上海昊滄：水工業(yè)的數(shù)字化之路

8月23日，走過(guò)10個(gè)年頭的2018（第十屆）水業(yè)熱點(diǎn)論壇盛大開(kāi)幕，上海昊滄系統(tǒng)控制技術(shù)有限責(zé)任公司智慧工業(yè)事業(yè)部負(fù)責(zé)人梁軍受邀參加。會(huì)上，梁軍結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，從智慧水務(wù)的定義、智慧水務(wù)實(shí)現(xiàn)途徑等角度談起，詳細(xì)闡述昊滄水工業(yè)的數(shù)字化之路。

上海昊滄系統(tǒng)控制技術(shù)有限責(zé)任公司

智慧工業(yè)事業(yè)部負(fù)責(zé)人? 梁軍

一開(kāi)場(chǎng)，梁軍談到：對(duì)于智慧的理解，我比較認(rèn)同一個(gè)觀點(diǎn)，智慧就是用最簡(jiǎn)單的方式解決問(wèn)題，讓我們的工作變得非常簡(jiǎn)單。那么智慧水務(wù)到底怎么實(shí)現(xiàn)？怎么做呢？是不是將所有的智慧軟件全部買(mǎi)下來(lái)，將其疊加安裝到廠里面，那么這個(gè)廠就是智慧工廠嗎？值得思考。

通過(guò)傳感器、儀器儀表、智能設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)等，對(duì)人、物、生產(chǎn)和工作過(guò)程，形成充分的數(shù)字化描述。過(guò)去數(shù)字化的描述，更多是針對(duì)指標(biāo)，其實(shí)這個(gè)感知，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將會(huì)放大，它需要對(duì)人、對(duì)事物以及對(duì)我們生產(chǎn)過(guò)程都需要進(jìn)行數(shù)字化的描述。

數(shù)字化并不是讓我們只是單純積累數(shù)據(jù)，而是要將數(shù)據(jù)資產(chǎn)利用起來(lái)，要對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程建立面向?qū)ο蟮臄?shù)字化模型，也是所謂的算法，通過(guò)模型化計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的預(yù)測(cè)預(yù)判，對(duì)已發(fā)生的生產(chǎn)過(guò)程和事件，進(jìn)行復(fù)現(xiàn)和數(shù)字化分析。

在數(shù)字化分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)尋優(yōu)算法，提供輔助決策，讓我們的決策變得更優(yōu)，而不是依靠人為主觀的管理能力和經(jīng)驗(yàn)。

無(wú)論是污水處理工藝的提標(biāo)改造，還是智慧水務(wù)、海綿城市的智慧項(xiàng)目建設(shè)，最終均要通過(guò)系統(tǒng)高效執(zhí)行。通過(guò)數(shù)字化的感知、面向?qū)ο蟮姆治觥?yōu)決策以及最后的高效執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。

“回歸到智慧污水廠系統(tǒng)，我們?nèi)绾芜\(yùn)用各種智慧化設(shè)備及數(shù)字化的技術(shù)，讓我們污水處理系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單聰明，整體實(shí)現(xiàn)智慧呢？”梁軍拋磚引玉地問(wèn)道，在這里，我先談智慧污水處理廠具備的七個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：

全廠所有的設(shè)備控制指令中，由程序自動(dòng)發(fā)出的指令比例，表征一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中非人為干預(yù)或主動(dòng)控制的頻率；

智慧水廠系統(tǒng)正常生產(chǎn)運(yùn)行后，單個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行的能力指數(shù)；

智慧水廠系統(tǒng)正常生產(chǎn)運(yùn)行后，在閉環(huán)控制條件下，衡量其是否達(dá)到控制、工藝要求的能力；

智慧水廠關(guān)鍵工藝的控制邏輯的冗余備用率、關(guān)鍵控制算法的冗余備用率；

智慧水廠關(guān)鍵的生產(chǎn)設(shè)備、PLC、通訊設(shè)備等的冗余備用率；

信息系統(tǒng)的某個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)（如數(shù)據(jù)庫(kù)、WBE服務(wù)）出現(xiàn)故障后，仍能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的能力指數(shù)；

智慧水廠系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，能夠抵御外部非法入侵、網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)竊取等行為的能力指數(shù)。

