截止2017年底, 绍兴水司接管二次供水泵房194座, 增压设备342套, 供水分区378个, 泵机737台。原有的二次供水监控系统于2011年开发建设, 2012年投入运行, 主要对泵机组进出口压力、运行频率、启停状态、电量, 以及泵房环境的温湿度、地面液位、烟感、UPS状态、红外入侵、视频等数据进行简单的采集, 并通过光纤VPN通讯上传检测数据, 前端则采用工业组态软件Intouch来进行数据处理与监视控制, 可以满足二次供水系统采集速度要求高、数据存储量大的特性^[1]。

原有的以Intouch软件为基础平台的监控系统在数据监测与控制方面功能完善, 但随着管理要求的不断提升, 在数据积累、数据挖掘、预警决策等方面受到较大制约, 需要对原有系统进行升级改造。绍兴市自来水有限公司于2016年底, 提出并启动实施了二次供水综合管理系统平台的升级建设, 于2017年底全面建成并推广应用。本文对升级改造后的二次供水综合管理系统进行介绍。

二次供水综合管理系统主要由基于C/S结构的客户端监控平台、基于B/S结构的WEB端管理平台和基于IOS/Android的移动端应用平台3部分组成^[2], 见图1。

(1) C/S结构的客户端监控平台是整个系统的核心。主要有上位机、下位机、前置机、工程师站和通讯网络组成。上位机包括Intouch监控软件、视频监控、数据存储服务器。下位机包括现场数据采集设备RTU、视频摄像机、UPS以及各类压力、液位、温湿度、噪声传感器等。前置机主要提供OPC类服务, 是上位机与下位机通讯对话的中间媒介, 负责数据上传下发的预处理, 如数据打包、解析、存储、分发等。通讯网络主要采用VPN形式, 既保证安全、稳定, 又兼顾经济、易于管理。

(2) B/S结构的WEB端管理平台是综合管理应用平台, 利用Python语言开发, 数据存储由MongoDB和Redis联合架构组成。B/S端的设备类信息源数据主要是通过C/S端前置机的数据分发获取, 业务类信息数据主要是由系统自动生成和部分用户导入构成。通过数据的二次处理, 为用户提供丰富的功能和准确的信息。

(3) 移动端是基于IOS/Android系统开发的移动端APP应用, 通过GPRS网络与中心服务器完成数据上传、下载。

如前所述, C/S端是整个系统的基础核心, 主要负责数据采集存储、状态展示、设备控制以及安防视频监控等功能^[3], 可以直接与现场设备进行对话。此功能模块主要向调度值班员、运维工程师授权开放。调度监控值班员通过该监控端, 能够实现对压力、流量、电压、电流、频率、泵机状态、液位、温湿度、噪声、pH、浊度、余氯等实时数据监控;也能实现远程设备操作, 如压力设定调整、泵机启停、电控阀门开关、变频器故障复位等操作;还能实现视频监控、移动监测、撤防布防等功能。由于直接与现场设备对话, 因此侧重于设备远控操作功能应用。运维工程师主要负责对C/S监控端的信息更新、数据调整以及异常维护保障工作。

以GIS图、列表、工艺图等多种形式, 将二次供水泵房环境工况和设备运行工况, 直观、形象地进行展示, 泵房环境工况包括视频安防 (撤、设防) 、地面液位、温湿度、烟感、供电UPS状态、噪声等情况;设备运行工况包括进出口压力、水箱液位、泵机电流电压、流量、运行状态、参数设定值、变频器频率、变频器温度等数据。

根据泵房实际运行工况并结合设备特性, 设置各类实时报警功能, 如停电、压力异常、地面积水、水箱满溢等险情报警, 针对此类时效性要求较高的险情报警, 尤其需确保其提示及时性与准确性。

针对长时间不换泵、长时间低频运行、压力波动大、加减泵时间过长、水箱换水周期长、频繁换泵、能耗高等一系列不影响正常供水的非时效性报警进行预警, 以备提前采取干预措施, 降低故障隐患风险、提高运行可靠性。

对泵房运行过程中的监测数据进行分析, 包括水压、水质、水量、能耗、泵机状态等, 便于运行维护管理人员及时全面掌握设备运行工况。

(1) 压力分析。主要对二次供水设备的进口压力、出口压力、设定压力等实时数据进行分析显示, 并对数据进行统计分析, 展示最高值、最低值、平均值、振幅、变化系统等参数, 以及各主要值出现的时间。并可以按日、月、年为周期进行统计计算, 用报表或曲线形式展示。

