蒋莉莉

(泰州技师学院 江苏 泰州 225300)

供水设备是现代城市生活中不可或缺的基础设施之一，其运行稳定和可靠性对于保障居民正常用水具有重要意义。然而，传统的供水设备管理方式存在诸多缺点，包括人工干预和管理成本高、能源和资源的浪费等问题。随着人工智能技术的不断发展和普及，利用人工智能技术来控制和管理供水设备已成为当前研究的热点之一。本文将介绍供水设备的智能化控制技术，并探讨人工智能在供水设备中的优势和应用策略，旨在为供水设备的智能化控制提供一些借鉴和启示。

1 供水设备的智能化控制技术

1.1 传感器技术的应用

传感器技术是实现供水设备智能化控制的重要手段，通过安装水质传感器、流量传感器、压力传感器等各类传感器，可及时采集供水设备的操作状态和环境参数数据。这些数据可用于监测设备的运行状况，分析供水系统的供水量、水质等信息，还能预测未来供水设备的运行状态[1]。通过对这些数据进行分析和处理，实现对供水设备的实时监测、调节和预警，提高供水设备的操作效率和可靠性。

1.2 云计算和物联网技术的应用

云计算和物联网技术的发展也为供水设备的智能化控制提供有力支持。通过将传感器和供水设备连接到互联网，可实现对供水设备的即时监测和远程控制。同时，利用云计算技术来存储和分析供水设备的数据，可以提升供水设备的智能化程度和管理效率[2]，减少对人工干预的需求，并降低管理成本。

1.3 智能化控制算法的应用

智能化控制算法是实现供水设备智能化控制的关键技术之一。基于传感器技术和云计算技术所获取的数据，预测及控制供水设备的运行状况。例如：可以使用机器学习和人工智能算法对供水设备进行预测维护，其可自动识别设备故障和异常，并进行预警和故障诊断[3]。另外，应用优化算法对供水设备进行最优调度，有利于提高供水设备的运行效率和能源利用效率。

2 供水设备中人工智能控制的优势

2.1 提高供水设备的运行效率和可靠性

通过人工智能控制技术，可以智能监测和分析供水设备的运行状态，从而增强供水设备的运行效率和可靠性。利用人工智能算法对供水设备的运行数据进行分析，能够迅速识别设备的异常，降低故障情况，及时进行故障诊断，并发出预警，减少设备停机时间和维修成本[4]。同时，人工智能控制技术还可以根据供水需求变化，自动调整设备运行模式和参数，加强供水设备的反应速度和供水质量，从而增强供水设备的运行效率和稳定性。

2.2 减少能源和资源的浪费

供水设备中的人工智能控制技术可以减少能源和资源的浪费。智能化控制算法可以实现对供水设备的运行模式和能耗进行优化，通过预测和分析供水需求变化，自动调整设备的运行模式和能耗，达到最佳的能源利用效果。同时，通过智能化控制算法的应用，可以优化供水管网的水压和流量分布，减少供水系统中的漏损和压力损失，并减少水资源的浪费。通过运用人工智能技术，达到供水设备的节能和环保效果，为可持续发展做出积极贡献。

2.3 降低人工干预和管理成本

传统的供水设备需要大量的人工干预和管理，成本较高。而人工智能控制技术可以实现对供水设备的自动化监测、调控和管理，降低对人力资源的需求，以此降低管理成本。此外，人工智能控制技术可以自动化执行管网监测、供水设备的检修和维护等工作，减少人工操作过程中的误差和风险，提高设备运行的安全性[5]。因此，借助人工智能控制技术的运用，有效减少对供水设备的人工干预和管理成本，提升供水服务的效率和品质。

3 供水设备的人工智能控制策略

3.1 数据分析和预测

通过对供水设备的运行数据进行智能化的分析和预测，可以实现设备的自动化监测和调控，提高设备的运行效率和可靠性。在数据分析方面，供水设备中的传感器可以采集供水设备运行的各种数据，包括水质、水量、压力、温度、流量等。这些数据通过人工智能技术进行分析，可以发现供水设备运行的异常情况和潜在故障[6]。在数据预测方面，供水设备中的人工智能技术可以根据历史数据和未来的供水需求预测，自动调整设备的运行模式和参数，提高供水设备的响应速度和供水质量。在实际应用中，供水设备的人工智能控制需要使用机器学习、数据挖掘等技术来对数据进行分析和预测。