對(duì)于智慧污水處理廠，提高每個(gè)控制回路的可靠性和工藝精細(xì)化控制至關(guān)重要，梁軍談到昊滄“暢銷(xiāo)”的兩大控制系統(tǒng)——常規(guī)過(guò)程控制CPC和高級(jí)控制APC系統(tǒng)，他談到，高級(jí)控制和常規(guī)過(guò)程控制區(qū)別在于，常規(guī)控制系統(tǒng)只是做到了對(duì)數(shù)字化的感知，而高級(jí)控制系統(tǒng)高于數(shù)字化感知層面，達(dá)到智能分析甚至尋優(yōu)決策。

舉個(gè)通俗易懂的例子，比如昊滄明星產(chǎn)品“精確曝氣流量系統(tǒng)”，常規(guī)過(guò)程控制只是負(fù)責(zé)對(duì)曝氣系統(tǒng)進(jìn)行控制，但是該曝多少氣，指令哪里來(lái)？只能靠操作工藝人員的經(jīng)驗(yàn)技能感知，若外部條件發(fā)生變化，工藝人員必須要重新設(shè)置參數(shù)。而高級(jí)過(guò)程控制APC系統(tǒng)，不需要工藝操作人員憑著經(jīng)驗(yàn)設(shè)置參數(shù)，而是通過(guò)模型計(jì)算，自動(dòng)感知現(xiàn)場(chǎng)條件變化，下達(dá)密令或者指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)決策。

據(jù)了解，高級(jí)控制APC系統(tǒng)，它是一個(gè)無(wú)人或少人值守高級(jí)控制平臺(tái)，是一套建立在PLC自控系統(tǒng)之上，基于計(jì)算機(jī)編程高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，采用對(duì)象化、模塊化、平臺(tái)化的設(shè)計(jì)方法，能夠處理復(fù)雜數(shù)學(xué)算法和控制邏輯的組態(tài)式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)水廠全自動(dòng)、高可靠、智能化運(yùn)行提供堅(jiān)強(qiáng)技術(shù)支撐。

用戶(hù)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)或定義程序腳本(Script)，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。

高級(jí)控制平臺(tái)總體框架

在梁軍看來(lái)，將高級(jí)控制系統(tǒng)嫁接到污水處理廠，通過(guò)自動(dòng)化的算法，對(duì)AVS精確曝氣流量、氨氮、加藥除磷，碳源的投加量、污泥齡優(yōu)化等控制單元進(jìn)行可靠性的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的指令，不僅使污水處理廠管理變得簡(jiǎn)單輕松，而且還有效地改善出水的水質(zhì)。

高級(jí)控制平臺(tái)-全廠工藝模型優(yōu)化

出水水質(zhì)

接著，梁軍繼續(xù)講述昊滄污水廠仿真工藝“專(zhuān)家”P(pán)roSee系統(tǒng)，它是根據(jù)特定污水廠的工藝流程定制化建模，能根據(jù)不同的進(jìn)水、運(yùn)行條件等工況設(shè)置相應(yīng)的運(yùn)行方案，通過(guò)仿真獲得污水廠在各種工況下的出水和能耗狀況，能為污水廠的工藝優(yōu)化、運(yùn)行管理提供方案決策，實(shí)現(xiàn)出水達(dá)標(biāo)和節(jié)能降耗。

其功能及應(yīng)用：

◆?適用于多種活性污泥處理工藝及其改良工藝（A/0,A/A/O,SBR,氧化溝）?

◆?實(shí)現(xiàn)多種進(jìn)水條件、運(yùn)行工況下的模擬仿真

◆?提供從進(jìn)水端到最終出水端的各種主要污染物指標(biāo)、KPI指標(biāo)和能耗狀況的仿真結(jié)果，從全局層面了解污水廠的運(yùn)行狀況

◆?虛擬儀表和在線實(shí)時(shí)仿真

梁軍解釋稱(chēng)，ProSee系統(tǒng)簡(jiǎn)而言之，我們可以通過(guò)數(shù)字化的建模，對(duì)整個(gè)污水廠的控制過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)判，對(duì)于未來(lái)5分鐘-2個(gè)小時(shí)的污水廠情況提前預(yù)判，通過(guò)這種預(yù)判，提前避免一些問(wèn)題的出現(xiàn)。除此之外，ProSee系統(tǒng)還能對(duì)水廠能耗感知預(yù)測(cè)。