(2) 水质分析。主要是对水质指标数据 (浊度、余氯、pH) 进行数据统计与分析 (见图2) 。二次供水管路环节较多, 水质保障要求更高。尤其是低位蓄水池或高位水箱的存在更容易引起水质二次污染, 影响用水安全。因此更应加强对二次供水水质的监测与督查, 尤其加强对水箱贮水量、置换周期等情况进行跟踪联动, 确保供水水质。

(3) 能耗分析。主要以单一泵房或单一设备为单位开展数据分析, 能耗分析亦可进行纵向及横向对比分析 (见图3) 。以某小区泵房为单位开展能耗纵向分析, 根据年度能耗分析数据, 可分析比较四季更替对用水量影响, 比较能耗的差异;根据月度能耗分析数据, 可分析双休日与工作日不同用水量的能耗差异, 或设备维护保养前后, 能耗的差异;根据日能耗分析数据, 可分析早、晚用水高峰与用水低谷时, 能耗差异情况。开展能耗横向分析, 可以对不同泵房、不同用户量、不同入住率情况进行分析比对。

(4) 泵机运行状态分析。以带状图及表格2种形式展示, 尤其是带状图形式 (见图4) , 可直观地查看二次供水设备的泵机运行情况, 包括泵机开启时长、关闭时长、工频运行次数、占比、变频运行次数、占比、开启次数、停止次数等。

(5) 自定义分析。可根据用户自定义属性, 对泵房设备运行各项数据进行归类统计、汇总分析。

系统可根据管理需要选取各类记录数据, 或日常维护工作开展情况进行统计, 自动形成相应统计报表, 为推进或落实运行管理工作提供切实可信的数据依据 (见图5) 。

(1) 设备在线率。对当前接入系统平台、纳入监管的投运设备在线情况进行统计, 当设备通讯状况频繁出现滞缓、中断等情况时, 会有醒目提示, 提醒应采取相应措施, 排查原因、落实整改, 确保现场设备与监控平台的信息传输通道保持正常。

(2) 设备完好率。根据设备故障报警等级分类情况, 统计设备实时完好率, 作为评价设备运行稳定性的参考依据。

(3) 供水率 (停水用户数) 。根据设备故障报警等级分类情况, 将紧急报警类故障 (如出口压力报警、UPS报警、系统状态异常、水箱缺水等) 引起的报警相对应的设备供水用户数纳入统计范畴, 便于根据停水用户数的多少, 采取相应的送水、补水等应急服务措施。

(4) 业务数据统计。对常规泵房巡检、设备保养、工单处理、隐患整改等业务工作开展落实情况进行统计 (见图6) , 并可按日期、按责任人、按类别、按完成状态等进行归类汇总, 方便监督管理工作的开展与落实。

(1) 工单管理。主要用于派发、跟踪、反馈、统计各类工作任务的基本情况工作流程实现电子化、规范化的全过程闭环控制, 提升综合管理水平。

(2) 巡检管理。系统根据用户自定义巡检方案要求自动生成巡检工单, 并下派巡检责任人;在特殊情况下, 可追加临时巡检工单。巡检人员完成巡检作业后, 信息反馈均通过手持移动端APP上报。

(3) 维保管理。系统根据用户自定义保养计划, 自动生成保养工单并通知保养人员开展落实保养工作。系统亦可根据故障报警、巡查反馈、临时抽检等情况, 制定修理计划、下发检修工单, 对于不能及时处理的故障, 建立隐患台账、纳入隐患处置流程。

(4) 资料管理。建立泵房设备档案资料库, 将包括小区的基本信息、泵房的基本信息、泵房环境监控设备的基本信息、泵房泵机、控制柜、图纸、管理规范、技术参数、巡检记录、维修记录、设备附件、故障历史、运行状态等信息全部登记入账, 形成从立卡建帐、维护运行、保养维修、备件管理直至报废的全生命周期管理。

(5) 人员管理。将系统平台功能与人员管理有机结合, 实现责任到人、定点定位、轨迹可查等管理功能, 能够及时掌握人员动态、及时调整任务分配, 实现科学、高效的人员管理态势。

