培训，从而缺乏完善的自控系统维护保养工作。

　　市场空间巨大，市场竞争充分

　　现状的不足，恰恰意味着市场与机会。近期，北京排水集团的高碑店污水处理厂、酒仙桥污水处理厂等多个污水处理厂,以及桑德集团的肖家河污水处理厂等都纷纷在进行改扩建。其中，自控系统的改造、升级是很重要的一部分。除了北京，湖北、河南、大连等大多数省、市污水处理厂中控系统的升级改造也进行得如火如荼。

　　作为国内环保行业领头企业的首创、北控、桑德等水务集团，不仅整体自动化应用水平较高，而且均已着手建设集团层面的信息管理系统。这也意味着，在这些领头企业的带领下，污水处理行业开启信息化时代。

　   当前污水处理厂自动化、信息化及智能化技术应用的市场空间巨大。对企业而言，这些新技术的应用可以带来人工成本降低、运营水平的改善以及节能降耗，全方面的提高污水处理厂的运营管理效率。对监管部门及社会公众而言，这些技术的应用可助于监管加强、污染物减排能力增强以及信息公开透明。污水处理厂自动化及相关技术应用的空间被无限拓展，这也引起了行业的高度关注。

1.2 污水处理信息化解决方案
1.2.1水务企业工况在线监控及分析系统
水务企业工况在线监控及分析系统，简称“工况分析系统”，是在传统的自动化控制系统的基础上，针对水务企业的生产过程建立数学模型，利用大量的生产数据对生产的过程和结果进行深入分析，从而为管理者提供据测支持的系统平台。
                         

功能模块：

远程监控：系统完全基于B/S结构，实现基于WEB方式的远程监控，支持平板电脑、智能手机等移动终端访问。

设备检测：通过对设备状态的全面监测，提供包括投运时间、故障次数、检修时间提醒等功能。

仪表检测：通过对仪表的全面监测，提供包括量程设置、报警设置、投运时间、维护提醒等功能。

运行报警：根据系统预设等级进行分级显示通讯、设备、仪表、有毒气体等报警信号。

安全分析：根据工艺特点和风险源识别，针对生产过程进行安全监控，根据运行数据进行安全分析，对工艺的安全生产和达标运行进行分析。

质量分析：对工艺生产过程的运行质量进行分析，包括去除率、减排量等重要质量指标。

效能分析：对工艺生产过程的运行效能进行分析，包括单位水量电耗、单位减排量电耗等效能指标。

电力分析：通过电力监测系统，对全厂的电力状况进行横向、纵向等分析。

人员绩效：通过值班期间的人员（主要指中控管理人员）登陆系统情况进行记录和考核，结合各项生产数据，进行人员生产绩效分析。

水量预测：通过对企业进水量的监测，利用历史数据建立数学模型，可以较为准备的预测未来一段时间内（通常为1天至30天）的进水量。

水质预测：通过对进水、出水水质和生产过程的数据监测，建立数学模型，可以较为准确的预测当前进水水质和当前工艺条件下，未来一段时间内（通常为24小时）的出水水质。

故障预警：通过对设备、仪表等的数据检测，可以建立数学模型，对可能存在故障隐患的设备、仪表等进行故障预警。

专家系统：利用运营管理人员和行业专家的经验，结合工艺特点，可以建立一套实用的专家专家，以解决复杂工艺问题。

数据报表：利用自动化控制系统的实时数据库，以及本系统各功能模块的分析数据，建立一套丰富的工况数据分析报表，并以图表等丰富形式进行展现。

1.2.2水务企业集中监控系统
       专门为水务行业专业运营公司开发的一套用于管理集团内多个运营企业的工艺监控系统，使得集团单位在集团监控中心即可监控、管理、指导旗下各运营企业生产活动，减少现场指导、视察次数及时间，降低人力资源成本。

       为了实现中心数据信息化、网络化，打破各个监控现场相互之间长期形成的“信息孤岛”局面，本方案利用有线网络与3G无线网络相结合的方式，各现场监控站的数据通过现有网络进行传输，如果没有网络则增加3G网络进行传输。

        集中监控平台系统由位于管理中心和位于各地的污水处理厂现场监控站组成，各现场监控站首先连接到数据采集站，数据采集站通过网络将数据传送至中心，实现各现场监控站和管理中心的实时在线连接，实现数据的网间共享以及实时监控。

方案优点:

1、实时性强：系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个/所有数据采集点的数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

