智慧水廠概念

 

自從2010年ibm首次正式提出智慧城市的概念之后，智慧水務(wù)作為其中一部分也應(yīng)運(yùn)而生。智慧水廠作為智慧水務(wù)的基礎(chǔ)，近幾年來備受關(guān)注，但是，關(guān)于智慧水廠，目前還沒有一個(gè)比較正式、描述比較準(zhǔn)確的定義。

 

智慧水廠是以傳統(tǒng)的自動(dòng)化制水技術(shù)為基礎(chǔ)，通過進(jìn)一步增“智”，在實(shí)現(xiàn)水廠全自動(dòng)化運(yùn)行的基礎(chǔ)上，通過信息通信技術(shù)（ict）、建模與決策支持系統(tǒng)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水廠的智慧化運(yùn)營。在美國，智慧水廠更側(cè)重于“自動(dòng)化”、“智能化”和“交互性”。

 

智慧水廠發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

 

發(fā)展現(xiàn)狀

 

經(jīng)過幾年的發(fā)展，業(yè)界基本上形成了一個(gè)共識(shí)，智慧水廠≠全自動(dòng)水廠/無人水廠。但不可否認(rèn)，全自動(dòng)水廠/無人水廠是智慧水廠的基礎(chǔ)。

 

從工業(yè)1.0到工業(yè)4.0，工廠逐漸通過技術(shù)創(chuàng)新不斷提高生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)了從工業(yè)化、電氣化到自動(dòng)化再到智慧化的發(fā)展，水廠的發(fā)展也不例外，電、電機(jī)、水泵的發(fā)明，使水廠能夠工業(yè)化、電氣化，而繼電器技術(shù)、plc的發(fā)明，則使自動(dòng)化成為可能。目前，國內(nèi)不少老舊水廠還走在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的路上，而一些新建水廠則通過先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)打造出了初具雛形的智慧水廠，例如深圳光明智慧水廠目前已投入運(yùn)營，盡管后續(xù)還有待完善。

 

智慧水廠建設(shè)存在的問題

 

與電力領(lǐng)域相比，水務(wù)領(lǐng)域的信息化、智慧化建設(shè)一直比較落后，智慧水務(wù)是近十年才逐漸受到政府、企業(yè)的重視。

 

目前智慧水廠的建設(shè)企業(yè)主要有三類，一是大型水務(wù)集團(tuán)，他們擁有強(qiáng)大的資金實(shí)力投資信息化系統(tǒng)研發(fā)，也非常熟悉水廠運(yùn)營，但是他們研發(fā)的系統(tǒng)通常都是定制化，主要供內(nèi)部使用；二是傳統(tǒng)制水系統(tǒng)制造商，即為水廠建設(shè)及設(shè)備自控系統(tǒng)施工方，他們了解制水過程，擁有大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)智慧水廠方面入門晚，信息技術(shù)薄弱；三是信息技術(shù)公司，這類企業(yè)通常掌握的信息化技術(shù)較為全面，但缺乏水務(wù)專業(yè)技術(shù)支撐，導(dǎo)致開發(fā)的系統(tǒng)有很多功能成為“雞肋”。

 

從當(dāng)前已經(jīng)建成的智慧水廠來看，通常都存在以下幾個(gè)問題：

 

（1）缺少頂層設(shè)計(jì)：傳統(tǒng)的智慧水廠建設(shè)往往根據(jù)水廠現(xiàn)狀進(jìn)行信息化升級(jí)，這樣做的優(yōu)勢(shì)是可以充分利用現(xiàn)有資源，但缺點(diǎn)在于缺少自上而下的頂層設(shè)計(jì)，雖然結(jié)合當(dāng)下熱門的人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，但仍然難以實(shí)現(xiàn)水廠管理、服務(wù)的全面智慧化；

 

（2）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：智慧水廠通常由不同企業(yè)開發(fā)的多個(gè)系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)都有自己的標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家、不同系統(tǒng)，軟硬件難兼容；

 

（3）為“智慧”而“智慧”：軟件智慧化功能很強(qiáng)，但是往往沒有結(jié)合水廠實(shí)際運(yùn)行模式和軟硬件情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)用性不強(qiáng)。

 

智慧水廠建設(shè)思考

 

以實(shí)用為核心的智慧水廠系統(tǒng)

 

