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1 引言
在信息化發(fā)展過程中，傳統(tǒng)水務管理體系與模式已經無法很好地應對城市供水的諸多需求，并會引發(fā)一些不利問題，對城市供水效率與質量均造成影響。智慧水務系統(tǒng)屬于水務信息化發(fā)展的高端階段，是未來水務的發(fā)展方向，其所發(fā)揮出的優(yōu)勢與作用是毋庸置疑的。從當前智慧水務體系的建設來說，主要依賴于云計算技術、物聯(lián)網、大數據、移動互聯(lián)網、實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、BIM 監(jiān)護信息管理、GIS地理信息系統(tǒng)、3D 打印技術、VR 技術、人工智能。基于這些科學技術，智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的應用場景越來越豐富，讓水務企業(yè)的生產與運營發(fā)生了較大轉變。針對此，須進一步做好智慧水務系統(tǒng)的建設與優(yōu)化工作，切實發(fā)揮好智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的價值。
2 智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用價值
智慧水務系統(tǒng)是新型水務管理系統(tǒng)，本質上是無線水務，終端可以隨處可見，借助云計算、射頻識別、物聯(lián)網可以將水廠的各類基礎設施聯(lián)系起來，從而構建一個智慧化的水務系統(tǒng)。另外，智慧水務系統(tǒng)可以自動采集數據，并進行數據的分析，努力讓整個水務系統(tǒng)成為及時反應和統(tǒng)一指揮決策的大腦[1] 。從當前所建設的智慧水務系統(tǒng)來看，可以將精細化管理、智能調度和供水服務標準化聯(lián)系起來，對水務工作實現智慧管控和動態(tài)化管理。總的來說，智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用價值集中體現在以下方面（見圖1）。
圖1 城市智慧水務系統(tǒng)框圖
①與傳統(tǒng)的水務技術相比，智慧水務系統(tǒng)可以借助物聯(lián)網將制水過程清晰展示出來，直接地克服了人工監(jiān)控的局限性，在自動化操作與監(jiān)控中可以對水質情況實施 24h 的動態(tài)監(jiān)控，方便技術人員隨時掌握水質情況。
②智慧水務系統(tǒng)借助多種科學技術，完全改變了傳統(tǒng)水務工作的方式方法，可以讓管網調度更加科學高效。從管網優(yōu)化調度系統(tǒng)操作這一角度來說，工作人員通過打開管網優(yōu)化調度系統(tǒng)操作平臺，能夠全面清晰地查閱各個區(qū)域的供水與用水情況，并且可以實時監(jiān)測用水量信息。通過分析實時數據和歷史數據，可以迅速優(yōu)化調度方案，始終確保用戶用水質量。
③在智慧水務系統(tǒng)的幫助下，數據采集設備與傳輸設備可以在線監(jiān)測出水務系統(tǒng)的運行情況，同步整合水務管理部門設施，構建出“水務物聯(lián)網”。
3 城市智慧水務系統(tǒng)的建設路徑
3.1 總體框架
城市智慧水務系統(tǒng)包括兩大部分，一是應用層，二是用戶層。用戶層主要包括業(yè)務人員、管理人員與公眾人員，可實現信息的自動化采集，應用層可以對水務業(yè)務實施集成化管理，從整體上來提升城市水務工作的科學性與合理性，城市智慧水務系統(tǒng)的總體框架見表1。
表1 城市智慧水務系統(tǒng)的總體框架
3.2 信息采集傳輸層
物聯(lián)網是智慧水務系統(tǒng)信息采集傳輸層的核心技術，在物聯(lián)網的支撐下可以借助數據采集模塊、網絡設備、現場儀表實時動態(tài)監(jiān)測城市水資源信息，讓城市供水的一切因子互聯(lián)互通，確保城市供水的及時，向著信息化與高效化的方向發(fā)展。
3.3 數據層
在整個城市供水智慧水務系統(tǒng)中，數據層是核心所在，包含著大量的數據信息，同時也是智慧水務系統(tǒng)的信息來源。為切實發(fā)揮好智慧水務系統(tǒng)的價值，要著重建設完整的基礎設施與數據庫，增強數據層的資源整合水平，為水務工作的開展提供良好的基礎條件[3] 。在城市化進程不斷加速的大背景下，在進一步發(fā)展智慧水務系統(tǒng)的過程中，要做好水務業(yè)務的數據挖掘工作，將智慧水務系統(tǒng)應用到城市供水中。
3.4 門戶層
從當前所建設的智慧水務系統(tǒng)來看，門戶層主要可以分為兩種，一種是行業(yè)門戶，另一種是公共信息門戶。內部門戶由管理人員直接負責，開展日常的運營與維修工作，同時業(yè)務人員可以借助行業(yè)門戶與其他的業(yè)務人員展開溝通交流，確保各項水務工作均有序展開，增強智慧水務系統(tǒng)的服務能力。值得一提的是，所建立的公共信息門戶能夠為城市用戶的咨詢提供渠道，用戶可以及時且動態(tài)地獲取水務信息，參與水務建設。
3.5 數據管理平臺
之所以要建立數據管理平臺，主要的原因是能整理與存儲智慧水務系統(tǒng)中的數據信息，一方面確保水務工作開展，另一方面為相關部門的水務工作開展提供數據支撐。從當前智慧水務系統(tǒng)的數據管理平臺的應用來看，可以從兩個方面來開展數據的整合。①通過數據整合可以確保數據信息的存儲實現完整性，完成數據信息的備份與存儲②通過數據整合可以實現數據的集約化管理，存儲空間也可以得到節(jié)約，有利于降低數據信息的存儲成本。
4 智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用
4.1 發(fā)揮好相關科學技術的優(yōu)勢
城市供水有著復雜性與專業(yè)性的特點，要想確保智慧水務系統(tǒng)可以在城市供水中獲得良好的運用，須發(fā)揮好相關科學技術的優(yōu)勢，不斷增強智慧水務系統(tǒng)的運用效果。
在應用云計算技術的過程中，可以謀求改進智慧水務系統(tǒng)的消費模式與服務模式，從之前的“購買軟硬件產品”朝著“提供和購買IT服務”轉變。在物聯(lián)網的應用中，要努力將水務業(yè)務與相關的部門和設施連接起來，實現信息交換與通信，帶領水務行業(yè)實現“智慧升級”。
大數據在智慧水務系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，可以更好地整合與處理水務信息，且可以實現水務工作的傳統(tǒng)結構化數據管理模式與非結構化數據管理模式的結合，推動智慧水務系統(tǒng)不斷發(fā)展。
在實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應用中，要將要點放在水污染事件的監(jiān)測上，一方面要實時動態(tài)監(jiān)測供水與排水情況，另一方面要及時排查所潛在的風險，切實實現水質信息的實時追蹤。
GIS地理信息系統(tǒng)在智慧水務系統(tǒng)中也發(fā)揮著較好的作用，尤其是可以對管網基礎數據資源實施數字化管理與可視化管理[5] 。具體來說，GIS地理信息系統(tǒng)能夠發(fā)揮三維模擬技術的優(yōu)勢展示地下管線的詳況，克服了以往管網管理過程中存在的重疊度較差與隱蔽性強的局限性。
人工智能是智慧水務系統(tǒng)得以發(fā)展的關鍵之一，所具備的故障診斷、優(yōu)化設計、智能檢測的功能均是智慧水務系統(tǒng)所缺失的。可以說，在人工智能的幫助下，智慧水務系統(tǒng)在水務領域的應用會越來越廣泛，改變水務企業(yè)的生產理念與運營模式。
4.2 建立供水管理智慧服務平臺
在運用智慧水務系統(tǒng)的過程中，要考慮使用網絡技術和數字化技術建立城市供水管理智慧服務平臺，形成數字化的供水管理體系。通過建立城市供水管理智慧服務平臺，一方面可以實現視頻監(jiān)控和資源共享，另一方面可以為工作人員的水務業(yè)務開展提供諸多便利。需要注意一點，在建立城市供水管理智慧服務平臺時，要對城市居民的實際生活需求多加考慮，借助智慧服務平臺向居民提供更多人性化與便利化的服務[6] 。
4.3 建立信息資源系統(tǒng)
信息資源系統(tǒng)對智慧水務系統(tǒng)的運用有較大影響，要考慮使用多種科學技術優(yōu)化信息資源系統(tǒng)，尤其是要使用好物聯(lián)網、大數據、人工智能等技術。比如，在使用大數據技術的過程中，要做好水務信息的收集與處理，建立基礎信息數據庫，不斷增強信息資源系統(tǒng)對智慧水務系統(tǒng)的支撐能力。
4.4 落實智慧水廠運維平臺的建設