經(jīng)過(guò)十三年間的努力，上海昊滄研發(fā)AVS 精確曝氣流量控制系統(tǒng)、ProSee 污水廠運(yùn)行專(zhuān)家智能決策系統(tǒng)、NOCS 氨氮優(yōu)化與控制系統(tǒng)等一系列明星產(chǎn)品，已經(jīng)成功運(yùn)用于北京、上海、廣州等全國(guó)很多省份污水處理廠，也為上海城投，北京排水集團(tuán)、興蓉集團(tuán)等大型國(guó)有企業(yè)以及知名的全國(guó)性水務(wù)集團(tuán)提供移動(dòng)化、精細(xì)化、數(shù)字化的整體解決方案。

AVS精確曝氣控制系統(tǒng)更是頗受業(yè)主認(rèn)可，已經(jīng)占據(jù)一半以上的市場(chǎng)份額，污水處理量超過(guò)500萬(wàn)噸/天。

無(wú)獨(dú)有偶，城市的排水系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)智慧化管理，從泵站的輸水到管網(wǎng)容量再到污水的處理和排放，梁軍將城市排水系統(tǒng)用“流量”一次詞概括。

城市排水系統(tǒng)是一個(gè)涵蓋管網(wǎng)、泵站、污水廠，地域分布廣，多變量耦合的，雨水管理、污水處置、內(nèi)澇防汛、優(yōu)化節(jié)能的多目標(biāo)控制系統(tǒng)。

然而目前城市排水系統(tǒng)現(xiàn)狀并不樂(lè)觀：（1）泵站流量不確定、難計(jì)量，難以實(shí)現(xiàn)流入/泵出平衡，污水溢流風(fēng)險(xiǎn)高；（2）泵站水位難以確定合理策略，兼顧污染溢流和無(wú)效能耗；（3）蓄洪、排水調(diào)度、定量管理能力不足（4）分散獨(dú)立的簡(jiǎn)易水位控制方式，缺乏各級(jí)泵站、管網(wǎng)液位、深邃調(diào)蓄、污水廠負(fù)荷的全局調(diào)度協(xié)調(diào)性，應(yīng)對(duì)涌流能力弱。

針對(duì)城市排水系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題，我們可以創(chuàng)建一張檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)應(yīng)用平臺(tái)，通過(guò)泵站流量測(cè)算和水利模型的調(diào)度，借助建模提前預(yù)測(cè)積水的位置、深度、時(shí)間、積水量、泵站的排放量，溢流點(diǎn)的位置，溢流量等，自動(dòng)生成排水調(diào)度預(yù)案，從而實(shí)現(xiàn)從感知到分析再到輔助決策的整個(gè)排水系統(tǒng)能力。

監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

應(yīng)用平臺(tái)

水利模型調(diào)度

演講最后，梁軍從工作方式、工藝控制、運(yùn)營(yíng)成本、管理模式等四個(gè)方面，將傳統(tǒng)污水處理廠和智慧污水廠做了對(duì)比，他提到，（1）傳統(tǒng)污水廠的工作方式以會(huì)議、組織、協(xié)調(diào)電話、人工記錄來(lái)工作，而智慧污水廠是以標(biāo)準(zhǔn)化的流程，移動(dòng)化的作業(yè)、快速定位等來(lái)工作；（2）傳統(tǒng)的污水廠，它需要在廠站配備多人，專(zhuān)崗專(zhuān)用，整體人工成本比較高，而數(shù)字化的污水廠采用了精細(xì)化的模型調(diào)解現(xiàn)場(chǎng)的容錯(cuò)和可靠性，使用少人的控制，讓人工成本降低；（3）傳統(tǒng)污水處理廠憑人員經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷、準(zhǔn)確性相對(duì)低、出水水質(zhì)及指標(biāo)不平穩(wěn)，而智慧污水廠通過(guò)精細(xì)化調(diào)節(jié)控制，依托智能分析預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確性高、出水水質(zhì)及指標(biāo)穩(wěn)定；（4）傳統(tǒng)的污水廠管理模式是中控室值班的模式，24小時(shí)值班自下而上的匯報(bào)式管理，而智慧污水處理廠采用移動(dòng)化辦公，自上而下的決策管理。

上海昊滄在探索智慧化路上一直在前行，并將探索的成果廣泛運(yùn)用于污水處理廠、城市給排水系統(tǒng)。

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