三亚中法供水有限公司 海南省三亚市 572000
摘要：近年来，随着大数据、云计算、人工智能、物联网等技术的快速发展，高新技术在各行业的应用日趋普遍。随着“智慧水务”概念的提出，更是把新一代信息技术的研究应用推向高潮。在全行业智能化的背景下，水务行业也迎来了数据信息智能时代。基于此，本文对智慧水厂控制系统的运用进行探讨，以供相关从业人员参考。
关键词：智慧水厂；控制系统；运用
引言
智慧水务是智慧城市建设的重要组成部分。通过物联网技术的应用,自来水公司建立起城市水资源信息物联网络，实现对取水、制水、送水、配水、排水、污水处理等各环节的实时监控、识别、定位和管理，有效提升了水务信息智能化管理水平。目前国内智慧水务建设，一般运用物联网技术，采用中心化的数据收集和处理模式，汇总IoT设备采集的数据，并基于数据分析结果对设备发送控制指令。无中心化的处理方案，信息的获取难度大，信息发布不及时容易出现指令延时和信息失准，存在运行维护成本高、信息存储容量有限、安全可靠性性差等缺点。
1智慧水厂
我国自来水水厂的建设经历了机械化、自动化和数字化三个发展阶段，水厂在基础运行和管理效率等方面积累了充足的经验。但是随着城市的发展，居民的用水服务需求不断提高，城市供水服务面临着新的挑战。智慧水厂是指运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，实时感知城镇水务系统的运行状态，通过数据分析手段对各种水务服务信息进行高效处理，为水厂运行提供辅助决策支持。智慧水厂控制系统是融合了智能感知、智能仿真、智能诊断、智能预警、智能调度、智能处置、智能控制和智能服务的全方位水务系统，能有效实现水务系统全流程的科学化、精细化、智能化运行管理[1]。智慧水厂包含城镇水务的信息化、数字化和智能化发展，涉及领域涵盖了水库水源调度、智慧水厂、智慧供水管网、海绵城市建设与管理、城市水资源与环境监管、城市防洪排涝、智慧客服、二次供水监管、智能消防栓以及综合性管控平台等。智慧水厂控制系统的实施与应用，可有效提升城镇水务系统的运营管理效率。
2现代水厂的智慧运营模式
随着城镇化水平不断提高，传统的水厂运行模式效率低下，难以满足当下社会快速发展的需求。因此，自来水厂也在逐渐地对运行模式进行改革，即在传统的单一管理模式的基础上，升级为多水厂集中管理的方式。集中管理即通过建设一座总体控制中心来实现对某一地区内所有的自来水、污水处理厂的集中监控、调度及管理。这种统一化管理的基础就是信息化技术，借助计算机、PLC技术手段，通过高速低延时网络全覆盖，实现地区所有自来水、污水处理厂的自动化、网络化和数字化。
通过数据共享实现对水厂的智慧运营，即使没有运行人员在现场值班，也能够在智慧水厂控制中实时了解所有工艺设备的运行情况。此外，使用手机、平板等智能终端在APP上也能查看运行数据，实现对厂区运行情况的实时监控。智慧水厂控制系统还能够提供实时故障报警、报表记录、趋势分析及历史数据/曲线查询等功能，为水厂的日常运营维护提供决策依据。智慧水厂控制系统能有效提升水厂运行效率，节约运营成本，降低人为因素对水厂日常运行生产造成的影响。
3智慧水厂控制系统设计与运用
3.1 智慧水厂系统架构
智慧水厂控制系统的综合运用包含：计算机监控系统、在线检测仪表、安全防范系统和网络通信系统。
为了保证智慧水厂各项功能的实现，控制系统组建了感知层、智能控制层、网络层、决策层以及平台服务层架构。每层组织架构都有自己的功能，其中平台服务层主要包含客服用户数据管理、财务管理、仓储管理、区域供水管网分布、调度系统等；决策层是通过对数据进行综合处理，并结合日常数据进行趋势分析，展示最优化的合理建议，以供决策者参考，形成决策成果；网络层保障数据传输，保护运行数据安全；控制层是实现水厂生产的自动化；感知层是最为基础的，主要是通过各种传感器和仪表收集实时生产数据。
3.2 厂区控制网络
对于单座水厂而言，厂级控制层网络是联系中央计算机或服务器等监控主机和分布于全厂的各PLC主站及各PLC子站间相互通信的关键设备。一般采用冗余双向环网数据传输结构，当某个站点发生通信设备故障或电源故障时，不会引起其它站点的通信失败；当某段通信线路断线，可由环网结构的另一方向完成数据传输。不同构筑物间或站点相距较远的通信线路采用光纤，能有效避免雷电干扰，确保通信速率，提高数据稳定性和可靠性。
