數字水廠解決方案

一、邊云結合基于ECU和大數據平臺的數字水廠

1.數字水廠理念

①自動化 ②信息化 ③ 數字化

實時采集 預測性維護 統一數據平臺

遠程控制 環境管理 專家系統

預警報警 人員管理 BIM+GIS三維管控平臺

AR/APP輔助運維 云組態

二、全廠閉環聯動控制系統

-從PLC自動化到ECU邊緣計算

全廠閉環聯動及工藝優化智能控制

工藝控制顯示功能

工藝控制顯示功能主要是人機界面功能。在水廠中心控制室內的操作員計算機顯示器上動態顯示全廠各工藝流程、各工藝設備和高低壓配電設備的實時運行工況，各工藝和電氣等生產數據的顯示，使生產管理人員實時掌握全廠的生產運行情況，能從總圖到詳圖多層次監視。

人機界面總體結構為分層展開式，總圖用來顯示所有的工藝流程和主要裝置，通過光標，我們可以進入各個子系統的畫面。畫面分三種圖形來表達：結構示意圖、三維圖、過程圖表。本次工程全套計算機人機界面應用軟件須有三維畫面效果，并需經業主確認。

三、全廠工藝優化智能控制

-從經驗到專家系統控制

1.工藝優化智能控制系統

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

工藝優化智能控制系統是一套基于計算機高級語言開發，建立在PLC自控系統之上，能夠處理復雜算法和業務邏輯的智能化控制軟件平臺。它能夠為水廠提供較為全面的邏輯冗余控制策略、精細化的控制方案，為實現水廠全自動、高可靠、智能化運行提供技術支撐。

用戶通過在控制平臺上新建工程項目，定義采集變量、按需選取功能運算塊(FB，定義為一類在控制平臺中已經封裝好的具有輸入、算法處理和輸出三個部分的高級運算對象)，配置各項運行參數等一系列工程建模過程，實現水廠的邏輯冗余控制、工藝優化控制、控制回路監視、自控性能分析、數據趨勢分析和全廠閉環控制等功能。

2.污水處理工藝優化與高級控制軟件

采用污水處理工藝優化與高級控制軟件（以下簡稱：ProSee）針對全廠工藝運行進行建模和仿真，為污水廠的運行管理提供運行效果預測、方案決策支持、工藝優化等功能。通過對實際污水廠建模與仿真，一方面可為污水廠的運行管理提供運行效果預測、方案決策支持、工藝優化等服務；另一方面可對新/擴改建污水廠的工藝可行性進行驗證，提高改造方案的科學性。ProSee基于污水廠生物處理工藝流程建立數學模型，以運行報表記錄的進水歷史數據，或來自在線監測儀表的進水實時數據作為模型的輸入參數，對污水廠的各種運行狀況進行仿真、診斷，優化關鍵運行參數，滿足污水廠出水水質達標和節能降耗的要求。

3.碳源投加智能控制系統

外加碳源投加控制系統，將綜合考慮流入缺氧區的硝態氮的濃度、出水硝態氮的目標值、進水水質和水量等參數，利用模型實時計算出碳源的投加量。為了降低生化反應過程的非線性、大時滯對外加碳源投加控制系統控制性能的影響，引入了模型預測控制（Model Predictive Control，MPC）對外加碳源投加投加進行控制，提升了控制性能，實現外加碳源的精細化控制。

以Prosee污水處理工藝優化與高級控制系統為依托，外加碳源投加控制系統能夠實時計算外加碳源的投加量。Prosee污水處理工藝優化與高級控制系統以國際水協IWA的活性污泥系列模型ASMs為基礎，以污水廠進水的水質、水量作為輸入信號，對整個生物反應池的水力和活性污泥反應進行仿真（包括碳氧化、氨氮硝化、硝酸鹽反硝化、磷去除）。系統能根據進水流量和進水污染物濃度實時計算出溶解氧、氨氮、硝態氮、磷和MLSS等多項指標的濃度在生物池內的沿程分布，從時間和空間兩個維度追蹤上述重點指標的變化情況，從而為加藥控制系統提供準確的數據支撐。

四、設備PHM預測維護

-從人員巡檢到人工智能分析

PHM預測維護系統

故障預測與健康管理——PHM（Prognostics and Health Management）技術，是指利用*的傳感器技術，獲取設備運行狀態信息和故障信息，根據系統歷史數據，借助大數據和AI技術，對設備進行狀態監測、故障預測，同時對設備的健康狀態進行評估，給出維修建議，以實現輔助管理和改進設計的功能。

五、廠級IOT物聯網平臺

廠級工業IOT數據平臺

構建統一開放的IoT聯接管理平臺。IoT聯接管理平臺包括數據管理、設備管理和運營管理，實現統一安全的網絡接入、各種終端的靈活適配、海量數據的采集分析，從而實現新價值的創造。

IoT聯接管理平臺南向支持ECU控制器直接接入，還支持4G/5G網關進行互聯互通，簡化各類終端廠家的開發，屏蔽各種復雜設備接口，實現終端設備的快速接入；同時面向水務行業提供強大的開放能力，支撐行業伙伴快速實現各種物聯網業務應用，滿足各水務客戶的個性化業務需求接入無關（任意設備、任意網絡）。豐富的協議適配能力，支持海量多樣化終端設備接入，支持無線、有線等多種網絡連接方式，支持業界主流網關接入。網關簡化各類終端廠家的開發，屏蔽各種復雜設備接口，實現終端設備的快速接入。

IOT平臺北向支持云組態，也就是讓組態上云，和現場控制器解耦。簡化掉OPC轉換層，使系統響應時間提升到毫秒級、同時大幅提升系統穩定性。

廠級IOT平臺和集團大數據平臺通過VPN/SDN進行數據同步，支持上行、下行，權限管理。邊緣云和集團云相互配合，提供數字化基礎。

六、基于BIM三維可視化管理平臺

-從二維控制到三維全生命周期

七、總結

1.精細設備管理

資產、庫存一賬清，狀態、降耗實時通

2.人機協同，實時高效

移動終端工單聯動+多系統聯動，遠程指導

3.所見及所得

設計、施工全BIM支撐，高效可視管理

4.故障預知，故障維修

靈活感知，預警+智能診斷，維修

5.水質預測，工藝調優

仿真模擬，專家系統決策樹