例如：Winneke 水厂是墨尔本主要的饮用水生产厂，每日平均供应约350 000 m³的水。经过水处理工序，向城市数百万户家庭和企业供水。该水厂每天设定目标水流量，以确保墨尔本始终有足够的饮用水供应。为保持水泵在最高效率下运行所需的流量，公司采用专门开发的人工智能（AI）程序。这个程序通过分析水泵的历史运行数据，计算出每个泵的最优配置时间，确定最节能的泵组合以及相关的运行速度，以满足所需的流量。该系统能够从历史数据中分析出一些独特的因素，如可用的泵和过去的性能等。在运行模式下，它确定最佳的泵组合设置参数，并将这些参数实时发送到水泵系统，无须任何人工干预。这一应用能够有效提高供水设备的效率，确保饮用水供应的稳定性。

3.2 智能化控制

智能化控制是供水设备人工智能控制的核心策略之一。通过智能化控制算法，可以实现对供水设备的自动化调控，提高设备的运行效率和可靠性。在智能化控制方面，供水设备中的人工智能技术可以根据供水需求和设备运行状态，自动调整水泵、阀门等设备的运行模式和参数。在供水峰值期，通过智能化控制算法自动调整水泵运行的流量和压力，以满足供水需求，提高供水设备的响应速度和供水质量。同时，在设备故障或异常情况下，智能化控制算法可以自动切换备用设备，保证供水的连续性和稳定性。

在实际应用中，智能化控制需要使用控制算法和模型，如PID 控制、神经网络控制、遗传算法优化等。PID控制算法可以根据设备的运行状态和目标运行参数，自动调整水泵的流量和压力，以实现设备的自动化调控。神经网络控制算法则可以通过对大量数据的学习和训练，自动调整设备的运行模式和参数，提高设备的运行效率和稳定性。遗传算法优化则可以根据设备的运行目标和约束条件，自动调整设备的控制参数，实现对设备运行的优化调控[7]。除需控制算法和模型，智能化控制还需要配合传感器、执行器等硬件设备，如水位传感器、温度传感器、电动阀门等，这些硬件设备可以将实际的设备运行状态反馈给控制系统，提供实时的监测和调控。

3.3 优化调控

在供水设备中，人工智能控制可以通过优化调控策略，实现更加高效、精准的供水管理。常见的优化调控策略具体如下。

3.3.1 优化调度

基于数据分析和模型预测，对供水设备进行最优化调度。例如：可以使用最优化算法来优化水泵的开关控制和水流量的分配，以实现最佳的能源利用和供水质量。

3.3.2 自适应控制

通过实时监测和反馈，采用自适应控制策略，实现对供水设备的智能化调节。例如：可以通过传感器监测水流量、压力和水质等参数，自动调节水泵的运行状态和水流量的分配，以达到稳定的供水质量和高效的能源利用。

3.3.3 多目标协调控制

针对供水设备中多个目标之间存在的冲突问题，采用多目标协调控制策略，实现供水设备的多目标协调优化。例如：可以通过对供水设备中不同目标的优先级排序，实现针对性的控制策略，以实现最佳的综合性能。

3.3.4 预测控制

基于历史数据和模型预测，采用预测控制策略，实现对供水设备的智能化控制[8]。例如：可以通过预测未来一段时间内的用水量和水质变化趋势，实现对水泵的启停控制和水流量的调整，以满足未来需求并减少能源浪费。

3.4 状态监测和维护

在供水设备中，状态监测和维护是非常重要的环节，重视这一环节，才能有效确保供水设备的稳定运行并延长设备寿命。人工智能技术通过实时监测和数据分析来提升设备故障预测能力和数据分析，提高设备的故障预测能力和维护效率，实现智能化的状态监测和维护。一是物联网技术。通过物联网技术，将供水设备中的传感器和执行器等装置连接起来，实现设备的实时数据采集和监测。通过物联网平台和云计算技术，对设备数据进行统一管理和分析，实现远程监测和维护。二是数据分析。通过数据分析技术，对供水设备的历史数据进行挖掘和分析，提高设备的故障预测能力和维护效率。例如：可以采用机器学习算法，对设备的故障模式进行分析和预测，以提前发现并修复设备故障。三是状态诊断。立足对设备状态诊断和分析，实现对设备的故障定位和修复。例如：可以采用故障诊断技术，对设备的故障类型和位置进行识别和定位，并自动生成维护报告和维修计划，提高设备维护效率和精度。四是远程维护。通过远程维护技术，实现对设备的远程诊断和维护，节省人力和物力资源。例如：运用远程控制技术，实现对设备的遥控和调节，监测设备状态和维护需求，以确保设备的安全稳定运行。

3.5 预警和紧急响应技术

3.5.1 预警技术

供水设备的预警技术主要包括数据监测、异常检测和故障诊断等。通过分析供水设备的监测数据，实现对供水设备运行状态的实时监测和分析，当出现异常情况时，系统可以自动预警，通知相关人员及时采取措施。

