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2020第二屆中國智能展覽會
控制系統

“看得見”的智慧水務,“喝得到”的水質安全

  2020年03月02日  

  水是生命之源,城市供水是人們最基本的生活要素之一。隨著城市中大型建筑、超高層建筑的日益增多,二次供水成為了城市供水中極其重要的環節。但很多高層住宅小區的居民卻經常被停水、水壓低、水質差等問題困擾,只能望水興嘆。如何將“智慧水務”引入到二次供水的運行管理中,為自來水“最后一公里”的供水品質提供有效保障是水務公司需要思考的問題,也是實現變革性發展的新機遇。

  二次供水是指當民用與工業建筑生活飲用水對水壓、水量的要求超過城鎮公共供水能力時,通過儲存和加壓等設施經管道供給用戶的供水方式。目前,全國老舊高層住宅小區的二次供水普遍存在著管理職責不明晰、設備年久失修、設施維護不到位、管網“跑冒滴漏”嚴重、水質污染風險高等問題。為解決這一系列問題,讓廣大高層住戶實現“安居夢”,《全國城市市政基礎設施建設“十三五”規劃》提出,將加快老舊落后二次供水設施的更新改造,總規模達1282萬戶。某市對此積極響應,并決定在2018~2020年按照“愿改盡改”的原則對符合改造條件的高層住宅小區進行二次供水設施改造。

  該市水務集團肩負著全市二次供水設施的改造與接收工作,為了更加安全、環保、節能、高效地運行和管理已接收的二次供水設施,該水務集團希望與領先的自動化和信息化企業合作,將“智慧水務”引入二次供水設施的運行管理。通過建設“二次供水控制中心自控調度平臺”,在集團本部對全市所有接管的二次供水設施的運行情況進行24小時監控和管理,時刻保障居民的飲水安全和飲水質量。

  挑戰

  二次供水改造的主要內容包括加壓水泵、水池、供水管道、計量水表、自控安防等設施。對該水務集團而言,設施改造只是第一步,如何更好地運行管理才是讓百姓喝上“放心水”的關鍵。

  該市二次供水設施改造涉及數百個小區,泵房站點多而分散,實現“統建統管”并非易事。建設二次供水控制中心自控調度平臺,實現地區二次供水設備的集中遠程管控,是提高二次供水系統的安全水平和維護效率,降低維護綜合成本的關鍵。

  為此,該水務集團要求自控調度平臺的調度軟件和監控系統能夠實現所有已改造和將改造的二次泵房的數據接入、展示、分析和報表等功能,讓水壓、水量、水質、耗電量、變頻器頻率、水箱液位等關鍵參數“看得見”,做到實時狀態監控的全自動化。這對系統和軟件產品的智能化、數字化和網絡化水平都提出了極高的要求。同時,作為保障民生的重要工程,供水的安全性和穩定性是重中之重。在自控調度系統的選擇中,該水務集團將產品的成熟性、可靠性、穩定性和高可用性作為首要考量標準。

  此外,項目的復雜性對于系統和軟件供應商的開發部署能力也提出了考驗,供應商需將全市已建、在建及將建的500個二次泵房的下位機數據接入到調度軟件平臺,并負責相應的組態軟件編程、畫面編寫、報表及分析功能的編寫等所有工作。在項目實施方面,為了讓市民能夠盡快喝上“放心水”,該水務集團希望自控調度平臺能夠縮短開發周期,盡快投入使用,并要求系統上線后能夠持續穩定運行,以彌補維護管理人力的不足。為了便于后期擴展,接入其他系統,系統和軟件的擴展性也非常重要。

  解決方案

  根據客戶對自控調度平臺在實時數據采集、控制和管理方面的需求,并結合安全、節能、環保、高效的整體運營目標,羅克韋爾自動化為其量身定制了先進、可靠且高效的智能化自控調度解決方案,并提供了所需的所有軟件及硬件產品。

  方案采用了羅克韋爾自動化的FactoryTalk軟件解決方案,可以根據客戶的不同需求靈活地采用不同的產品組件,輕松地實現系統規模及功能的擴展。系統建立在FactoryTalk實時歷史數據庫平臺上,操作人員可通過平臺對生產事件快速響應。通過平臺的管理信息系統解決方案,管理人員可以在遠程獲取系統的實時、歷史信息及各類設備的KPI(關鍵績效指標)分析報表。

  系統及軟件結構圖

  為保障整體系統的安全可靠,方案采用了CompactLogix系列自動化控制產品,上位機監控軟件則采用了基于網絡的企業級分布式FactoryTalk View SE系統,支持數據服務器高可靠性熱備冗余。為提高數據讀取和項目實施效率,二次供水現場的智能儀表、變頻器、網絡交換機和智能檢測等設備在統一的控制編程環境Studio5000中實現集成,可直接讀取智能設備數據,同時可在上位機監控軟件FactoryTalk View中利用已有的面板(Faceplates)直接顯示操作,實現編程和HMI人機界面代碼的重復利用,更加高效。數據通信則采用EtherNet/IP以太網網絡實現統一的數據接口和安全、高效的數據傳輸。

