数字化为智慧水务赋能——专访施耐德电气全国销售部水行业总监

近年来，随着对节能降耗、提升运管水平等需求不断提高，水务企业对智慧水务的需求开始呈现暴发式增长。在这条变革之路上，施耐德电气依托基于物联网的EcoStruxure™，继续深化“数字化转型领导者”和“行业应用专家”两大战略，赋能智慧水务多个维度的不断创新，解决水务企业能效运营难题，以创新技术带动绿色可持续发展。

腾飞：智慧水务的数字化翅膀

五年前，施耐德电气就已经大力布局智慧水务市场，“如果说那时的解决方案更多着眼于管网优化、调度以及漏损监测处理的话，现在数字化技术赋能智慧水务更多的‘智慧’能力。”杨虎进表示，“基于物联网的EcoStruxure三层架构，将生产控制、运营调度及企业管理结合到一起，用硬件+软件+服务的整体解决方案，实现水行业全生命周期覆盖，丰富了智慧水务的内涵。”

工业物联网（IIoT）平台的绿色智能制造正在推动水务行业数字化互联互通和管理变革，“对于工业来说，物联网是解决方法的思路，而互联网则是一门技术。基于工业物联网的智能制造，推动企业从关注资产变为数据驱动。在设备互联互通的基础上，让采集和分析数据发挥价值，提升生产效能。中国水务企业最迫切解决的问题是如何让数据运转起来，推进智能化和数字化的过程中遇到的最大问题之一是信息孤岛，如果没有数据和有效的分析方法作为基础，就谈不上云和互联互通。”杨虎进说。施耐德电气重磅打造的EcoStruxure架构平台包括互联互通产品、边缘控制和应用、分析与服务三层架构，将广泛的能源、自动化和软件产品整合行业完整解决方案，形成从连接、收集到分析、处理、优化的智慧水务闭环管理，帮助水务企业在运营效率与资产绩效上实现跨越式提升。如今，施耐德电气智慧水务解决方案已经在国内供水、流域治理、供热等行业落地了20多个案例，在建的项目也有40多个。

共同打造智慧水务生态圈

“共创共赢，打造数字化的未来”是2019施耐德电气创新峰会的主题，而创新和合作也是当下中国产业革命深刻变革的关键词。“水务不仅是一个经济行为，更是一种 社会 行为，饮用水是否水质达标水管有没有发生泄漏供水高峰时节会不会停水不仅影响水务企业的生存，还影响整个 社会 的体验感。水务领域汇集了业主，设计院、工程总包商、工艺提供商及系统集成商等众多参与者，大家都有一个共同的目标，即提高水资源利用率和保障公众安全用水，围绕着这个目标，行业分工确定，有机的生态圈就此建立起来。”杨虎进说，“在传统的水行业，施耐德电气通过实现多个维度、各个层级的不断创新，用自动化技术解决水务企业能效运营的困境，为用户与合作伙伴的数字化转型赋能。”

杨虎进用一个南水北调工程举例，“这个工程包含十几个泵站，是调配供水量的关键，业主需要进行智能化管控，把能耗降到最低。在这个过程中，我们联合设计院，工程总包商以及施耐德电气集成的多个软件平台，共同搭建了智慧水务管理系统，实现了统一的中控室 *** 控和无人值守。数字化改造后的项目应急储吐能力比以前提高了30%以上，能及时应对上游出现的例如暴雨，山洪等地质灾害，保障下游的水量供给和水质标准。” 对此，杨虎进表示，水循环始末，无论企业管理层、运营调度层、或是生产控制层，都可以进行主动监测、采集、分析和辅助日常及应急决策，使水务资产更加高效、长期和可靠运行，真正实现智慧水务。

IT赋能OT

借势工业物联网，基于施耐德电气长期积累的细分行业专业技术经验，EcoStruxure通过融合IT与OT技术，帮助客户实现数据价值最大化，尤其是将数据转化为切实可行的智能化信息与更加有效的业务决策，将物联网的战略远景逐一实现。如今，智慧水务解决方案正与IT系统和大数据服务手段紧密结合，帮助实现从“连接—收集—分析—决策—连接”全过程的闭环控制。

