■ 程 云
智慧就是用最簡(jiǎn)單的方式解決問題。智慧水務(wù)應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)?是不是將所有的智慧軟件全部買下來(lái),將其疊加安裝就實(shí)現(xiàn)了智慧水務(wù)呢?值得思考。
第一步,數(shù)字化的感知。通過傳感器、儀器儀表、智能設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)等,對(duì)人、物、生產(chǎn)和工作過程,形成充分的數(shù)字化描述。過去數(shù)字化的描述,更多的是針對(duì)指標(biāo),其實(shí),在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代將會(huì)放大感知,需要對(duì)人、對(duì)事物以及生產(chǎn)過程都進(jìn)行數(shù)字化的描述。
第二步,智能分析。數(shù)字化并不只是單純積累數(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)過程建立面向?qū)ο蟮臄?shù)字化模型,通過模型化計(jì)算,實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的預(yù)測(cè)預(yù)判,對(duì)已發(fā)生的生產(chǎn)過程和事件,進(jìn)行復(fù)現(xiàn)和數(shù)字化分析。
第三步,尋優(yōu)決策。在數(shù)字化分析的基礎(chǔ)上,通過尋優(yōu)算法,提供輔助決策,讓決策變得更優(yōu),而不是依靠人為主觀的管理能力和經(jīng)驗(yàn)。
第四步,高效執(zhí)行。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),最終均要通過系統(tǒng)高效執(zhí)行。通過數(shù)字化的感知、面向?qū)ο蟮姆治?、尋?yōu)決策以及最后的高效執(zhí)行,從而實(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)的閉環(huán)系統(tǒng)。
“回歸到智慧污水廠系統(tǒng),如何運(yùn)用各種智慧化設(shè)備及數(shù)字化的技術(shù),讓污水處理系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單聰明,整體實(shí)現(xiàn)智慧呢?”智慧污水處理廠具備的七個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)如下:
(1)系統(tǒng)程控率。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。
(2)閉環(huán)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)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)。
(3)控制品質(zhì)達(dá)標(biāo)率。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。
(4)控制邏輯冗余率。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。
(5)關(guān)鍵設(shè)備冗余率。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。
(6)信息系統(tǒng)高可用性。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)。
(7)系統(tǒng)運(yùn)行安全性。智慧水廠系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,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,上海昊滄智慧工業(yè)事業(yè)部(后文簡(jiǎn)稱昊滄)有兩大控制系統(tǒng)十分暢銷—常規(guī)過程控制CPC和高級(jí)控制APC系統(tǒng),高級(jí)控制和常規(guī)過程控制區(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,能實(shí)現(xiàn)智能分析甚至尋優(yōu)決策。
舉個(gè)通俗易懂的例子,比如昊滄的明星產(chǎn)品“精確曝氣流量系統(tǒng)”,常規(guī)過程控制只是負(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)行提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。
高級(jí)控制平臺(tái)總體框架
高級(jí)控制平臺(tái)—全廠工藝模型優(yōu)化
出水水質(zhì)
用戶通過在控制平臺(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。
將高級(jí)控制系統(tǒng)嫁接到污水處理廠,通過自動(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,還能有效地改善出水水質(zhì)。
昊滄污水廠仿真工藝“專家”ProSee系統(tǒng),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)用如下:
(1)適用于多種活性污泥處理工藝及其改良工藝(A/O、A/A/O、SBR、氧化溝)。
(2)實(shí)現(xiàn)多種進(jìn)水條件、運(yùn)行工況下的模擬仿真。
(3)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。
(4)虛擬儀表和在線實(shí)時(shí)仿真。
ProSee系統(tǒng)可以通過數(shù)字化的建模,對(duì)整個(gè)污水廠的控制過程進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)判,提前預(yù)判未來(lái)5分鐘~2個(gè)小時(shí)的污水廠情況,通過這種預(yù)判,提前避免一些問題的出現(xiàn)。除此之外,ProSee系統(tǒng)還能對(duì)水廠能耗感知預(yù)測(cè)。
AVS精確曝氣流量控制系統(tǒng)、ProSee污水廠運(yùn)行專家智能決策系統(tǒng)、NOCS氨氮優(yōu)化與控制系統(tǒng)等一系列昊滄的明星產(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。
監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)
泵站流量測(cè)算
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。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,集合雨水管理、污水處置、內(nèi)澇防汛、優(yōu)化節(jié)能多目標(biāo)的控制系統(tǒng)。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)構(gòu)建。
從工作方式、工藝控制、運(yùn)營(yíng)成本、管理模式四個(gè)方面,將傳統(tǒng)污水處理廠和智慧污水廠進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如下:(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)的污水廠需要在廠站配備多人,
應(yīng)用平臺(tái)
水利模型調(diào)度
然而,目前城市排水系統(tǒng)現(xiàn)狀并不樂觀:(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)的問題,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、泵站的排專崗專用,整體人工成本比較高;而數(shù)字化的污水廠采用了精細(xì)化模型調(diào)解現(xiàn)場(chǎng)的容錯(cuò)和可靠性,使用少人的控制,降低人工成本。(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,自上而下進(jìn)行決策管理。