智慧水務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)全方面的智能感知體系,實(shí)時(shí)對(duì)河流域水位、流量、水量、水質(zhì)狀況等方面進(jìn)行全方面監(jiān)測(cè),并且為河流域治理工程的實(shí)施提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的支持。另外,智慧水務(wù)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候,通過利用監(jiān)控平臺(tái)與管理考核機(jī)制,實(shí)現(xiàn)管理的信息化、自動(dòng)化與標(biāo)準(zhǔn)化,這樣大大提升河流域治理工程建設(shè)的效果。
1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)踐
智慧水務(wù)系統(tǒng)主要包括采集層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層、用戶層以及巡視平臺(tái)。下面就針對(duì)這幾點(diǎn)內(nèi)容,展開分析和闡述。
1.1采集層
采集層是智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn),并且主要是將自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、人工錄入數(shù)據(jù)、外部接入數(shù)據(jù)等方面進(jìn)行整合。同時(shí),在采集層設(shè)計(jì)的時(shí)候,根據(jù)河流域水體的實(shí)際情況,設(shè)置采集終端,例如水文以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備等方面。
1.2網(wǎng)絡(luò)層
在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)層的時(shí)候,需簡(jiǎn)要對(duì)采集層終端部署的可靠性進(jìn)行綜合性的考慮,并且在設(shè)計(jì)的時(shí)候,以光纖覆蓋為主,以此形成有線網(wǎng)絡(luò)和4G、5G無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時(shí),在設(shè)計(jì)的時(shí)候,結(jié)合數(shù)據(jù)回傳網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到其中,可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及及時(shí)性,為河流域治理工程建設(shè)的及時(shí)性提供了重要的保障。
1.3數(shù)據(jù)層
數(shù)據(jù)層在智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占據(jù)著非常重要的地位,主要是將采集層所采集的數(shù)據(jù),進(jìn)行分析、處理以及儲(chǔ)存,以此保證各項(xiàng)數(shù)據(jù)的完整性和安全性。同時(shí),在數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)的時(shí)候,應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型,建立設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)信息庫(kù)、水文數(shù)據(jù)庫(kù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、BIM數(shù)據(jù)庫(kù)等,這樣可以根據(jù)數(shù)據(jù)不同的屬性及類型,有針對(duì)性地進(jìn)行儲(chǔ)存,也為后期的使用提供了相對(duì)便利的條件。
1.4支撐層
支撐層的設(shè)計(jì),主要是將數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ),并且將web服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)、文件服務(wù)、BIM服務(wù)、GIS服務(wù)等方面應(yīng)用到其中,這樣不僅為系統(tǒng)的運(yùn)行提供有力支撐,而且也可提升系統(tǒng)的服務(wù)性。
1.5應(yīng)用層
應(yīng)用層在智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,主要是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源以及業(yè)務(wù)功能集成管理,并且構(gòu)建統(tǒng)一的用戶訪問界面,這樣在操作智慧水務(wù)系統(tǒng)的時(shí)候,就會(huì)相對(duì)較為便利。另外,在設(shè)計(jì)應(yīng)用層的時(shí)候,將BIM系統(tǒng)、水文監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)應(yīng)用到其中,并且與外部系統(tǒng)接口連接,這樣可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享,以此保證數(shù)據(jù)獲取的及時(shí)性。
1.6巡視平臺(tái)
巡視平臺(tái)在智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,主要分為三個(gè)方面:數(shù)據(jù)部門、調(diào)度指揮部門、多媒體展示部門。其中,調(diào)度指揮部門主要是將整個(gè)智慧水務(wù)系統(tǒng)所有的各類通信終端,以及信息承載部門進(jìn)行整合,并且以多種業(yè)務(wù)軟件為基礎(chǔ)信息的基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮調(diào)度指揮部門的價(jià)值。另外,在設(shè)計(jì)調(diào)度指揮部門的時(shí)候,將決策、監(jiān)察、遠(yuǎn)程執(zhí)行等方面進(jìn)行的整合,以此提升智慧水務(wù)系統(tǒng)的功能性。多媒體展示部門主要是利用直觀性較強(qiáng)的多媒體展示一河兩岸生態(tài)的具體情況,并且將信息化技術(shù)作為基礎(chǔ),采集大量的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集完成以后,結(jié)合歷史、文化、風(fēng)貌、人文等方面,利用360°全息投影、全息數(shù)字沙盤系統(tǒng)、虛擬翻書系統(tǒng)、互動(dòng)地幕系統(tǒng)等,進(jìn)行全方面的展示。
1.7水質(zhì)監(jiān)測(cè)
為了實(shí)時(shí)獲取河流域水質(zhì)的情況,在設(shè)計(jì)智慧水務(wù)系統(tǒng)的時(shí)候,需要構(gòu)建完善水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),設(shè)置水質(zhì)五參數(shù),主要包括pH、溫度、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率、濁度等方面,并且根據(jù)相關(guān)水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo),利用手機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)將各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿畡?wù)管理平臺(tái),以此完成監(jiān)測(cè)工作,這樣治理工程建設(shè)的展開,就有了重要的數(shù)據(jù)支持。另外,系統(tǒng)平臺(tái)根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù),利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維模型的構(gòu)建,以此對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí),將評(píng)價(jià)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)繪制成曲線圖,這樣可以清晰地看出河流域污染的變化趨勢(shì),根據(jù)趨勢(shì)進(jìn)行治理,并且明確治理的要點(diǎn),以此保證治理的效果。