以污水处理中的“曝气”这一工艺环节举例，杨虎进说：“过去我们靠的是经验和人工 *** 作，来控制曝气时间和曝气量。现在一步步发展到以模型代替，把不可控、非线性的过程变成有据可查的线性过程。再通过数据提炼和发展，反过来提高工艺使用的效能。”再例如污泥搅拌过程的电机，用先进的软件为过程工艺赋能，通过细致的电力、速率和功率参数设定，提高能效。据杨虎进介绍，这种节能化的改造一般能带来15%，甚至20%以上的能耗节约，也提高了设备的全生命周期。

致力于行业进步

“中国的水务企业，特别是污水处理企业，不管是项目投资还是数字化建设的力度都要远远超过欧洲同类型企业，因为中国有世界第一的污水量处理量，也拥有全世界最完善的工业体系。然而需要注意的是，虽然投入了大量人力和财力在智能化系统和设备上，但是否真正发挥了这些设备效能，做到物尽其用需要画个问号。”杨虎进分析了目前水务市场存在的诸多问题，“到目前为止，我国的水务管理还处在相对粗狂的水平，常常局限于一些短期行为，如短期内水质达标或者大型活动的保障等，而缺乏长期的水务规划。再者，从从顶层设计层面看，我国智慧水务发展也缺乏统一的行业标准，中国的水务市场在精细化管理方面有有很长的路要走。”

目前，各个水务企业对于整体智慧水务的理解有很大的偏差，杨虎进认为，这种“各自为站”的局面还会持续一段时间。需要行业管理机构给出指导性的意见，建立共同目标，使企业间达成行业共识，行成合力。“大家都处在摸索的阶段，不能号称自己的智慧水务系统就是最完善的，每家都有自己的技术特点和产品局限性。拿施耐德电气来说，我们也有自己的角色，我们只做生产和运营，不涉及营收等子系统。”

施耐德电气将自己定位为“能效管理和自动化控制领域的数字化转型专家”，杨虎进表示，施耐德电气通过互联互通的产品、强大的本地控制、云技术以及应用程序、分析工具与服务，确保通过全生命周期的解决方案，因地制宜支持水务企业高效利用能源资源，实现可持续发展。施耐德电气拥有智慧水务行业的核心技术和全球经验，也一直围绕一条主线：水务行业智慧化升级与数字化改造，不断将国内外治水的行业经验分享给“施耐德电气的朋友圈”，共同为水行业的智慧未来发力。

