農(nóng)村供水工程中智慧水務和物聯(lián)網(wǎng)智能水表的應用案例

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：隨著社會的進步和各項事業(yè)的飛速發(fā)展，人民生活水平的逐步提升，對農(nóng)村飲水安全有了更高的要求，為了進一步提升農(nóng)村供水服務的質(zhì)量，利用現(xiàn)代化、信息化科學技術(shù)提升農(nóng)村供水服務質(zhì)量，提高用水管理效益。不斷滿足人民群眾用水便捷的需求，是當前農(nóng)村供水管理部門要做好的首要任務，也是智慧城市發(fā)展的方向和趨勢。而在供水工程建設中，推廣應用電器化程控管理技術(shù)“智慧水務大數(shù)據(jù)平臺”+物聯(lián)網(wǎng)智能水表無縫對接的管理模式，打造“智慧水務”管理系統(tǒng)，成為了當前提高農(nóng)村供水服務管理水平的主要措施。

關(guān)鍵詞：智慧水務；物聯(lián)網(wǎng)；智能水表；應用

1 臨澤縣農(nóng)村供水工程的發(fā)展及現(xiàn)狀

臨澤縣轄7個鎮(zhèn)，共71個行政村，全縣總?cè)丝?48002人，其中，非農(nóng)業(yè)人口55500人，農(nóng)業(yè)人口82502人[1]。上世紀90年代以前，農(nóng)村飲用水靠自給自足，部分農(nóng)戶都采用小鉆孔式手壓井取水生活，因全縣農(nóng)村地域分散，且地質(zhì)情況較為復雜，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)及各村社地下水根據(jù)地質(zhì)情況的變化差別也較大，且手壓井深度大多為3~5m之間，即農(nóng)村飲用水決大多數(shù)都取用的是淺層地表滲流水，各類重金屬及化學物質(zhì)含量較高，且農(nóng)業(yè)面源污染嚴重，水質(zhì)不達標。同時，還有部分居民因居住地勢較高，地下水較深且開采技術(shù)不足，只能從幾公里外的水渠、塘壩取水來維持生活，嚴重影響著農(nóng)村居民的身心健康。隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，自上世紀90年代中后期，惠民政策的不斷出臺，使農(nóng)村居民生活飲用水得到逐步的改善。至2005年左右，全縣農(nóng)村自來水工程全面實施，基本實現(xiàn)了一村一個集中取水井+分支管道敷設整村、農(nóng)戶單戶供水的要求，但因受到地域限制以及地下淺層水季節(jié)性的變化，水質(zhì)仍不能保證達標。又經(jīng)過十多年的陸續(xù)改造完善，至2020年左右，全縣農(nóng)村飲用水從水源到農(nóng)戶，基本實現(xiàn)了一鎮(zhèn)(鄉(xiāng))一水源，分支管網(wǎng)敷設全鎮(zhèn)農(nóng)戶單戶供水。集中水源改造的實現(xiàn)，對達標水質(zhì)的選擇、水源地選址、管理都有了極大的提升，使全縣農(nóng)村居民用上了安全、放心的飲用水。但隨著全國鄉(xiāng)村振興經(jīng)濟發(fā)展和城鄉(xiāng)一體化建設的穩(wěn)步推進，對農(nóng)村居民用水的保障和方便程度也提出了新的要求，如何科學、高效的提升供水服務和管理水平，成為了當前相關(guān)工作人員探索和思考的主要問題。

2 臨澤縣農(nóng)村供水服務存在的主要問題

全縣農(nóng)村供水方式基本都采用的是水源+管道+末端用戶水龍頭取水的形式。在水源和供水管道方面，目前的管理方式雖然可以保障維持正常的供水，但在末端入戶取水的過程中，常存在一些影響居民用水體驗的棘手問題。在以往工程歷次改造升級過程中，受當時科技水平和供水產(chǎn)品的限制，多采用機械式水表，后續(xù)改造過程中，又引入了磁卡式半智能水表。但都存在無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)適時更新，取用水管理方便、便捷的目的。