從自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化概念的發(fā)展來看，不同的名稱突顯的只是不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，但其應(yīng)用性的本質(zhì)是沒有改變的。智慧水廠系統(tǒng)的建設(shè)必須以實(shí)用為核心，根據(jù)水廠的實(shí)際需求進(jìn)行建設(shè)，在解決行業(yè)或企業(yè)本身存在的運(yùn)行、管理難題基礎(chǔ)上，深度挖掘大數(shù)據(jù)價(jià)值，通過信息化系統(tǒng)軟件和管理軟件的高度融合，實(shí)現(xiàn)水廠整體的智慧化運(yùn)營。

 

建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

 

智慧水廠涵蓋生產(chǎn)工藝、運(yùn)行保障、原材料管理、設(shè)備維護(hù)、構(gòu)筑物維護(hù)、環(huán)境管理、人員管理、安全保障等涉及水廠運(yùn)行方方面面的一系列系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可能由不同的企業(yè)開發(fā)，因此需要建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議，使所有系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)可以整合共享，由此組成的智慧水廠成為一個(gè)有機(jī)整體。

 

智慧水廠建設(shè)內(nèi)容

 

智慧水廠的建設(shè)應(yīng)從底層的基礎(chǔ)硬件出發(fā)，向上逐步構(gòu)建數(shù)據(jù)處理的智慧大腦，最后通過多個(gè)智慧化應(yīng)用打造一個(gè)完善智慧化水廠。

 

第一層：自動(dòng)化

 

水廠工藝流程自動(dòng)化：從取水泵站取水通過管網(wǎng)輸送到水廠進(jìn)行加藥、混凝、沉淀、過濾、加氯凈化處理后，由供水泵房加壓輸送至供水管網(wǎng)的全過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，這是實(shí)現(xiàn)智慧水廠的硬件基礎(chǔ)。

 

安防自動(dòng)化：通過周界防范系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)等構(gòu)筑的安全防范系統(tǒng)，對(duì)水廠建筑群及其內(nèi)部的人員、設(shè)備、區(qū)域?qū)崿F(xiàn)安全防范。

 

環(huán)境自動(dòng)化：通過構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水廠溫度、濕度、有害氣體、設(shè)備接點(diǎn)溫度、水位、煙霧信號(hào)、明火信號(hào)等環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，環(huán)境參數(shù)超標(biāo)自動(dòng)警告及自動(dòng)排障功能，警情管控、故障定位等功能。通過自動(dòng)綠化養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，利用多種定制化灌溉策略，實(shí)現(xiàn)定時(shí)智能循環(huán)澆灌，感應(yīng)土壤含水量自動(dòng)澆水，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)、土壤蒸騰量調(diào)節(jié)灌溉制度；通過植物數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)后臺(tái)，提出病蟲害防治預(yù)案及科學(xué)養(yǎng)護(hù)建議。

 

第二層：智慧大腦

 

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)：將現(xiàn)代信息技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)與水廠深度融合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)智慧水廠從計(jì)劃、生產(chǎn)、管理、物料、倉儲(chǔ)、采購、維修等各個(gè)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)的集中采集、存儲(chǔ)和分析，進(jìn)而從大量數(shù)據(jù)中挖掘得到有價(jià)值的新信息，從而促進(jìn)水廠生產(chǎn)管理的創(chuàng)新、提升經(jīng)營水平和生產(chǎn)運(yùn)作效率，是實(shí)現(xiàn)智慧水廠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

 

智能視頻監(jiān)控平臺(tái)：采用圖像處理、模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，通過智能視頻分析模塊，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，自動(dòng)對(duì)視頻監(jiān)控畫面進(jìn)行快速高效的分析，判斷監(jiān)控畫面中的異常情況，并以最快和最佳的方式發(fā)出警報(bào)或觸發(fā)其它動(dòng)作，大幅提升傳統(tǒng)依賴人工檢查視頻畫面的效率和效果。

 

人工智能平臺(tái)：基于spark機(jī)器學(xué)習(xí)庫和tensorflow深度學(xué)習(xí)框架，建立高級(jí)智能算法，搭建水廠的知識(shí)圖譜和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，讓機(jī)器有能力“思考”，形成具有智慧決策能力的人工智能大腦。

 

第三層：智慧應(yīng)用

 

智慧安防：通過人臉識(shí)別、車輛識(shí)別管理、非法侵入位追蹤、無人機(jī)巡檢、ar眼鏡監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程在線設(shè)備故障診斷處置、重點(diǎn)區(qū)域闖入預(yù)警構(gòu)建水廠全面、立體的安保系統(tǒng)，通過云計(jì)算、無線覆蓋、移動(dòng)終端、人員識(shí)別、人員定位等技術(shù)手段，通過事先確定的路線和活動(dòng)范圍，規(guī)范人員的活動(dòng)，并提供照明、通風(fēng)空調(diào)以及說明、講解、應(yīng)急聯(lián)絡(luò)等服務(wù)，保證生產(chǎn)安全、人員安全。