1.8網(wǎng)絡(luò)和安全系統(tǒng)
由于智慧水務(wù)系統(tǒng)中含有大量的數(shù)據(jù),所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候,做好智慧水務(wù)系統(tǒng)中的安全與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是非常必要的。在設(shè)計(jì)的時(shí)候,主要是以光纖網(wǎng)絡(luò)為主,將各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_(tái)上,并且可以利用分層理念的設(shè)計(jì)方式,設(shè)置專項(xiàng)網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)等三個(gè)方面,以此保證智慧水務(wù)系統(tǒng)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的安全性。
2 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)
2.1平臺(tái)概述
安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計(jì)算到能效管理平臺(tái)的產(chǎn)品生態(tài)體系,AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺(tái)通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù)、監(jiān)測(cè)、分析、治理裝置,用于監(jiān)測(cè)污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度,監(jiān)測(cè)主要用能設(shè)備能效,保護(hù)污水廠運(yùn)行可靠,提高污水廠能效,為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案。
2.2平臺(tái)組成
AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成,涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運(yùn)維等,貫穿水務(wù)能源流的始終,幫助運(yùn)維管理人員通過一套平臺(tái)、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統(tǒng)運(yùn)行狀況,并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。
2.3平臺(tái)拓?fù)鋱D
2.4平臺(tái)子系統(tǒng)
2.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及電力監(jiān)控
對(duì)水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級(jí)配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù),實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等功能,對(duì)異常情況及時(shí)預(yù)警。
監(jiān)測(cè)變壓器、水泵、鼓風(fēng)機(jī)的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常警報(bào)等數(shù)據(jù)。
2.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理
水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動(dòng)導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波,通過監(jiān)測(cè)其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量,并配置對(duì)應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。
2.4.3電動(dòng)機(jī)管理
馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測(cè)、遙信、遙控功能,電動(dòng)機(jī)保護(hù)器能對(duì)過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測(cè)和警報(bào)。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息,對(duì)電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制,監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。
2.4.4能耗管理
為水務(wù)搭建計(jì)量體系,顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗,通過能源流向圖幫助水務(wù)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(gè)看板中,從多個(gè)維度對(duì)比分析,實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的能耗對(duì)比,幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個(gè)工廠的能源消耗,能源成本,標(biāo)煤排放等的情況。
能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量,同環(huán)比對(duì)比分析,能耗總量和能耗強(qiáng)度計(jì)算,標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)。
能效分析按三級(jí)計(jì)量架構(gòu),分別進(jìn)行能效分析,契合能源管理體系要求,可對(duì)各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析,同比、環(huán)比、對(duì)標(biāo)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(shì)圖,并進(jìn)行同比和環(huán)比分析,同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國(guó)家/國(guó)際指標(biāo)對(duì)標(biāo),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。
2.4.5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(dòng)控制、感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)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(dòng)識(shí)別日出日落時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能,盡量利用自然光照,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能的目的。
2.4.6電氣安全
①電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè):監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度,實(shí)現(xiàn)對(duì)污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。