移动端可通过手机、PAD等掌上终端来实现信息化工作联动, 与WEB端综合管理平台保持互联互通。满足外业工作人员与单位信息体系的全方位顺畅沟通, 保证管理和决策能更加迅速及时。主要包括监测数据查看、工单处理、资料查询、报表查阅、泵房定位等功能。

(1) 数据查看。通过选项卡的形式, 分类显示各类实时数据, 单击各个实时数据时能够显示出报表或者曲线, 便于操作员进行任务的分析和处理。

(2) 工单处理。在WEB端综合管理平台上制定的维修工单、巡检工单、保养计划等, 系统可通过推送的方式及时通知操作人员, 使操作人员在第一时间就能够了解到要处理的内容, 提高业务处理的效率。并且可在现场通过手机将照片、视频、文字等反馈的信息传递到管理平台上, 使信息在系统内畅通无阻。

(3) 资料查询。能够针对某个泵房查询泵房的基本信息、报警信息、历史的工单处理情况等, 为用户全方面了解该泵房提供详细的数据。

(4) 报表查询。能够查询某个泵站的报表数据, 使操作员及时了解该泵站的历史运行情况。

(5) 泵站定位。在手持终端上可通过地图分区域、分类别查看各泵站分布状态及相应工况信息、报警信息, 可点击查看泵站详情, 并且可以利用地图的导航功能实现导航。

自2017年12月开始, 该系统投入实际使用, 主要取得以下几方面应用效果:

(1) 提升二次供水整体安全运行保障水平。结合实际运行工况, 编制了31条通用报警判断规则、4条预警判断条件与120余条专用报警条件, 通过异常报警提醒、预警判断提示等功能的使用, 及时发现设备故障与隐患趋势, 并对故障或处于亚健康运行状态的设备作出有效应对措施。如某小区11月泵房设备出水压力波动幅度较大, 出现预警提示, 压力记录曲线出现锯齿状波形, 且连续3日用电量较上月平均值17kW·h/d上升了23%, 达到了21kW·h/d。经过现场检查, 是由于出水稳压罐内压力不足, 导致小流量用水时设备泵机频繁启动, 造成压力波动偏大、用电增加情况。及时处置后, 各项数据恢复正常。此类案例截至投稿日, 共计发现并及时处置了17起。确保了设施设备运行状态在控、可控, 充分保障二次供水整体安全、稳定运行。

(2) 提高工作效率、提升管理效能。充分利用“物联网技术、互联网平台、移动APP手段”等技术手段, 将日常工作中的经验技巧、标准要求与系统建设有机结合, 为推行“数字化”巡查等管理手段提供技术保障, 每月近200条泵房巡查任务、949条年度保养任务全部通过“数字工单”形式下发相应责任人。截止2019年1月, 共计完成了2 697条巡查任务, 发现并上报74处设施设备隐患;完成1 021条保养任务, 发现并上报隐患21处, 均得到及时有效处置, 为“无人值守、有人管理”向“无人值守、科学管理”迈进奠定基础。

(3) 分析设备运行状态, 为节能降耗、优化运行提供依据。通过对泵房实时监控系统记录的出水压力进行曲线分析, 了解各小区的用水高峰与低谷时段, 对于收集用户用水信息, 改进水泵运行参数起到参考作用。同时通过压力曲线波动情况, 对于出水压力经常出现偏高或偏低情况的小区, 及时调整现场泵机系统PLC的加减速时间, 调整变频器相关参数, 使压力曲线保持在平稳的状态。同时对设备运行能耗进行统计分析, 可针对性地采取相应措施, 达到高效节能的目的。

(4) 实现业务全过程闭环控制, 工作开展更加规范、可控。利用系统平台功能, 将巡查、保养、维护工作, 全程纳入流程化监管, 实现计划制定、任务下派、现场实施、信息反馈、分析判断、整改落实等全流程闭环控制, 月度巡检完成率100%、全年维护工单完成率100%、保养完成率100%、隐患整改及时率100%, 确保运维工作开展规范、可控、高效。

二次供水综合管理系统功能建设与实际的运行管理工作密不可分, 二者相辅相成, 随着运维工作的不断提升, 系统功能也需不断加以优化完善, 以更贴切实际、更接地气。同时, 需加强制度建设和培训力度, 促进推广应用, 让系统功能真正成为工作的手段, 而不是摆设。