以下方案，仅供参考
WHG系列变频调速恒压供水设备
我公司采用日本三垦公司最新一代IPF系列变频调速器、
并配以恒压供水控制基板IWS，开发生产出“WHG系列变频恒压供水设备”。该设备无需附加多余的控制器件（如PLC可编程序控制器、
PID调节器及其它的专用控制器等），提高了系统的可靠性。
该系统可根据管网瞬间压力变化，
自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入和退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户的用水要求，
使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。
该设备可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式，节能效果显著，
是国家重点推广的节能新技术产品。
一、主要性能和特点
1、自动化程度高，可实现恒压变量、生活供水/消防供水双恒压等控制方式，多种启、停控制方式。
2、节电率30％--50％（配以节能运转模式，还可进一步提高节能效果）。
3、变频器可对电机进行软启软停，减少设备损耗，延长电机寿命。
4、管网压力恒定，，压力误差≤±1％，无冲击。
5、功能齐全，运行可靠， *** 作维护简便。
6、具有手动、自动 *** 作功能。
7、智能化控制，可任意修改参数指令（如压力设定值、控制顺序、
控制电机数量、压力上下限、PID值、加减速时间等）。
8、设备具有完善的电气安全保护功能，对过流、过压、
欠压、过载、断水等故障均能自动保护，特别是输入缺相、输出缺相保护功能，彻底解决了电机缺相运行烧毁电机的问题，提高了电机的使用寿命。
9、可根据用户的需要，选择各种附加功能，如电机定时切换、
添加附属小泵，自动定时开机、关机等。
二、工作原理
在设备运行中，由于用水量的变化，使供水压力发生变化，通过压力传感器将压力变化信号传送给运行控制器，经控制器电脑与设定压力比较判断后，
调整变速泵转速或水泵运行台数，调整供水流量使供水压力重新回到设定的压力值，满足用水要求。
若用水量很小时，经控制器电脑分析确认后自动停止主供水系统运行，启动夜间值班小泵，以维持管网压力和少量用水，当用水量达到值班小泵不能维持设定的压力时，主供水系统自动启动，值班小泵停止运行，从而提高了系统运行的安全性，并获得了明显的节电效果。
三、适用范围
1、城镇居民生活区供水可供50～10000户单楼或楼群。
2、高层建筑、饭店宾馆及各类其它建筑的室内供水。
3、各类自来水厂的加压系统。
4、农村居民自来水泵站。
5、各类锅炉给水系统。
6、消防供水系统。
四、
产品及选型介绍
1
、单泵恒压变量供水控制系统—WHG-□□□-(空)
（1）该系统是为各企事业单位自备井设计制造的供水系统，
可利用原有旧泵进行改造，对原有供水管网不做任何改动，工程量小，见效快，节约资金。
系统从安装在总管出口处的远传压力表采集管网压力，
依据该反馈信号作出判断，并对水泵进行变频调速，调节水泵的出水量，满足用户的用水需求，并达到节能目的。
（2）该系统还可以做成一用一备的控制方式；
如当第一台泵出现故障时手动转换到另外一台泵工作，或做成第一台水泵工作一段时间后，系统自动切换到另外一台泵工作的定时切换方式。
（3）此系统具有自动控制回路、手动控制旁路及各相应的运行指示状态，并且具备各种完善的保护功能，如缺相报警、过载报警、变频器故障报警等功能。
（4>）对于控制深井泵或潜水泵的单泵恒压变频调速控制系统，因潜水泵泵的额定电流比同功率变频器的额定电流大，输出转矩也比较高，因此在选用时应选比水泵额定功率大一级的控制系统。
2
、多泵恒压供水固定方式控制系统—WHG-□□□-P
该系统由两台以上主泵（及一台附属小泵）组成，其中一台变频运行，
其余工频运行。
该系统可根据压力变化，一台固定的水泵变速运行，
其余水泵以工频方式自动投入，实现水压恒定。系统具有自动与手动双控制回路。
系统功能可根据用户需要，选择如下：
(1)
启动方式（先启先停、后启先停）；
(2)
液位控制，可依据蓄水池的水位高低情况控制系统的启停状态；
(3)
辅助小泵功能，在夜间用水量较小时，关掉变频泵，通过辅助小泵维持管网一定压力，可使节能效果更显著。
3、多泵恒压供水循环软启动方式控制系统--WHG-□□□-X
该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现软启动及转速的调节，实现恒压。
该系统控制原理不同于前两种系统之处为，变量泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足设定恒压值时，系统自动将当前变量泵状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变量泵，运行过程同前。
除启动方式只可为先启先停外，固定方式系统的选择功能同样适用于该系统。
4
、消防加压变频调速供水控制系统——
WXG-
□□□
消防供水控制系统除具备可接受远程火灾信号远程 *** 作和远程报警功能外，规格同
WHG
系列，可按
WHG
系列样本选型。
五、选型建议
目前我公司生产的WHG系列恒压供水控
制设备，固定和循环两种方式控制精度和节能效果均相同，切换过程中对管网压力的扰动同样很小。不同点为：固定方式设备投资少，
运行维护简单，故障点少，但工频泵切换时对泵的机械磨损较大，各泵的使用寿命不均；而循环方式则可减少泵切换时的机械磨损，
使各泵的使用寿命均匀，不足之处是设备投资相对较高，因该方式泵切换时可能出现电流冲击，日久容易造成接触器接触点粘连现象，
所以对接触器质量要求较高，如选择不当，有可能会损伤变频器。
我们建议，对于控制功率较小的系统两种方式均可选用，而控制功率较大的系统以固定方式为好。
六、型号规格说明
以
WHG-37M3-PF
为例说明如下：
WHG---设备型号（微机控制恒压供水设备）
37---控制水泵电机额定功率（KW）
M---工频泵普通方式启动（C---Y-三降压启动方式，J---自耦降压启动方式）
3---控制主水泵数量（1-7）
P---固定工作方式（X---循环工方式，空---一台变频）
F---有辅助小泵（空--无辅助小泵）
七、设备节能分析
根据理论分析，当电源电压一定时，电机消耗的功率与其转速
的立方成正比，即
N1
/
N2
=(
n1
/
n2)^3
其中
N1
和
N2
是电机消耗的功率，
n1
和
n2
是相应于
N1
和
N2
的转速。当水泵的扬程一定时，其出水量与转速成正比，即：
Q1
/
Q2
=
n1
/
n2
其中，
Q1
和
Q2
表示相应于
n1
和
n2
的水泵的出水量。因此在维持水泵压力恒定的条件下，通过调整水泵机组的转速从而调整水泵的出水量，就可以大大节约电机所消耗的功率而达到节能的目的。据统计大多数水泵实际平均供水量只是额定值的
70%
~
80%
，当供水量分别为额定值的
100%
、
90%
、
80%
、
70%
时，水泵的转速和功率与额定值之比将如下表所示：
Q
/
Q0
n
/
n0
N
/
N0
100%
100%
100%
90%
90%
729%
80%
80%
512%
70%
70%
343%
一般的说，变频调速恒压供水方式用于生活供水，节电效率很高，可达
50%
，用于工业供水则在
30%
～
40%
之间。对于郊区或农村用水量变化大的用户，变频调速恒压供水方式
更加优越。