②消防應(yīng)急照明和疏散指示:根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動(dòng)疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)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(shè)備電源監(jiān)測(cè):監(jiān)測(cè)消防設(shè)備的工作電源是否正常,保障在發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防設(shè)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(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動(dòng)閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài),顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號(hào)。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(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí),防火門監(jiān)控器能發(fā)出警報(bào)信號(hào),能指示警報(bào)部位并保存警報(bào)信息,保障了電氣安全的可靠性。
2.4.7 環(huán)境監(jiān)測(cè)
污水廠、自來水廠、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警,保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運(yùn)行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng),排除隱患,保持良好的水處理環(huán)境。
2.4.8分布式光伏監(jiān)測(cè)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yùn)行監(jiān)視,對(duì)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(dāng)前發(fā)電功率、累計(jì)發(fā)電量進(jìn)行監(jiān)測(cè),以曲線方式繪制上述監(jiān)測(cè)的各個(gè)參量的歷史數(shù)據(jù)。
平臺(tái)結(jié)合廠區(qū)實(shí)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(diǎn)位置,各個(gè)屋頂?shù)难b機(jī)容量。
2.4.9工藝仿真監(jiān)控
平臺(tái)通過2D、3D方式實(shí)時(shí)監(jiān)視粗格柵、污水提升、細(xì)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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機(jī)保護(hù),進(jìn)行短路、過流、過載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī),與PLC、軟啟、變頻器等配合,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制,監(jiān)視、控制各個(gè)工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。
3 相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單
序號(hào) | 名稱 | 型號(hào)、規(guī)格 | 安裝位置 | 用途 |
1 | 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè) | APview500 | 進(jìn)線開關(guān)柜 | 監(jiān)測(cè)市電電能質(zhì)量 |
2 | 35kV、10kV回路保護(hù) | AM6 | 35、10kV開關(guān)柜 | 35、10kV回路保護(hù)、測(cè)控 |
3 | 智能操控裝置 | ASD500-Pn | 35、10kV開關(guān)柜 | 35、10kV回路操作、顯示和測(cè)溫 |
4 | 弧光保護(hù) | ARB5 | 35、10kV回路母線室、斷路器室、電纜室 | 用于監(jiān)測(cè)關(guān)鍵電氣接點(diǎn)弧光監(jiān)測(cè)、保護(hù) |
5 | 無線測(cè)溫傳感器 | ATE400、ATE200 | 35、10、0。4kV母排、斷路器、線纜接頭 | 用于監(jiān)測(cè)關(guān)鍵電氣接點(diǎn)溫度 |
6 | 有源濾波裝置 | AnSin□-M | 0。4kV母線側(cè) | 濾除配電系統(tǒng)2~25次諧波畸變 |
7 | 無功補(bǔ)償裝置 | AZC智能電容 | 0。4kV母線側(cè) | 提供無功補(bǔ)償 |
8 | 多功能儀表 | APM520/APM510 | 10kV、0。4kV回路 | 監(jiān)測(cè)電氣參數(shù)和開關(guān)狀態(tài)、故障警報(bào) |
9 | 智能照明控制器 | ASL100 | 照明配電箱 | 照明單控、群控、定時(shí)/自動(dòng)控制 |
10 | 電氣火災(zāi)傳感器 | ARCM200 | 配電柜/配電箱 | 監(jiān)測(cè)漏電電流和線纜溫度 |
11 | 消防設(shè)備電源傳感器 | AFPM | 消防配電箱 | 監(jiān)測(cè)消防設(shè)備電壓、電流狀態(tài) |
12 | 應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng) | A-C-A100 | 消防疏散通道 | 提供消防應(yīng)急照明并指引疏散人群快速疏散 |
13 | 限流式保護(hù)器 | ASCP200 | 照明插座回路 | 防止過載、短路產(chǎn)生火花 |
14 | 電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 | ARD3M | 電動(dòng)機(jī) | 保護(hù)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行 |
15 | 環(huán)境傳感器 | 溫濕度、浸水、煙霧、有害氣體等傳感器 | 配電室、工藝區(qū)域 | 監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù),維護(hù)環(huán)境安全 |
16 | 智能網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM | 數(shù)據(jù)采集柜 | 采集設(shè)備數(shù)據(jù),邏輯控制、上傳平臺(tái) |
4結(jié)束語
河流域治理工程已成為我國(guó)城市建設(shè)與發(fā)展的一項(xiàng)著重關(guān)注內(nèi)容,并且在對(duì)其監(jiān)測(cè)的時(shí)候,主要是以智慧水務(wù)系統(tǒng)為主。但是,在智慧水務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用之前,需要根據(jù)河流域治理工程的實(shí)際情況,展開對(duì)智慧水務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),構(gòu)建完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。同時(shí),需要結(jié)合具體治理工程,將智慧水務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用到其中,從而凸顯智慧水務(wù)系統(tǒng)存在的價(jià)值,為河域治理工程的展開,以及提升水生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量,提供重要的保障。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王藝曉,某流域治理工程的智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐分析[J].
[2]李冠豪,大數(shù)據(jù)背景下的智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)研究[J].?dāng)?shù)字通信世界,2021(8):105~106.
[3]孔祥文,城市水環(huán)境智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)探索[J].環(huán)境與發(fā)展,2020,32(2):239~240.
[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版