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(lái)備受關(guān)注,但是,關(guān)于智慧水廠,目前還沒(méi)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(guò)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(guò)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(yíng)。在美國(guó),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(wèn)題
發(fā)展現(xiàn)狀
經(jīng)過(guò)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(wú)人水廠。但不可否認(rèn),全自動(dòng)水廠/無(wú)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(guò)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(guó)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(guò)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(yíng),盡管后續(xù)還有待完善。
智慧水廠建設(shè)存在的問(wèn)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(yíng),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(guò)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(kāi)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(lái)看,通常都存在以下幾個(gè)問(wèn)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(kāi)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(méi)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(lái)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(méi)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(guò)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(yíng)。
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(kāi)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(guò)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(guò)管網(wǎng)輸送到水廠進(jìn)行加藥、混凝、沉淀、過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)植物數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)后臺(tái),提出病蟲(chóng)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(cāng)儲(chǔ)、采購(gòu)、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(yíng)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(jué)技術(shù),通過(guò)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(kù)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(guò)人臉識(shí)別、車輛識(shí)別管理、非法侵入位追蹤、無(wú)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(guò)云計(jì)算、無(wú)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(guò)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(shuō)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(guò)對(duì)水廠生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(yíng):通過(guò)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(lái)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(guò)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(kù)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(kù)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)越少。
文章來(lái)自:中國(guó)水網(wǎng)