  工業數據中心是整個系統的數據庫和數據樞紐,對下可對接各二次供水設備,對上則為二次供水泵房遠程監管軟件提供數據,從而實現監控中心對各個泵房的實時監測,實時控制。本方案部署了一臺采用硬件容錯技術的高性能服務器作為整個系統的I/O服務器。該服務器設計采用VMWare服務器版軟件,可同時運行19個虛擬計算機鏡像。

  調度中心整體配置包括2臺FT View SE HMI服務器、5臺I/O通信服務器、1臺歷史數據庫和Web發布服務器、1臺工程師站和操作員、1臺操作員站,可滿足1000個泵站的控制監測需求。

  FT View SE HMI服務器安裝FactoryTalk View SE服務端軟件,同時該服務器還承擔報警及圖形服務任務。每組服務器包含一對冗余服務器,提供本區域的通信、報警和歷史曲線等服務。I/O通信服務器安裝RSLinx軟件擔負與各泵站底層控制器設備的實時通信任務。數據庫及Web服務器安裝FactoryTalk Historian SE產品,該服務器將作為系統的歷史數據庫,存儲實時數據,并為系統提供歷史數據訪問服務。部分管理用分析和統計計算也可以在該服務器上定時完成。FactoryTalk VantagePoint EMI軟件用于實現包括生產模型、績效分析、負荷預測、設備運行管理及KPI指標分析等功能,并可以生成各類生產運行及管理報表(日報、月報)。生成的報表都可以作為WEB頁面以表格、曲線和電子面板等各種豐富的形式以Web網頁發布出來。

  操作員站安裝了FactoryTalk View SE客戶端軟件,生產調度人員將可以通過該軟件監視各子站的工藝過程和關鍵設備運行狀態,處理各種設備異常和事故,還可以查看分析歷史數據,優化生產流程。操作員站可以訪問數據服務器的歷史數據。

  工程師站除了安裝操作員站的軟件外,還安裝了FactoryTalk View Studio軟件用于HMI 服務器的配置及管理。FactoryTalk View Studio可以實現標簽數據庫、報警和畫面等功能的在線管理,修改配置時,不影響操作員操作,修改配置后無需重啟服務器。此外,工程師站還安裝了Vantagepoint Client組件用于電子報表生成。

  效果

  在多方共同努力下,二次供水控制中心自控調度平臺如期、順利上線運行,管理維護人員可以通過平臺在集團本部監測到全市所有接管的二次泵房的運作情況,做到數據可分析、故障可預警、信息可反饋,實現了安全、環保、節能、高效的運維管理目標。

  單站控制畫面

  羅克韋爾自動化提供的統一的控制和軟件平臺,易于泵房的自動化控制,泵房在24小時無人值守的情況下,也可智能、高效地完成日常工作,大大提高了二次供水設施的安全水平和維護效率,節約了綜合運營成本。

  將所有小區二次泵房的設備接入系統后,自控調度平臺通過EtherNet/IP以太網實現實時數據的無縫傳輸共享,在平臺上即可對這些小區設備的維護情況進行實時查看,一旦泵房出現異常情況,遠程監控系統會自動發出報警提示,相關人員可即時處理,減少了用戶停水時間,避免了水資源的浪費,讓二次供水更加節能和環保。

  借助FactoryTalk軟件和工業數據中心,平臺可實時采集并自動記錄二次泵站的進出水壓力、液位、濁度和泵的運行頻率等數據,并用曲線圖的方式將這些數據的實際值和歷史值很直觀地展現出來,便于數據查詢和分析,為泵站的高效、節能運行提供了依據和參考。

  截至2019年,該市已累計完成了106個小區的二次供水改造。改造后,高層小區的供水水質更安全,供水水壓更穩定,二次供水設施改造工作所釋放出的安全感、幸福感和獲得感,正呈現在居民們日益舒心的笑容上。該水務集團對羅克韋爾自動化提供的一整套自控調度軟、硬件解決方案給予了高度的評價,并表示自控調度平臺的順利上線讓二次供水設施設備的管理更到位,供水設施發生故障時,維修也更及時,達到了水質穩優、無人值守和節能降耗的智慧水務目標。

  在“智慧水務”的大背景下,二次供水自控調度平臺的建設和應用使傳統的二次供水管理逐漸演變為智能化、數字化、標準化、生態化的供水模式。在新的一年,該市又將有100個小區完成二次供水設施改造。在全國范圍,二次供水改造工程將惠及更多人。作為智能化、數字化和自動化技術的引領者,羅克韋爾自動化愿助力水務企業將“智慧水務”貫穿于二次供水的全過程管理,讓二次供水不僅僅是一次供水壓力的提升,更是品質的提升、服務的提升,為城市供水從源頭到龍頭的“最后一公里”,提供健康、安全和舒適的供水體驗。

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