区域计算和物联网在一体化智慧二次供水泵房中的应用

随着城镇的快速发展,高层建筑的数量在不断增多,由于市政供水管网压力有限,大部分超过市政供水服务水压的高层建筑需要通过二次供水的方式解决用水问题。二次供水是指供水单位将来自城市公共供水(即水厂)和自建设施(即水井)的供水,经贮存加压或者根据需要进行深度处理和消毒后,通过管道向用户供水的方式血。传统的二次供水泵房由于建设和管理多元化,造成日常运行维护、监管职责不明晰运行维护责任不到位,存在较大的安全隐患;泵房水质方面，二次供水方式与市政管网直接供水相比,需要经过二次供水设施这一环节,由于二次供水设施的设计、施工不规范,极易导致二次供水水质不安全。为加快推进二次供水建设,国家相关部门先后下发多个二次供水相关政策，科学规划建设二次供水设施,推进二次供水设施运行维护专业化，解决好城镇供水“最后一公里”的水质安全问题。近年来,随着国家“新基建”战略的不断推进,大数据、5G、云计算、物联网等新技术与基础设施的融合持续深化,二次供水泵房可以借助新技术的应用进行数字化转型升级,持续为人们提供正常稳定的生活、饮水安全。

一、系统构架

1.1 感知层

泵房除了安装水箱、泵组等二次供水必须的设备外,在泵房内的特定位置安装辅助设备,包括环境传感器、水质监测仪、摄像头等,其中环境传感器包含温湿度、明火、烟感、人体感应等传感设备;水质检设备针对余氯高精度 DPD 法、浊度、pH 值等数据检测、分析、预警,保障生活供水的水质;摄像头用于对泵房环境及管理人员操作情况进行记录。泵房内机电设备包括阀门电动器、消毒设备、排污泵、空调等,用于执行泵房管理控制。

1.2网络层

通过有线与无线相结合的方式把感知层采集到的各种数据上传到泵房的管理平台,同时完成管理平台到设备端的指令下发。1.3 应用层

应用层即泵房管控平台,管理人员在监控中心或者通过移动端设备访问管控平台,实现对泵房的泵组管理、环境监控、能耗管理、系统巡检、入侵监测、数据管理、表计监测等管理。

二、系统功能

泵房内的主控系统采用物联网云、边、端分级架构设计,利用物联网、云计算、大数据、工业智能等ICT 技术,具有开放、安全、可靠、易用等特点,为泵房提供设备广泛物联、数据实时采集、业务自动化、运维智能化等核心能力。该系统部署在泵房的监控中心该系统主要功能包括大屏、实时监控、智能控制、数据分析、设备管理、实时告警和系统设置。系统功能模块如下页图 2所示。

2.1 大屏

为方便泵房日常运维,泵房主要信息通过联接外接显示器、LED 屏对泵组状态、供水信息、环境安全水质信息菜单进行切换展示，直观显示泵房实时运行状态见下页图 3。

2.2 实时监控

1)泵组监控:泵组转速、频率、进口压力、出口压力、报警状态、泵组噪声、泵组震动等。

2)水质监控:实时在线监测水质余氯、浊度、pH值等数据;智能分析水质,当水质超标时进行紧急停机并报警。

3)水箱安全:用水量历史数据完成用水预测,根据水箱液位完成智能补水(错峰、动态补水、节假日供水),满足居民用水需求的同时,实现缓解管网压力波动功能;同时对水箱水龄进行边缘计算,通过控制水箱供水阀门开度,调节补水情况,从而控制水箱水龄数据在合适的范围。

4)环境监控:实时监控泵房环境、温度、湿度、跑冒滴漏等。

5)实时报警:360°人脸识别会自动识别进入者容貌,非工作人员非法闯人智能报警;泵组运行状态报警、水质超限报警等。2.3 智能控制

1)联动定义是指运维管理人员利用意图物联网技术@对泵房管理需求进行物与物的控制逻辑(M2M)部署,满足泵房设备之间的业务联动。

2)远程控制指管理人员可以通过远程模式控制机组的急停、远程调参;远程监控门禁、视频系统。对泵房内水泵、液位计、空调等设备进行远程控制。2.4 数据分析( 见图 4)