2.1 機械式水表

問題1：為了準確掌握用戶用水情況，必須每年至少進行2次以上的逐戶抄表讀數(shù)計量工作。加之一戶一水表井，工作量較為繁重，且臨澤縣冬季氣溫較低，為了防止水表及閥門開關(guān)凍裂造成漏水現(xiàn)象，要求每戶水表井內(nèi)必須覆蓋較厚的棉麻保溫材料進行越冬。冬季過后，農(nóng)戶不能及時移除覆蓋物，有的農(nóng)戶甚至覆蓋后長期不取，再次給管水人員抄表計量工作增加了較大負擔。問題2：水表井內(nèi)設施因常年覆蓋，當管件、閥門出現(xiàn)銹蝕破損、松動或水表出現(xiàn)機械故障時，無法及時發(fā)現(xiàn)，造成了水量的浪費，當漏水嚴重時還可能危及農(nóng)戶房屋地基安全。問題3：機械水表只能通過人工一次次上門抄表讀數(shù)進行計量，部分農(nóng)戶為了逃避繳費，故意以安全為由私自鎖閉井蓋或在井蓋上堆放重物，且故意外出避開收費人員，造成無法進行及時抄表。

2.2 磁卡式半智能水表

問題1：雖然可以實現(xiàn)充值，用水超量后自動鎖表，但用水量數(shù)據(jù)同樣無法自動獲取，當水表鎖卡后，用戶的用水量只能通過充值的金額進行人工二次折算，當需要按月或按一定時間段掌握用水量時，還得進行逐戶抄表讀數(shù)登記，同樣工作量較為繁重。問題2：磁卡式半智能水表需要卡片充值，水表卡片又無法實現(xiàn)網(wǎng)上繳費，用戶還需到供水服務大廳進行人工充值，同時，當水表出現(xiàn)故障時，用戶往往以為是欠費問題，無法自行判斷。問題3：水表井內(nèi)設施故障或出現(xiàn)漏水現(xiàn)象時，同樣也是無法即時發(fā)現(xiàn)。

3 “智慧水務大數(shù)據(jù)平臺”+物聯(lián)網(wǎng)智能水表的應用

臨澤縣2021年農(nóng)村人飲鞏固提升項目中，首先引進了“智慧水務大數(shù)據(jù)平臺”+物聯(lián)網(wǎng)智能水表的應用。即能通過物聯(lián)網(wǎng)智能水表反饋到系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)進行智能化的處理和分析，同時還能夠?qū)崟r監(jiān)控所有運行環(huán)節(jié)的過程，以動態(tài)的方式實現(xiàn)精細化的管理，實現(xiàn)了全程供水管理智能化、科學化、信息化的目的。通過系統(tǒng)實時監(jiān)控以及“智慧水務大數(shù)據(jù)平臺”的數(shù)據(jù)反饋，可以實現(xiàn)以網(wǎng)頁服務的形式，將采集的數(shù)據(jù)、運行過程的信息傳輸至系統(tǒng)內(nèi)任何一個單元，使數(shù)據(jù)展示實時更新，協(xié)助供水管理人員掌握供水流程中的各個環(huán)節(jié)，對供水服務及時做出相應的正確調(diào)整，使管理水平得到了大幅度的提升，從而達到程控化管理“智慧供水”的目標[2]。

3.1 抄表系統(tǒng)先進便捷

“智慧水務大數(shù)據(jù)平臺”系統(tǒng)+物聯(lián)網(wǎng)智能水表的應用，使得抄表計量實現(xiàn)了精細化管理，系統(tǒng)對抄表服務單獨進行管理，實現(xiàn)了抄表機抄表、APP抄表、物聯(lián)網(wǎng)表采集等多種形式的工作方式進行集成管理，同時，還可根據(jù)不同場景需要，任選一種方式進行抄錄。實現(xiàn)了計費用量管理的各項業(yè)務需求。“智慧水務大數(shù)據(jù)平臺”系統(tǒng)基于POD服務交付點提供了動態(tài)的抄表冊管理，特別適用于日新月異的城鎮(zhèn)供水變化需求，實時反映用水量以及對應抄表任務變化，系統(tǒng)集成了多種型號的抄表機，且自帶移動抄表APP功能，有*的減輕了抄表員工作量。同時，項目管理人員在平臺端即可監(jiān)管抄表員現(xiàn)場工作，加強了抄表的監(jiān)督管理。