无负压供水泵也称管网叠压供水设备，其与变频供水设备的区别主要为：直接接入自来水管网，从而能充分利用市政管网的压力，即在自来水管网原压力的基础上进行二次加压供水。
优点：因为可利用自来水管网压力所以与变频供水设备比更为节能。
无负压 供水设备整体密闭运行，更卫生。
无需建水池，前期投资较小，安装简单。
缺点：不能储水，所以只适合自来水管网压力及来水量正常的地区。
医院等不允许回流的单位，不能安装无负压供水设备
无负压水泵是一种直接与市政管网相连，而不会对市政管网产生影响的成套供水设备。该设备在ZBH变频恒压的基础上，将市政管网压力和提升水泵的压力进行叠加，使生活供水更加节能和环保
，是传统二次供水理想的更新换代产品。该设备由变频控制柜、无负压装置，自动化控制系统及远程监控系统、水泵机组、稳压补偿器、负压消除器、压力传感器、阀门、仪表和管路系统等组成。

选泵就是供水设备为满足工程实际对流量、压力的要求而确定出水泵的型号和台数。对于建筑内不同用途的水泵，选泵时考虑的侧重点也有所不同;俱应注意以下几方面的问题。
(1)不同用途，择其所需
按供水设备中水泵输水水质可分为清水泵、污水泵:一般生活、生产、消防给水系统用清水泵;排水采用污水泵在排除含酸含碱污水时应采用防腐泵:按水温可分为常温(低温)水泵和高温水泵通常在热水供应系统中采用高温水泵:
(2)大小兼顾，调配灵活
大型建筑内生活给水系统的用水量通常是变化的其给水管网的水头损失又与用水量的大小有关因而所需的水压也是相应地变化的选泵时不能仅仅只满足最大流量和最高水压时的要求，同时必须考虑到用水量的变化，水泵大小兼顾便于调配。在实际工程中还可采用设高位水箱或气压罐等调节装置;也可采用变频调速水泵，在设变频调速水泵时应有一台小流量水泵配合此时用水量甚微或节网水量漏损主要起补压作用。
(3)型号整齐，互为备用
从泵房运行管理与维护检修的角度来看如果水泵的型号太多则不便于管理。一般尽可能选择型号相同的水泵并联工作，这样无论是给电机、电器设备的配套与储备，还是给管道配件的安装与制作都会带来极大的方便。
(4)合理地用尽各水泵的高效段
应选用效率较高的水泵一般大泵比小泵的效率高，单级双吸式离心泵是给水系统中常用的一种离心泵如sh型，SA型。它的经济工作范围(即高效段)，一般都为其铭牌上额定流量值Q的85%一115%。变频调速泵在高效段范围内允许下降20%。
(5)水泵类型的选用
水泵的构造形式付水泵房的大小、结构形式和泵房内部布置等都有影响因而对泵房造价很有关系。一般立式泵安装占地面积小而安装高度大:卧式泵与之相反。
(6)水泵并联运行的要求
在建筑内生活无塔供水设备系统、消防给水系统、排水系统中通常采用水泵并联运行的方式其优点为:可以增加供水量其流量为各台并联水泵出水量的总和;可以通过开停水泵的台数来调节流量，以达到节能和安全供水的目的:当并联工作中有一台水泵损坏时其他水泵仍可继续供水提高厂供水的可靠性。
选泵时，对水泵并联运行要针付实际情况作出相同型号、相同水位、对称布置的水泵并联和不同型号、相同水位等水泵并联运行的性能曲线，结台管道系统特性曲线进行认真分析使其既满足工程对水量水压的要求，同时又尽可能使水泵在高效段内工作。因此，水泵并联运行应以2 -3台为宜最多不宜超过5台