感知层采集的泵组运行数据、用水量历史数据等进行数据统计、数据分析、数据清洗,充分利用大数据技术，完成智慧运维的决策支持及水龄的动态控制以保证泵组安全、水质安全。

数据分析是指通过数据报表、智能分析,对泵房的泵组运行时长、运行状态、故障状态、系统控制等运行数据汇总统计,并对平均水龄、平均出水量等指标进行智能分析。

设备管理25

泵房设备数量多、类型跨度大,通过设备管理模块,实现对泵房设备的维护、升级、管理,及时了解设备接口数量、连接、运行状态。

2.6视频监控

视频系统实时对泵房的人员人侵等情况进行安全监测。

2.7系统设置

系统设置包括菜单管理、控制面板、用户管理、系统日志,满足管理人员对系统的功能设置、账户管理等需求。

三、关键技术

区域计算3.1

区域计算是赫里奥(苏州)科技有限公司技术团队在物联网边缘计算的基础上进行的技术升级,丰富了边缘计算的业务范围,实现虚拟模型驱动。区域计算部署在设备侧,物理的一端,靠近数据源的地方,它和云计算相辅相成,保证了端侧设备数据反馈的实时性、高可靠性、高效率、高安全性。通过区域计算技术,对整个泵房系统的运行数据截取进行分析,得出各个节点的水位、水质变化情况,及时进行管控。管控内容主要有:水箱监测控制、排气扇联动控制、排污泵联动控制、除湿、消防等。

3.2意图物联网

意图物联网的概念是赫里奥(苏州)科技有限公司技术团队在业界首先提出的,是一种基于用户对物联网业务的需求和意图进行网络的部署,管理及应用的新型物联网技术。由于意图物联网可以在网络传输层上支持多协议互通,可以实现泵房内不同厂商传感器及设备之间的信息交换、各个子系统的信息交换,利用意图物联网技术,当需要调整或增加泵房控制逻辑时不用修改程序,只需要通过用户图形界面设置(系统联动定义模块)就可将控制指令下发到设备端去执行,这是目前绝大部分的物联网平台都无法实现的。

低功耗无线网络技术3.3

物联网技术的蓬勃兴起推动了无线传感网络的发展,LoRa是低功耗广域网通信技术中的一种,其优势在于技术方面的长距离能力，具备高性能、远距离、低功耗,支持大规模组网等突出特点,非常适合泵房这类环境条件比较严苛的场景回。泵房中使用搭载LoRa 技术的温湿度传感器、水浸传感器、明火传感器、烟感传感器对环境参数进行采集,对空调、除湿机、门禁、排风扇、排污泵、消毒系统、阀门电动执行器等设备进行联动控制,在报警情况下将报警数据上传至平台,并通过联动控制设备对泵房环境进行应急性的调节,保证泵房安全

3.4 数据挖掘与分析

数据挖掘技术即从海量的数据信息中提取、分析、预测事物发展规律,总结现有数据表示含义,整合统计学、机器学习和数据库等相关技术的综合学科四泵房系统通过整合各类传感设备数据信息,采用数据挖掘技术,根据小区用户用水量历史数据,学习并预测当天用水高峰期和用水量数据,控制阀门电动执行器,进行智能补水(错峰、动态补水、节假日供水),科学调度水力资源,保障小区用户用水需求,达到科学预警、减少成本的目的。

四、结语

介绍了区域计算和物联网技术在一体化智慧二次供水泵房的应用,通过区域计算、物联网技术,实现泵房泵组、水质的实时检测、智慧消毒、安消防一体化等功能,确保泵房日常管理的事前预警、事中监控、事后追溯,打造“物联、数联、智联”的泵房数字底座,同时,利用意图物联网技术将二供泵房日常操作系统的业务面和技术面分离,实现“零代码”定义业务,可视化的平台使用工具,降低业务系统操作门槛,解决好城镇供水“最后一公里”的水质安全问题,为人们提供正常稳定的生活饮水。