3.2 交費系統(tǒng)“抄收分離”方便智能

在“智慧水務大數(shù)據(jù)平臺”中通過計費引擎，實現(xiàn)割裂的抄表、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的分離，從而提高了系統(tǒng)處理能力和速度。繳費管理系統(tǒng)基于統(tǒng)一的電子交易平臺，輕松實現(xiàn)服務大廳、銀行代理網(wǎng)點、自助終端、互聯(lián)網(wǎng)、第三方代收機構(gòu)的渠道接入，實現(xiàn)了終端用戶水費的輕松繳納。該項目實施，終端設備主要采用借助于微信公眾平臺，供水管理單位建立了專用的微信公眾服務APP，用戶可利用手機終端設備實現(xiàn)隨時隨地進行查詢和繳費的目的，極大的提升了用戶的體驗效果。

3.3 電子發(fā)票對接系統(tǒng)完善

“智慧水務大數(shù)據(jù)平臺”可以實現(xiàn)與電子發(fā)票系統(tǒng)進行對接，在系統(tǒng)收費后，自動開具電子發(fā)票，并實現(xiàn)在微信公眾號或掃描小票二維碼進行發(fā)票下載。系統(tǒng)自動計算供水部門各種稅費，并在月底匯總所有發(fā)票數(shù)據(jù)及稅費數(shù)據(jù)報表。還能滿足稅務部門對供水稅收的監(jiān)管。

3.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)適時更新

“智慧水務大數(shù)據(jù)平臺”系統(tǒng)可以實現(xiàn)視頻監(jiān)控圖像接入、實時圖像觀看、遠程控制、歷史圖像的檢索和回放、系統(tǒng)的人機交互、監(jiān)控中心防護、用戶與權(quán)限管理等功能。結(jié)合大數(shù)據(jù)平臺SCADA系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)，24小時不間斷的監(jiān)控能夠及時分析和發(fā)現(xiàn)水廠或加壓站故障，提高運行維護效率、降低損失，保障水的輸送和供給質(zhì)量，達到科學預警，減少成本，提高效率的目的。

4 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

4.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

4.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務后勤部門管理需要。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統(tǒng)

4.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

4.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.4.4能耗管理

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能的目的。

4.4.6電氣安全

①電氣火災監(jiān)測：監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

②消防應急照明和疏散指示：根據(jù)預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

③消防設備電源監(jiān)測：監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

④防火門監(jiān)控系統(tǒng)：防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.4.7 環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

4.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

5 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

6 結(jié)論

利用現(xiàn)代信息化科學技術(shù)，在滿足人民供水需求的同時，提升了人民的生活質(zhì)量,也是城市智能化發(fā)展的方向和趨勢。大力推廣“互聯(lián)網(wǎng)+”信息技術(shù)在人飲供水領(lǐng)域的發(fā)展，全面實現(xiàn)“智慧水務大數(shù)據(jù)平臺”+物聯(lián)網(wǎng)智能水表的應用，即能通過互聯(lián)網(wǎng)服務平臺的建設,讓廣大居民切身體驗到智慧水務的建設成果和對日常生活帶來的巨大改變[3]。又能使受益群眾感受到黨和對人民日常生活的極大關(guān)懷，同時還能促使農(nóng)村供水管理工作水平得到進一步提升，從而實現(xiàn)“智慧供水”的目標。還能讓供水行業(yè)智能化管理工作更好的服務城鄉(xiāng)居民起到示范的作用。

參考文獻：

[1] 臨澤縣2021年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[EB/OL].(2022:04-22).

[2] 毛躍利.淺談農(nóng)村飲水安全措施與飲水工程管理[J].建筑工程技術(shù)與設計,2018(36):42-95.

[3] 智慧水務平臺“愛水APP”助力搭建智慧城市[EB/OL].(2017:07-30).

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者介紹

未曉妃，安科瑞電氣股份有限公司，178 2117 0311,主要研究方向為微電網(wǎng)能效管理和環(huán)保安全用電。