數(shù)字水廠解決方案

一、邊云結(jié)合基于ECU和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)字水廠

1.數(shù)字水廠理念

①自動(dòng)化 ②信息化 ③ 數(shù)字化

實(shí)時(shí)采集 預(yù)測(cè)性維護(hù) 統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)

遠(yuǎn)程控制 環(huán)境管理 專家系統(tǒng)

預(yù)警報(bào)警 人員管理 BIM+GIS三維管控平臺(tái)

AR/APP輔助運(yùn)維 云組態(tài)

二、全廠閉環(huán)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

-從PLC自動(dòng)化到ECU邊緣計(jì)算

全廠閉環(huán)聯(lián)動(dòng)及工藝優(yōu)化智能控制

工藝控制顯示功能

工藝控制顯示功能主要是人機(jī)界面功能。在水廠中心控制室內(nèi)的操作員計(jì)算機(jī)顯示器上動(dòng)態(tài)顯示全廠各工藝流程、各工藝設(shè)備和高低壓配電設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況，各工藝和電氣等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的顯示，使生產(chǎn)管理人員實(shí)時(shí)掌握全廠的生產(chǎn)運(yùn)行情況，能從總圖到詳圖多層次監(jiān)視。

人機(jī)界面總體結(jié)構(gòu)為分層展開(kāi)式，總圖用來(lái)顯示所有的工藝流程和主要裝置，通過(guò)光標(biāo)，我們可以進(jìn)入各個(gè)子系統(tǒng)的畫(huà)面。畫(huà)面分三種圖形來(lái)表達(dá)：結(jié)構(gòu)示意圖、三維圖、過(guò)程圖表。本次工程全套計(jì)算機(jī)人機(jī)界面應(yīng)用軟件須有三維畫(huà)面效果，并需經(jīng)業(yè)主確認(rèn)。

三、全廠工藝優(yōu)化智能控制

-從經(jīng)驗(yàn)到專家系統(tǒng)控制

1.工藝優(yōu)化智能控制系統(tǒng)

工藝優(yōu)化智能控制系統(tǒng)主要包含：精確曝氣流量控制系統(tǒng)、污水處理工藝優(yōu)化與高級(jí)控制系統(tǒng)、碳源投加智能控制系統(tǒng)、加藥除磷優(yōu)化控制系統(tǒng)。

工藝優(yōu)化智能控制系統(tǒng)是一套基于計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，建立在PLC自控系統(tǒng)之上，能夠處理復(fù)雜算法和業(yè)務(wù)邏輯的智能化控制軟件平臺(tái)。它能夠?yàn)樗畯S提供較為全面的邏輯冗余控制策略、精細(xì)化的控制方案，為實(shí)現(xiàn)水廠全自動(dòng)、高可靠、智能化運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

用戶通過(guò)在控制平臺(tái)上新建工程項(xiàng)目，定義采集變量、按需選取功能運(yùn)算塊(FB，定義為一類在控制平臺(tái)中已經(jīng)封裝好的具有輸入、算法處理和輸出三個(gè)部分的高級(jí)運(yùn)算對(duì)象)，配置各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)等一系列工程建模過(guò)程，實(shí)現(xiàn)水廠的邏輯冗余控制、工藝優(yōu)化控制、控制回路監(jiān)視、自控性能分析、數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析和全廠閉環(huán)控制等功能。

2.污水處理工藝優(yōu)化與高級(jí)控制軟件

采用污水處理工藝優(yōu)化與高級(jí)控制軟件（以下簡(jiǎn)稱：ProSee）針對(duì)全廠工藝運(yùn)行進(jìn)行建模和仿真，為污水廠的運(yùn)行管理提供運(yùn)行效果預(yù)測(cè)、方案決策支持、工藝優(yōu)化等功能。通過(guò)對(duì)實(shí)際污水廠建模與仿真，一方面可為污水廠的運(yùn)行管理提供運(yùn)行效果預(yù)測(cè)、方案決策支持、工藝優(yōu)化等服務(wù)；另一方面可對(duì)新/擴(kuò)改建污水廠的工藝可行性進(jìn)行驗(yàn)證，提高改造方案的科學(xué)性。ProSee基于污水廠生物處理工藝流程建立數(shù)學(xué)模型，以運(yùn)行報(bào)表記錄的進(jìn)水歷史數(shù)據(jù)，或來(lái)自在線監(jiān)測(cè)儀表的進(jìn)水實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為模型的輸入?yún)?shù)，對(duì)污水廠的各種運(yùn)行狀況進(jìn)行仿真、診斷，優(yōu)化關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，滿足污水廠出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)和節(jié)能降耗的要求。

3.碳源投加智能控制系統(tǒng)