2、可对视频设备进行远程控制：通过网络双向系统还可实现对视频设备进行远程控制，进行参数调整、转动云台等控制操作。

3、建设成本少低：由于采用现有网络或3G无线网络，只需安装好设备就可以，不需要进行专门布线，前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低；

                                 

4、范围广：3G覆盖范围广，在无线3G网络的覆盖范围之内，都可以完成对监控站的控制和管理。而且，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。

5、通信费用低：采用包月计费方式，运营成本低。

1.2.3水务企业信息化管理系统
       构建最先进的水务行业信息化管理系统，利用互联网、物联网、大数据等先进技术，实现生产工艺远程监控、设备管理、报表管理、运行管理等工作，为客户提供最有价值的专业信息化系统解决方案。

设备管理

      对全厂设备和仪表的使用情况进行监控和管理，包括使用状态、运行时间、故障分析和全面的维保记录等，并提供设备和仪表维保建议和规范的操作流程，保证设备和仪表的正常使用和维护。

报表管理

       专门为水务企业设计的用于进行报表创建、报表生成、报表查询和报表管理等工作的软件模块，以生产运行原始数据为基础，结合化验室数据，按照管理需要，自动生成各种所需的报表。

运行管理

       包含运行值班记录、设备监控、数据抄报、运行分析等功能的运行管理模块，及时、准确反映运营状况并形成运行报告归档，从而提高运维人员的工作效率和管理水平。

成本管理

       针对水务企业的生产运营特点和商务模式，融合自动化、电力、环境、财务、投资、管理等多专业知识而形成的运营成本管理系统，涵盖电费、药剂费、外运处理费、人工费以及利息、折旧费、管理费等生产运营中的成本构成，是管理者掌控运营成本的重要手段。

电能管理

       专门针对水务企业生产运营及工艺特点，结合最新能源管理技术而开发的用于水务企业的电能监测、分析、预测及管理的系统，目的在于实现水务电能消耗可视化、电能使用安全化和电能管理高效化，提高能源使用效率。
                                             

                                           

                                           

                                         

1.2.4水处理智能优化控制系统

       通过优化控制、模糊控制、神经网络、专家系统等人工智能技术，实现污水处理全过程的智能优化控制，达到安全运行、节能运行的目的，平均节能效果超过15%。

优化曝气系统

      污水处理工艺中，在曝气阶段的能源消耗最为突出，设计智能优化控制算法，通过智能优化控制系统实现曝气系统的优化运行，达到节能目的。
                                               

泵组优化控制

       根据工艺控制需要，对提升泵、回流泵等泵组进行优化控制，在满足工艺要求的前提下，实现节能降耗，减少设备启停损耗，减少对工艺系统的负荷冲击。

                                         

专家系统

       专家系统是利用污水处理行业运营管理专家的经验，建立实时专家系统决策库，构建专家系统决策树，实现对生产过程调度和运行中产生的问题进行自动诊断和分析，并提供专家系统解决方案。

                                         

1.2.5污染源排放（工况）分析系统
      “工况监控系统”是污染源自动监控项目建设的进一步深化，在原末端监测的基础上，深入到污染治理设施运行的本身，通过抽取出代表设施运行的模型和工况参数，精确描述设施运行的状态。基于设施运行过程中工况参数之间动态关联的逻辑关系，行数据验证和判断，分析设备运行的状态，对异常的工况进行报警。
                                       

2. 智慧水务

2.1 智慧水务整体解决方案

       智慧水务整体解决方案以城市供排水一体化综合管理信息平台为核心，结合数学仿真模型建立计算机智能辅助决策系统，实现数据一体化、流程整合化、应用集成化、决策科学化，以精细、动态、智能的方式进行水务管理、服务、决策工作，使水务管理达到智慧状态。

                                               

        城市供排水一体化综合管理系统框架由“一个网络，一个平台，一个中心，一个窗口”的“四个一”水务运营管理体系组成，具体框架如下：

                                           

       供排水一体化系统业务功能涵盖生产运营、营业收费、客户服务、全网络平台、计算机辅助决策等几大类。

功能架构图如下：

                                     

2.2 供水调度SCADA系统

       供水调度SCADA系统是供水行业进行生产运营管理的重要技术手段，供水调度SCADA系统通过SCADA技术，实现对生产调度运营的综合管理。供水调度SCADA系统担当生产运营调度指挥的“耳朵、眼睛”，甚至是“大脑”。青岛积成电子凭借13年的技术和行业经验的积累，拥有功能完善、系统稳定的iES-E1000供水调度SCADA系统。

                   

iES-E1000供水调度SCADA系统主要功能：

1.“二级调度”：

供水调度指挥中心全面监测各生产单位、管网运行状态，随时下达调度指令；

各生产单位监测本地生产数据，接收执行指挥中心调度指令，并进行反馈.