 

智慧生產(chǎn)：通過對(duì)水廠生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、清洗、存儲(chǔ)、分析和輸出展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水廠數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中化的水廠運(yùn)行綜合管理，讓各級(jí)管理人員應(yīng)能通過系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、全面、直觀的了解和掌握生產(chǎn)狀況。

 

智慧運(yùn)營：通過建立水廠運(yùn)行關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)評(píng)估機(jī)制，從管理質(zhì)量、能耗分析、藥耗分析、設(shè)備運(yùn)行效率、環(huán)境效益、運(yùn)行工藝參數(shù)、績(jī)效考核等多個(gè)方面定期對(duì)自來水廠的運(yùn)行管理狀況進(jìn)行綜合評(píng)定。

 

智能運(yùn)維：基于水廠的產(chǎn)生運(yùn)維需求，定制個(gè)性化巡檢路徑，結(jié)合巡檢點(diǎn)、設(shè)備和傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控、機(jī)器人、ar，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)維巡檢。

 

設(shè)備資產(chǎn)管理：基于先進(jìn)的資產(chǎn)全生命周期管理理論，通過核心臺(tái)賬對(duì)企業(yè)中各類設(shè)備及資產(chǎn)的生命周期進(jìn)行一元化管理，并有機(jī)結(jié)合歷史管理、庫存管理、預(yù)算管理、統(tǒng)計(jì)分析、工作流等功能，提供完整的日常性設(shè)備/資產(chǎn)管理平臺(tái)，同時(shí)與iot及大數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行融合對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，按需維保，預(yù)防性維保等高級(jí)別應(yīng)用。

 

智能監(jiān)盤：基于水廠智能化建模手段，將運(yùn)行規(guī)程和安全規(guī)程知識(shí)化，利用智能知識(shí)庫協(xié)助監(jiān)盤人員對(duì)運(yùn)行中的各類參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)重要程度依次將異常預(yù)警信號(hào)呈現(xiàn)給監(jiān)盤人員。監(jiān)盤人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)視水廠各工藝流程、系統(tǒng)、設(shè)備的健康狀態(tài)，查看故障預(yù)警、設(shè)備健康狀態(tài)和故障報(bào)警信息。

 

智慧辦公：利用云計(jì)算技術(shù)對(duì)辦公業(yè)務(wù)所需的軟硬件設(shè)備進(jìn)行智能化管理，通過建立個(gè)人辦公、公共信息、行政事務(wù)、公文流轉(zhuǎn)、知識(shí)管理、幫助、系統(tǒng)管理等模塊，實(shí)現(xiàn)水廠人事管理、財(cái)務(wù)管理、資產(chǎn)管理、科研管理等信息化和自動(dòng)化。

 

智慧環(huán)境控制：根據(jù)不同設(shè)備、不同人員的不同需求，通過對(duì)水廠照明、通風(fēng)、空調(diào)等等制定精準(zhǔn)的控制策略，并與其他系統(tǒng)的配合，在滿足人員的舒適性、設(shè)備的安全性等前提下，達(dá)到節(jié)能、減排、減少污染的目的。

 

智慧養(yǎng)護(hù)：根據(jù)氣象信息、植物檔案信息，通過自動(dòng)澆灌系統(tǒng)、植物管理系統(tǒng)對(duì)水廠綠植實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆灌，并提供養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，適時(shí)安排施肥、修剪等養(yǎng)護(hù)工作。

 

智慧構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)：針對(duì)重要構(gòu)筑物，建立構(gòu)筑物健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)構(gòu)筑物應(yīng)力、變形、沉降等敏感參數(shù)，與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)評(píng)估構(gòu)筑物安全狀況。

 

數(shù)字孿生：通過bim、傳感器等技術(shù)，搭建一個(gè)高度鏡像化的數(shù)字水廠，通過物理信息系統(tǒng)(cyber-phyical system,cps)，實(shí)現(xiàn)物理水廠與數(shù)字水廠的交互與融合，從而實(shí)現(xiàn)水廠的透明化管理，全面提升管理效率。

 

總結(jié)

 

智慧水廠建設(shè)是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的工程，需要站在智慧城市的高度，自上而下做好頂層設(shè)計(jì)，再結(jié)合水廠的實(shí)際情況，分步完成各個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)，最終實(shí)現(xiàn)智慧水廠的目標(biāo)，而其成熟的標(biāo)志就是人工干預(yù)越來越少。

 

來源：中國水網(wǎng)

 

【第十一屆上海國際泵閥展】

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