外加碳源投加控制系統(tǒng)，將綜合考慮流入缺氧區(qū)的硝態(tài)氮的濃度、出水硝態(tài)氮的目標(biāo)值、進(jìn)水水質(zhì)和水量等參數(shù)，利用模型實(shí)時(shí)計(jì)算出碳源的投加量。為了降低生化反應(yīng)過(guò)程的非線性、大時(shí)滯對(duì)外加碳源投加控制系統(tǒng)控制性能的影響，引入了模型預(yù)測(cè)控制（Model Predictive Control，MPC）對(duì)外加碳源投加投加進(jìn)行控制，提升了控制性能，實(shí)現(xiàn)外加碳源的精細(xì)化控制。

以Prosee污水處理工藝優(yōu)化與高級(jí)控制系統(tǒng)為依托，外加碳源投加控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算外加碳源的投加量。Prosee污水處理工藝優(yōu)化與高級(jí)控制系統(tǒng)以國(guó)際水協(xié)IWA的活性污泥系列模型ASMs為基礎(chǔ)，以污水廠進(jìn)水的水質(zhì)、水量作為輸入信號(hào)，對(duì)整個(gè)生物反應(yīng)池的水力和活性污泥反應(yīng)進(jìn)行仿真（包括碳氧化、氨氮硝化、硝酸鹽反硝化、磷去除）。系統(tǒng)能根據(jù)進(jìn)水流量和進(jìn)水污染物濃度實(shí)時(shí)計(jì)算出溶解氧、氨氮、硝態(tài)氮、磷和MLSS等多項(xiàng)指標(biāo)的濃度在生物池內(nèi)的沿程分布，從時(shí)間和空間兩個(gè)維度追蹤上述重點(diǎn)指標(biāo)的變化情況，從而為加藥控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

四、設(shè)備PHM預(yù)測(cè)維護(hù)

-從人員巡檢到人工智能分析

PHM預(yù)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)

故障預(yù)測(cè)與健康管理——PHM（Prognostics and Health Management）技術(shù)，是指利用*的傳感器技術(shù)，獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息和故障信息，根據(jù)系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)，借助大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，給出維修建議，以實(shí)現(xiàn)輔助管理和改進(jìn)設(shè)計(jì)的功能。

五、廠級(jí)IOT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

廠級(jí)工業(yè)IOT數(shù)據(jù)平臺(tái)

構(gòu)建統(tǒng)一開(kāi)放的IoT聯(lián)接管理平臺(tái)。IoT聯(lián)接管理平臺(tái)包括數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理和運(yùn)營(yíng)管理，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一安全的網(wǎng)絡(luò)接入、各種終端的靈活適配、海量數(shù)據(jù)的采集分析，從而實(shí)現(xiàn)新價(jià)值的創(chuàng)造。

IoT聯(lián)接管理平臺(tái)南向支持ECU控制器直接接入，還支持4G/5G網(wǎng)關(guān)進(jìn)行互聯(lián)互通，簡(jiǎn)化各類終端廠家的開(kāi)發(fā)，屏蔽各種復(fù)雜設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的快速接入；同時(shí)面向水務(wù)行業(yè)提供強(qiáng)大的開(kāi)放能力，支撐行業(yè)伙伴快速實(shí)現(xiàn)各種物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，滿足各水務(wù)客戶的個(gè)性化業(yè)務(wù)需求接入無(wú)關(guān)（任意設(shè)備、任意網(wǎng)絡(luò)）。豐富的協(xié)議適配能力，支持海量多樣化終端設(shè)備接入，支持無(wú)線、有線等多種網(wǎng)絡(luò)連接方式，支持業(yè)界主流網(wǎng)關(guān)接入。網(wǎng)關(guān)簡(jiǎn)化各類終端廠家的開(kāi)發(fā)，屏蔽各種復(fù)雜設(shè)備接口，實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的快速接入。

IOT平臺(tái)北向支持云組態(tài)，也就是讓組態(tài)上云，和現(xiàn)場(chǎng)控制器解耦。簡(jiǎn)化掉OPC轉(zhuǎn)換層，使系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間提升到毫秒級(jí)、同時(shí)大幅提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。

廠級(jí)IOT平臺(tái)和集團(tuán)大數(shù)據(jù)平臺(tái)通過(guò)VPN/SDN進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，支持上行、下行，權(quán)限管理。邊緣云和集團(tuán)云相互配合，提供數(shù)字化基礎(chǔ)。

六、基于BIM三維可視化管理平臺(tái)

-從二維控制到三維全生命周期

七、總結(jié)

1.精細(xì)設(shè)備管理

資產(chǎn)、庫(kù)存一賬清，狀態(tài)、降耗實(shí)時(shí)通

2.人機(jī)協(xié)同，實(shí)時(shí)高效

移動(dòng)終端工單聯(lián)動(dòng)+多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，遠(yuǎn)程指導(dǎo)

3.所見(jiàn)及所得

設(shè)計(jì)、施工全BIM支撐，高效可視管理

4.故障預(yù)知，故障維修

靈活感知，預(yù)警+智能診斷，維修

5.水質(zhì)預(yù)測(cè)，工藝調(diào)優(yōu)

仿真模擬，專家系統(tǒng)決策樹(shù)