2.水源井监测控制：

本地及远程监测水源井的水位、出水压力和流量；

监测水源井取水泵的运行状态和电流、电压等运行参数；

远程/自动控制水泵的启停；

水源井安防监控视频；

3.水厂集散控制DCS：

本地及远程监测水厂清水池的水位、进出厂流量、出厂水质和压力；

监测水厂内配电设备、净水设备和加压泵组的运行状态和运行参数；

远程/自动控制加压泵组、阀门等设备的启停；

                                           

4.泵站无人值守：

中途加压泵站/小区加压泵站的进出口压力、蓄水池水位、出口流量；

监测泵组的运行状态和电流、电压等运行参数；

远程/自动控制加压泵组、阀门等设备的启停；

泵站安防监控视频；

5.管网运行监测：

远程监测供水管网压力、流量、水质（余氯、浊度、PH等）。

远程采集关口表、用水大户的水量信息。

                                                 

2.3 GIS地理信息系统
       积成水务GIS系统利用GIS空间数据管理技术，将水司重点关注的管网、附属设施叠加到带有位置坐标的地图上，从而赋予地理属性，同时这些图层带有本身的属性信息（管线的管径材质、设备的规格型号等），这两种属性结合到一起便可实现管网空间数据的统一管理，既能全面反映一个城市供排水管网总貌，又能看清每个设备的详细信息，从而实现对水务管网最完整、最彻底的管理，为供水公司的领导提供科学的决策依据。

积成水务GIS系统总体框架

                                                 

积成水务GIS系统功能介绍

                                           

1.管网空间数据统一管理

 利用GIS空间数据管理技术，将地形、管网、水厂、泵站、营业网点等信息进行统一管理，满足各个业务部门对管网信息的需求。既能全面反映一个城市供水管网总貌，又能看清每个设备的详细信息，从而实现对供水管网最完整、最彻底的管理。

2.便捷的数据维护方式

利用GIS空间数据编辑技术，可以将管网、水厂、泵站、工程资料、地形图等信息通过图形、属性、多媒体等多种方式进行统一便捷的编辑维护，为管网信息的时效性、准确性、完整新提供有力保障。

3.管网设备信息的快速检索

利用GIS空间数据快速检索技术，能快速准确地检索、查询、统计、输出供水工程所需的管网设备和技术资料。为供水管网的规划、施工以及日常应用提供最大的便捷。

4.辅助决策

利用GIS空间数据分析技术，通过管网资产统计、营业收费信息统计分析、当前工程情况分析、管网剖面分析、管阀分析等业务功能，为领导提供科学的决策依据。

5.业务信息统一展示

利用面向服务的系统架构（SOA），通过开放的服务接口将供水SCADA系统、站点视频监控系统、营业收费系统、智能控制系统等业务系统集中接入的GIS系统中进行展示和应用，使得各个业务系统信息与管网信息有机融合，实现信息共享。

积成水务GIS系统经典案例：

                             

2.4 GPS巡线系统
水务GPS巡线系统是指通过全球地位系统对巡线人员进行位置定位，并将位置信息展示到地图上，从而实现了对巡线人员日常巡检工作的实时监管，根据这些记录可以对巡线员进行准确的绩效考核，从而保证各巡线员的巡线到位率达100%。同时巡线人员可通过手持巡线终端将巡检中发现的异常情况以文字、图片、语音的方式实时上报到系统中，方便管理者及时接收到隐患信息，及时进行做出决策，最大限度的降低隐患风险。

GPS巡线系统特点

1.系统采用B/S架构，通过WEB网页方式访问，系统所有功能都可在前台WEB 端实现，方便系统的访问和管理；

2.采用GPS全球定位系统进行位置定位，信号覆盖范围广，定位精度高；

3.采用GPRS网络信号进行数据通信，可将实时位置、隐患信息快速上报，同 时系统提供缓存上报功能，当遇到网络信息较弱时，可将实时位置信息、隐患信息暂存与手持终端，待信号良好时再进行上传；