為了讓智慧水務系統(tǒng)可以更加數字化與智慧化，須完全融入水廠管理中，落實好智慧水廠運維平臺的建設工作。在建設智慧水廠運維平臺時，要將要點放在三個方面：①數字三維仿真；②巡檢及設備管理系統(tǒng)；③水廠生產運維管理和能耗監(jiān)測與節(jié)能分析。比如，在巡檢及設備管理系統(tǒng)中，須對水廠運行設備實施動態(tài)化監(jiān)測，掌握動態(tài)化的運行信息，實現完整生命周期的管理[7] 。再比如，開展水廠生產運維管理和能耗監(jiān)測與節(jié)能分析時，需要對水廠的生產經營、數據建模、過程優(yōu)化、耗能指標、故障診斷開展綜合性處理，始終確保城市供水處于穩(wěn)定和快捷狀態(tài)，為用戶提供優(yōu)質的用水。
5 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺
5.1平臺概述
安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。
5.2平臺組成
AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。
5.3平臺拓撲圖
5.4平臺子系統(tǒng)
5.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控
對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。
監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。
5.4.2電能質量監(jiān)測與治理
水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。
5.4.3電動機管理
馬達監(jiān)控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。快捷、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
5.4.4能耗管理
為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。
將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。
能耗數據統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。
能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產量以及系統(tǒng)采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際先進指標對標，以便企業(yè)能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。
 5.4.5智能照明控制
系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區(qū)照明的智能控制達到節(jié)能的目的。
5.4.6電氣安全
①電氣火災監(jiān)測：監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。
②消防應急照明和疏散指示：根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。
③消防設備電源監(jiān)測：監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。
④防火門監(jiān)控系統(tǒng)：防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。
5.4.7 環(huán)境監(jiān)測
污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。
5.4.8分布式光伏監(jiān)測
實時監(jiān)測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數據。
平臺結合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。
5.4.9工藝仿真監(jiān)控
平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產。
6 相關平臺部署硬件選型清單
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序號
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名稱
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型號、規(guī)格
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安裝位置
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用途
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1
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電能質量監(jiān)測
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APview500
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進線開關柜
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監(jiān)測市電電能質量
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2
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35kV、10kV回路保護
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AM6
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35、10kV開關柜
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35、10kV回路保護、測控
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3
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智能操控裝置
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ASD500-Pn
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35、10kV開關柜
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35、10kV回路操作、顯示和測溫
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4
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弧光保護
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ARB5
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35、10kV回路母線室、斷路器室、電纜室
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用于監(jiān)測關鍵電氣接點弧光監(jiān)測、保護
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5
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無線測溫傳感器
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ATE400、ATE200
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35、10、0.4kV母排、斷路器、線纜接頭
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用于監(jiān)測關鍵電氣接點溫度
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6
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有源濾波裝置
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AnSin□-M
