智慧水务，保障“最后一公里”供水安全

案例研究

挑战

杭州市二次供水设施改造涉及数百个小区，泵房站点多而分散，实现“统建统管”并非易事。

解决方案

罗克韦尔自动化为杭州水务量身定制了先进、可靠且高效的智能化自控调度解决方案，并提供了所需的所有软件及硬件产品。

成果

二次供水控制中心自控调度平台如期、顺利上线运行，管理维护人员可以通过平台在集团本部监测到全市所有接管的二次泵房的运作情况，做到数据可分析、故障可预警、信息可反馈，实现了安全、环保、节能、高效的运维管理目标。

背景

水是生命之源，城市供水是人们最基本的生活要素之一。随着城市中大型建筑、超高层建筑的日益增多，二次供水成为了城市供水中极其重要的环节。但很多高层住宅小区的居民却经常被停水、水压低、水质差等问题困扰，只能望水兴叹。如何将“智慧水务”引入到二次供水的运行管理中，为自来水“最后一公里”的供水品质提供有效保障是水务公司需要思考的问题，也是实现变革性发展的新机遇。

二次供水是指当民用与工业建筑生活饮用水对水压、水量的要求超过城镇公共供水能力时，通过储存和加压等设施经管道供给用户的供水方式。目前，全国老旧高层住宅小区的二次供水普遍存在着管理职责不明晰、设备年久失修、设施维护不到位、管网“跑冒滴漏”严重、水质污染风险高等问题。为解决这一系列问题，让广大高层住户实现“安居梦”，《全国城市市政基础设施建设“十三五”规划》提出，将加快老旧落后二次供水设施的更新改造，总规模达1282万户。杭州市对此积极响应，并决定在2018~2020年按照“愿改尽改”的原则对符合改造条件的高层住宅小区进行二次供水设施改造。

杭州市水务集团肩负着杭州二次供水设施的改造与接收工作，为了更加安全、环保、节能、高效地运行和管理已接收的二次供水设施，杭州水务集团希望与领先的自动化和信息化企业合作，将“智慧水务”引入二次供水设施的运行管理。通过建设“二次供水控制中心自控调度平台”，在集团本部对全市所有接管的二次供水设施的运行情况进行24小时监控和管理，时刻保障居民的饮水安全和饮水质量。

挑战

杭州市二次供水设施改造涉及数百个小区，泵房站点多而分散，实现“统建统管”并非易事。建设二次供水控制中心自控调度平台，实现地区二次供水设备的集中远程管控，是杭州水务集团提高二次供水系统的安全水平和维护效率，降低维护综合成本的关键。

为此，杭州水务集团要求自控调度平台的调度软件和监控系统能够实现所有已改造和将改造的二次泵房的数据接入、展示、分析和报表等功能，让水压、水量、水质、耗电量、变频器频率、水箱液位等关键参数“看得见”，做到实时状态监控的全自动化。这对系统和软件产品的智能化、数字化和网络化水平都提出了极高的要求。同时，作为保障民生的重要工程，供水的安全性和稳定性是重中之重。在自控调度系统的选择中，杭州水务将产品的成熟性、可靠性、稳定性和高可用性作为首要考量标准。

此外，项目的复杂性对于系统和软件供应商的开发部署能力也提出了考验，供应商需将杭州已建、在建及将建的500个二次泵房的下位机数据接入到调度软件平台，并负责相应的组态软件编程、画面编写、报表及分析功能的编写等所有工作。在项目实施方面，为了让市民能够尽快喝上“放心水”，杭州水务希望自控调度平台能够缩短开发周期，尽快投入使用，并要求系统上线后能够持续稳定运行，以弥补维护管理人力的不足。为了便于后期扩展，接入其他系统，系统和软件的扩展性也非常重要。

解决方案

方案采用了罗克韦尔自动化的FactoryTalk软件解决方案，可以根据客户的不同需求灵活地采用不同的产品组件，轻松地实现系统规模及功能的扩展。系统建立在FactoryTalk实时历史数据库平台上，操作人员可通过平台对生产事件快速响应。通过平台的管理信息系统解决方案，管理人员可以在远程获取系统的实时、历史信息及各类设备的KPI（关键绩效指标）分析报表。

为保障整体系统的安全可靠，方案采用了CompactLogix系列自动化控制产品，上位机监控软件则采用了基于网络的企业级分布式FactoryTalk View SE系统，支持数据服务器高可靠性热备冗余。为提高数据读取和项目实施效率，二次供水现场的智能仪表、变频器、网络交换机和智能检测等设备在统一的控制编程环境Studio5000中实现集成，可直接读取智能设备数据，同时可在上位机监控软件FactoryTalk View中利用已有的面板（Faceplates）直接显示操作，实现编程和HMI人机界面代码的重复利用，更加高效。数据通信则采用EtherNet/IP以太网网络实现统一的数据接口和安全、高效的数据传输。