优势1各区供水自成体系，互不影响，供水安全可靠；2各区增压设备集中设置，维护管理方便，耗能少。3水泵与水箱并联供水系统中，各区水箱体积小，占地少。4在气动供水设备和变频调速泵并联供水系统中，不需要水箱，节省了占地面积。劣势1泵的种类很多，水箱占建筑面积；2上部区域供水泵扬程大，总压水线长；3气动供水设备升压供水时，调节量小，耗电量大。隔板长时，高区气压罐压力大，用钢多，成本高；4变频调速泵升压供水时，设备成本高，维护复杂。

具体搭建方法需要专业人士 *** 作。不然很难搭建成功。在这推荐一下优质水管。自来水管道增压泵又称管道增压泵等。由我厂技术研究所结合国内泵专家设计，在普通立式管道泵的基础上，利用S型离心泵和SG型管道泵的性能参数，选择国内优秀的水力模型，同时根据不同的工作温度、介质等，在ISG型离心泵的基础上，推导出适用的热水管道泵、不锈钢管道泵和防爆管道泵。该系列自来水增压泵产品具有高效、节能、低噪音、性能可靠等优点。根据最新的国家机械部标准要求，按照国际ISO2858标准设计制造。其次，自来水管道增压泵的结构表明，自来水管道增压泵是一种具有相同进出口直径的垂直结构，位于同一中心线上。它可以像阀门一样安装在管道中，外形紧凑美观，占地面积小，建设投资少。

如果增加保护罩，它可以在户外使用。2循环增压泵的叶轮直接安装在电机的长轴上，轴向尺寸短，结构紧凑，泵和电机轴承配置合理，能有效平衡泵运行产生的径向和轴向载荷，保证泵稳定运行，振动小，噪音低。3、自来水增压泵轴封采用机械密封或机械密封组合，采用进口钛合金密封圈，中耐高温机械密封，采用硬质合金材料，耐磨密封，能有效延长机械密封的使用寿命。

4自来水增压泵易于安装和检修，所有转子部件只能在不拆卸管道系统的情况下，通过拆卸泵联轴器座的螺母来取出。5自来水增压泵可根据使用要求串联或并联使用，即流量和扬程。6自来水增压泵可根据管道布置要求垂直和水平安装。三、自来水管道增压泵主要采用ISG式自来水增压泵，用于输送清水和其他物理化学性质类似清水的液体。

适用于工业和城市给排水、高层建筑加压供水、园林喷灌、消防加压、长途运输、供暖、通风制冷循环、浴室等冷热水循环加压及设备配套，使用温度t <80℃。注:管道增压泵的吸入压力≤10兆帕，或泵系统的最大工作压力≤16兆帕，即吸入压力、泵头≤16兆帕，泵的静压试验压力≤ 25兆帕。当泵系统的工作压力大于16兆帕时，应在订购时单独提出，因此泵的过流部分和连接部分应由铸钢制成。环境温度<40℃，相对湿度<95。

四、自来水管道增压泵安装说明1、安装前应检查机组紧固件是否松动现象，泵体流道有无异物堵塞，以免泵运行时损坏叶轮和泵体。2在安装过程中，不得将管道重量加到水泵上，以免水泵变形。3安装期间必须拧紧地脚螺栓，以避免启动期间振动对泵性能的影响。4为便于维护和安全使用，在泵的进出口管道上安装调节阀，在泵出口附近安装压力表，保证在额定扬程和流量范围内运行，保证泵的正常运行，延长泵的使用寿命。5、肘节泵轴安装后，叶轮应无摩擦或卡住现象，否则泵应拆卸。

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