第一，数据监测是实现预警的基础。通过对供水设备的传感器数据进行监测和采集，可以实时掌握供水设备的运行状态。监测数据主要包括流量、压力、温度、水质等方面，这些数据可以通过传感器设备直接获取。

第二，异常检测是指通过对监测数据的分析，识别出供水设备中出现的异常情况。异常情况可以包括设备的故障、水质异常、供水量异常等。针对不同的异常情况，可以采取不同的预警措施。

第三，当出现故障时，需要进行故障诊断，确定故障的原因和范围。立足供水设备监测数据的分析，结合设备的历史数据和运行记录，可以快速准确地确定故障的原因和范围。

3.5.2 紧急响应技术

供水设备的紧急响应技术主要包括自动控制、远程监测和应急预案等。当出现异常情况时，系统会自动触发预先设定的紧急响应措施，减少事故的发生和对供水系统的影响。

第一，自动控制是指系统能够自动调节设备的运行状态。例如：当供水设备出现故障时，系统可以自动切换备用设备进行供水，以保障供水系统的稳定运行。

第二，远程监测是指利用远程控制系统，实时监测供水设备的运行状况。借助远程监测及时察觉设备的异常情况，并快速采取措施，包括进行远程控制、设置阈值等。远程监测技术还可以实现设备状态的远程调节和实时监控，以保证供水设备的安全运行。

第三，智能报警系统。将传感器等设备采集的数据进行实时监控，并通过智能算法和模型进行分析和预测，一旦发现异常情况，就会自动触发报警系统，提醒相关人员采取必要的措施。

第四，系统自动化调整。在供水设备出现故障或者其他异常情况时，人工智能控制系统可以根据预设的规则，自动调整设备运行参数，保障供水系统的正常运行。在供水管道出现破裂时，系统可以自动将水源切换到备用水源，避免由于停水造成的不必要损失。

第五，机器人巡检。利用无人机、水下机器人等设备，实现供水设备的自动化巡检和监测，以减少人工巡检的时间和成本。机器人巡检技术可以在危险的场所替代人工进行巡检，并且可以通过高清摄像头等设备获取更为准确的数据，提高设备状态监测和维护的效率。

3.6 数据安全和隐私保护

在供水设备的人工智能控制策略中，数据安全和隐私保护是至关重要的一环。随着数据泄露和侵犯隐私的事件屡屡发生，如何保护数据和隐私成为供水设备人工智能控制的必要条件。

3.6.1 强化数据加密

在传输和存储数据时，加密是保护数据安全的关键。采用加密技术可以将敏感数据转化为难以理解的乱码，保证数据在传输和存储过程中不被窃取或篡改。因此，在供水设备的人工智能控制策略中，应当采用高强度的加密技术，对数据进行加密保护，如AES 加密、RSA加密等。

3.6.2 制定访问控制策略

访问控制是一种基于身份认证和授权的安全策略，可确保只有授权用户可以访问系统中的数据。制定访问控制策略可以防止未经授权的访问和数据泄露。供水设备人工智能控制系统应当设定不同的用户角色，并且为每个用户角色设置相应的访问权限。

3.6.3 实施数据备份和恢复策略

在供水设备人工智能控制策略中，应当制定数据备份和恢复策略，将重要的数据备份到安全的地方，以防止数据丢失或遭受攻击。同时，备份数据也可以用来快速恢复数据，减少数据损失和业务中断。

3.6.4 采用多层安全防护措施

在供水设备人工智能控制系统中，采用多层安全防护措施是保护数据安全的有效方法。多层安全防护措施包括物理安全措施、网络安全措施、应用安全措施等。例如：可以采用防火墙、入侵检测系统、反病毒软件等网络安全措施，防止黑客攻击和恶意软件感染，同时加强对系统的物理安全管理，防止非法入侵和物理攻击。

4 结语

供水设备的人工智能控制技术为水务行业提供了更加智能化和高效的解决方案。通过传感器技术、云计算和物联网技术、智能化控制算法等技术的应用，能够实现供水设备的智能化监测、控制和管理。这些技术的应用不仅提高供水设备的运行效率和可靠性，减少能源和资源的浪费，还可以减少人工干预，降低管理成本。在具体的应用中，数据分析和预测、智能化控制、状态监测和维护、预警和紧急响应等技术能够更加有效地提高供水设备的运行效率和安全性。同时，保障数据安全和隐私保护也是实现供水设备智能化控制的重要一环。在未来，随着技术的不断进步和创新，供水设备的智能化控制技术将不断升级和完善，为水务行业的可持续发展提供更加优质和可靠的技术支持。