4.手持终端设备模具采用工业级三防设计，电池容量为6000毫安，系统使用安卓系统，各项配置均为巡线工作量身定做；

GPS巡线功能简介

地图工具
提供了矢量电子地图和影像图两种地图展示，可通过地图工具进行放大、缩小、漫游等操作，提供了管网数据、附属设施设备在地图上的展示，提供间距、周长、面积；

实时监控
手持终端通过GPS信号获取实时位置信息，通过GPRS网络将位置信息上报至系统主站，从而实现了对位置的实时监控，同时系统支持轨迹回放、轨迹分析和终端状态的查询等；

隐患上报
当巡线员在工作中发现隐患信息时，可通过手持终端将隐患的图片、文字描述、语音描述信息连同位置信息一起上报至主站平台，系统管理员可及时详细的了解到现场的情况，做出决策；

隐患管理
可对上报的隐患进行全过程的管理，确保隐患被及时处理并结案，可按照设备类型、隐患类型、隐患级别进行趋势分析，指导巡线管理工作；

危险源管理
将危险源标注到地图上，同时添加文字描述、图片信息，并作为必检点的形式存在相应巡线员的日常任务中，巡线员可将该危险源的每日照片作为日常巡检的成果上报至平台中，从而实现了对危险源的每日巡检工作的管理；

工地监护
针对第三方施工，确保巡检人员进行现场安全告知、交底，并每日上传工程现状、进度，实现对第三方施工的有效监管和破坏预防；

车辆管理
通过安装在巡检车辆内GPS车载模块，实时将车辆的启停状态、实时GPS位置、车速等实时信息上传至系统主站，从而实现对车辆的实施监管，确保巡检车辆按巡检任务执行巡检工作，避免车辆私用、违规超速行驶等违规行为；

巡检任务
可将巡线员日常巡检的管线、关键设施设备标注到地图中，再根据实际需求自定义划定巡检区域，以区域为单位，将区域内的所有管网、设备作为巡检必检点下达至巡线员的手持终端上，并可按照日、周、月进行巡检排班，从而实现了巡检工作的量化管理，为巡线员工作考核提供了科学依据；

                                             

报表管理
系统针对巡线员的日常巡检工作、考勤记录、上报隐患情况等生成相应的报表，方便管理者的工作，指导后期的工作安排，同时实现对巡线员的绩效考核；

RFID电子标签
可结合物联网的RFID电子标签技术，将电子标签信息与巡线必检点信息进行一一绑定，当巡检人员经过巡检点时，唤醒电子标签，读取相关信息，同时，通过智能手持终端设备的拍照功能，巡检人员可以在现场直接拍摄数码照片，一起上传到调度中心，作为巡检的佐证资料，切实保证巡检人员的巡检到位率；

管线设施管理
利用GIS平台，可添加管线、设施、阀井、场站、用户等输配信息，并添加 属性资料，实现对管网设施的数字档案建立及管理，实现简易的GIS系统功能。

3.5 城市管网计量实时监测与管理系统
系统概述

城市管网计量实时监测与管理系统主要应用于DMA分区计量评估系统以及供水管网SCADA系统，对供水管网独立计量区域的水压、水量、水质进行监测，分析夜间最低流量变化，评估区域漏损状况，对于异常情况实时报警。同时，监测数据也可用于供水调度评估、异常用水情况报警、管网水力模型校验以及工商业大用户用水情况监测分析，降低供水公司产销差，提高供水企业的管网管理水平。

系统组成

城市管网计量监测与管理系统由：现场仪表、iES-D10远程数据监测终端、iES-D1000中心主站等部分组成。

                                                 

配套产品：

现场仪表主要包括流量计、压力变送器、光电直读式大口径水表、超声水表、液位仪等设备。

图 iES-D10远程数据监测终端

远程数据监测终端采用自主设计的高灵敏度、高增益天线。天线浸没水下≤30cm时仍能保证数据的连续、可靠传输。

D10远程数据监测终端具有丰富的通讯接口：

1路RS485总线；
4路脉冲量；
5路模拟量。
单台设备最多可同时挂接多达14块仪表。可实现对余氯（二氧化氯）、浑浊度、总氯、pH、流量、压力、水温、温、湿度、水、电量等11项参数采集传输和4台设备的反控。

从设计和选材的角度决定了防破坏能力的好坏，从系统自检报警功能进一步完善了防破坏能力。

iES-D10远程数据监测终端具备系统工作状态自检功能，包括：

数据采集信号中断实时报警；
断线自动实时报警；
异常移动实时报警；
通讯模块检测异常情况报警；
采集模块异常数据报警等