3.3PLC控制系统
水厂PLC监控系统按正常运行时现场无人或少人值守的原则进行设计。所有现场受控设备设三级控制：就地、现场 PLC 站及中控室。现场 PLC 站、中控室均设有“手动/自动”两种控制方式。控制优先权，以“申请优先”的方式，通过程序无扰动切换。当中控室服务器发生故障，不影响水厂的运行，当厂级数据通讯网络出现故障，各现场 PLC 站可独立完成本站的控制任务，使水厂的生产流程仍能正常运行。
现场控制单元由：PLC，人机操作界面，以太网交换机，PLC 柜，不间断电源（UPS）构成。PLC 主站采用热备双控制器、双背板方式，为硬件冗余，PLC 柜上配有可供巡视人员使用的彩色人机界面及相关指示灯按钮。各 PLC 站可独立于水厂控制室进行本区域及相关工艺过程的监控，人机界面带有不同级别访问保护的，以确保系统的安全可靠。
各现场控制单元与配电设备之间的通讯采用ModbusRTU协议的现场总线通讯。
3.4信息采集与传输系统
数据与信息的实时采集、传输以及数据的智能化分析是智慧水务的核心。通过数据采集实现对水源地以及相关生态水环境的实际状况进行动态监测及分析；通过对水厂各工艺段的数据监测，综合分析水厂的运行情况；通过对管网及管廊的实时在线监测，对布设在管廊内的给水管道或城市地下长输管线及附属设施实施综合管理、智能化监控与自动控制。借助高速互联网、Wi-Fi、5G通信、NFC近场通信等信息技术手段对各种资源信息实施收集整理并实时传输，有效保障了智慧水厂控制系统整体运行的稳定性。
3.5系统冗余和自我诊断
智慧水务不仅能够增强城市供水管理的水平,同时还可以在一定程度上加快城市化建设进程,提高城市基础化设施建设水平，智慧水务平台的稳定运行至关重要。系统应采用被实践证明为成熟和稳定可靠的技术、硬件和软件提高防护性能：主干网络采用环形网络架构；服务器采用容错服务器或冗余配置服务器；监控计算机采用冗余设置等措施确保系统的可靠性、稳定性。
众多的水厂工艺设备和输水管线长期在高温潮湿环境中运行，随着使用年限增加故障率逐渐升高，如果不能及时发现问题，有可能引发严重安全事故。智慧水厂控制系统在运用中应具备状态监测和自我诊断功能。利用传感器采集现场设备、管线运行信息，PLC将实时监测信息和数据库中存储的标准参数进行对照，实现水厂工艺生产、设备状态、管网运行的自我诊断。如自动诊断结果为异常，将发出警报，并通过人机交互界面显示，提醒维护人员及时采取处理措施。
3.6网络云平台运用
云平台作为智慧水务数据中心建设的基础，将相对独立分散的水司整合起来，构建云技术数据一体化。通过云平台的建设，可以实现云端部署及管理，最大限度减少服务器运营及服务器接入的成本，将多个计算资源整合起来，提高平台的整体计算能力。另外，通过云平台的可视化后端管理，可以获取各硬件资源的实时运行情况，保证系统的正常运行，用户也可以实现云平台带来的便捷化操作、快速化及轻量化应用。
3.7系统防护和安全运维
安全运维是智慧水务的“保护伞”，系统防护采用操作权限分级、配置网络版防病毒软件、安装硬件防火墙等防护措施。选用具备较强的校验、互锁、检错、纠错及自恢复功能的软件模块，开发的应用程序具有自诊断、防误操闭锁功能来确保水厂数据中心的安全，从而保障整个智慧水务系统的安全稳定运行。
结束语
在全行业智能化的背景下，智慧水务的推进势在必行，然而受到设备、技术、人员素质等因素的限制，水厂的智能化建设任重而道远。在后续的规划建设中，企业应打破以往的思路，自上而下，做好顶层设计，提升技术和能力，总结水厂运行管理策略，提升管理效率，最终实现工作方式标准化、质量控制精细化、运营成本最低化、管理模式移动化，全面提升城市供水服务能力。
参考文献
[1]陈天顺.电气自动化控制系统在水厂的应用[J].集成电路应用,2020,37(11):154-155.
[2]孟庆鹤.评价智慧水务综合信息管理平台的智慧化运用[J].化工管理,2020(13):92-93.
[3]徐伟忠,于红涛,宋鑫峰,张耀坤,殷祺,徐庶伟.水厂生产管理智慧化建设实践[J].净水技术,2019,38(S2):126-129.