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0.4kV母線側
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濾除配電系統(tǒng)2~25次諧波畸變
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7
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無功補償裝置
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AZC智能電容
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0.4kV母線側
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提供無功補償
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8
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多功能儀表
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APM520/APM510
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10kV、0.4kV回路
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監(jiān)測電氣參數和開關狀態(tài)、故障報警
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9
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智能照明控制器
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ASL100
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照明配電箱
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照明單控、群控、定時/自動控制
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10
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電氣火災傳感器
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ARCM200
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配電柜/配電箱
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監(jiān)測漏電電流和線纜溫度
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11
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消防設備電源傳感器
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AFPM
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消防配電箱
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監(jiān)測消防設備電壓、電流狀態(tài)
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12
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應急照明和疏散指示系統(tǒng)
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A-C-A100
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消防疏散通道
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提供消防應急照明并指引疏散人群快速疏散
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13
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限流式保護器
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ASCP200
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照明插座回路
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防止過載、短路產生火花
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14
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電動機保護器
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ARD3M
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電動機
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保護電機安全穩(wěn)定運行
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15
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環(huán)境傳感器
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溫濕度、浸水、煙霧、有害氣體等傳感器
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配電室、工藝區(qū)域
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監(jiān)測環(huán)境參數，維護環(huán)境安全
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16
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智能網關
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ANet-2E4SM
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數據采集柜
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采集設備數據，邏輯控制、上傳平臺
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7 結語
智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用效果與優(yōu)勢是毋庸置疑的，對推進水務工作規(guī)范化、科學化與高效化十分有益。為發(fā)揮出智慧水務系統(tǒng)的最大優(yōu)勢，要注重相關科學技術的應用，幫助智慧水務實現信息化，破解水務行業(yè)發(fā)展困局，助力城市智慧水務的發(fā)展。在智慧水廠運維平臺的建設中，要做好智慧水務的規(guī)劃，努力與水廠互聯(lián)互通，實現信息的即時獲取與共享 ，為城市供水發(fā)展奠定良好的基礎條件。
參考文獻
[1] 謝善斌，劉辛悅，王楊，等 . 智慧水務信息化建設規(guī)劃與實踐[J].凈水技術，202039（5）：7-13+85.
[2] 梁濤，何琴，韓超，等 . 智慧水務中城鎮(zhèn)供水基礎信息數據庫構建研究[J].給水排水，2020，46（6）：5.
[3] 宗延萍.智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用[J].智慧水務系統(tǒng)，2022.05.054.
[4]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版
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