工业数据中心是整个系统的数据库和数据枢纽，对下可对接各二次供水设备，对上则为二次供水泵房远程监管软件提供数据，从而实现监控中心对各个泵房的实时监测，实时控制。本方案部署了一台采用硬件容错技术的高性能服务器作为整个系统的I/O服务器。该服务器设计采用VMWare服务器版软件，可同时运行19个虚拟计算机镜像。

调度中心整体配置包括2台FT View SE HMI服务器、5台I/O通信服务器、1台历史数据库和Web发布服务器、1台工程师站和操作员、1台操作员站，可满足1000个泵站的控制监测需求。

FT View SE HMI服务器安装FactoryTalk View SE服务端软件，同时该服务器还承担报警及图形服务任务。每组服务器包含一对冗余服务器，提供本区域的通信、报警和历史曲线等服务。I/O通信服务器安装RSLinx软件担负与各泵站底层控制器设备的实时通信任务。数据库及Web服务器安装FactoryTalk Historian SE产品，该服务器将作为系统的历史数据库，存储实时数据，并为系统提供历史数据访问服务。部分管理用分析和统计计算也可以在该服务器上定时完成。FactoryTalk VantagePoint EMI软件用于实现包括生产模型、绩效分析、负荷预测、设备运行管理及KPI指标分析等功能，并可以生成各类生产运行及管理报表（日报、月报）。生成的报表都可以作为WEB页面以表格、曲线和电子面板等各种丰富的形式以Web网页发布出来。

操作员站安装了FactoryTalk View SE客户端软件，生产调度人员将可以通过该软件监视各子站的工艺过程和关键设备运行状态，处理各种设备异常和事故，还可以查看分析历史数据，优化生产流程。操作员站可以访问数据服务器的历史数据。

工程师站除了安装操作员站的软件外，还安装了FactoryTalk View Studio软件用于HMI 服务器的配置及管理。FactoryTalk View Studio可以实现标签数据库、报警和画面等功能的在线管理，修改配置时，不影响操作员操作，修改配置后无需重启服务器。此外，工程师站还安装了Vantagepoint Client组件用于电子报表生成。

效果

罗克韦尔自动化提供的统一的控制和软件平台，易于泵房的自动化控制，泵房在24小时无人值守的情况下，也可智能、高效地完成日常工作，大大提高了二次供水设施的安全水平和维护效率，节约了综合运营成本。

将所有小区二次泵房的设备接入系统后，自控调度平台通过EtherNet/IP以太网实现实时数据的无缝传输共享，在平台上即可对这些小区设备的维护情况进行实时查看，一旦泵房出现异常情况，远程监控系统会自动发出报警提示，相关人员可即时处理，减少了用户停水时间，避免了水资源的浪费，让二次供水更加节能和环保。

借助FactoryTalk软件和工业数据中心，平台可实时采集并自动记录二次泵站的进出水压力、液位、浊度和泵的运行频率等数据，并用曲线图的方式将这些数据的实际值和历史值很直观地展现出来，便于数据查询和分析，为泵站的高效、节能运行提供了依据和参考。

截至2019年，杭州全市已累计完成了106个小区的二次供水改造。改造后，高层小区的供水水质更安全，供水水压更稳定，居民们的笑容中也洋溢着满满的安全感、幸福感和获得感。杭州水务集团对罗克韦尔自动化提供的一整套自控调度软、硬件解决方案给予了高度的评价，并表示自控调度平台的顺利上线让二次供水设施设备的管理更到位，供水设施发生故障时，维修也更及时，达到了水质稳优、无人值守和节能降耗的智慧水务目标。

在“智慧水务”的大背景下，二次供水自控调度平台的建设和应用使传统的二次供水管理逐渐演变为智能化、数字化、标准化、生态化的供水模式。在新的一年，杭州又将有100个小区完成二次供水设施改造，涉及居民家庭5.5万余户。在全国范围，二次供水改造工程将惠及更多百姓。作为智能化、数字化和自动化技术的引领者，罗克韦尔自动化愿助力水务企业将“智慧水务”贯穿于二次供水的全过程管理，让二次供水不仅仅是一次供水压力的提升，更是品质的提升、服务的提升，为城市供水从源头到龙头的“最后一公里”，提供健康、安全和舒适的供水体验。

发布时间 2020年2月22日

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