摘 要:分析表明,随着现代信息化技术的发展,基于国家和地方的政策规定,结合实例提出建设现代化控制的水厂实施方案.展望未来智慧水厂建设的发展趋势.
关键词:控制技术; 智能水厂; 自动化;
作者简介: 王永德,中国市政工程西南设计研究总院有限公司,研究方向:市政与建筑电气.;
Abstract:The analysis shows that with the development of modern information technology,based on national and local policies and regulations,this paper puts forward the implementation plan of building modern control water plant with examples.It looks forward to the future development trend of intelligent water plant construction.
Keyword:control technology; intelligent water plant; automation;
0 引言
目前水处理行业基础设施不规范 、信息化滞后和过度依赖人工等问题日益凸显,智慧化程度低正制约着水厂管理及发展进程.为满足建设现代化智慧水厂的要求,业内从处理工艺优化分析、构筑物单体集约化布置、分布式光伏发电等新能源开发利用、景观生态设计与海绵城市建设理念相结合等各方面都进行了延伸思考,本文主要从智慧水厂自动化配置角度对同类水厂设计和实施进行探讨.
1 智慧水厂的基本要求
智慧水厂管理平台建设是构建基于少人甚至是无人值守方案,不仅涉及软硬件设备的升级,更关系到水处理生产运营管理、行政管理、维护巡检管理、调度管理、信息化管理等各个方面."自动化 信息化 智能化",它是一个需要长期又持续投入过程,因此系统的建设应需遵循统一规划、分步实施,中央系统宜采用模块组合升级方式,各功能模块可组合、可分期、可扩展,近期可优先满足现有运营管理的迫切需求,远期通过扩展系统功能模块,逐步实现系统平滑扩容[1,2,3].
2 智慧水厂的设计案例
根据智慧水厂架构,本次结合设计案例对智慧水厂过渡期自动化设计做简要介绍.本次案例为宜宾市菜坝水厂,受业主委托设计,建设目标为现代化智慧水厂.水厂一期设计规模为20万吨/天,其水处理工艺:絮凝沉淀 过滤 消毒工艺;泥处理工艺:机械浓缩 离心脱水.
设计总体思路是将厂区生产过程监控自动化PLC系统、设备运营管理巡检系统、视频安防监控、门禁等安全保障系统、智能配电系统、信息发布系统和网络安全系统、安全保障等模块统一纳入水厂的智慧水厂管理平台.利用定制平台监控软件及APP终端,通过加密专网实时监控厂内各系统数据.先行实施厂内中央控制室及手机终端,整合与上级集团管理平台接口.
管理平台内系统管理平台提供主流的工业标准接口保证与其他智能化系统进行通讯,并能实现系统间的集成、联动.主要的子系统模块介绍如下.
(1)生产过程监控系统作为水厂传统控制系统,对生产设备数据实时采集、实时决策、实时控制,使整个系统按照预定的工艺流程进行控制与调节.对水厂主流程和辅流程的工艺电气设备进行自动监控,将设备和系统状态参数、控制参数和调度信息均汇集到中央控制室和中央数据库,支持远程浏览.厂内共设置4个控制主站,在沉淀池、加药间等车间设置就地控制单元.PLC主站均采用硬件冗余架构,通过双CPU冗余、热插拔的IO模块、容错服务器及环网型高速网络,极大提高了系统的稳定性和可靠性,保证水厂的运行、生产和监控.
(2)设备管理分析系统.作为智慧化系统的关键信息模块,对比传统的人工巡检维护录入等大量的工作,本次引入信息化设备管理分析系统,大大提升了反应的速度和维护的效率.对进厂设备进行入库标记,日常巡检采用二维码/NFC方式对设备的状态进行点检、巡视、登记;对工艺安全、设备安全、水质安全建立报警界限,监测到数据超出界限范围,则发送实时报警信号;通过平台端设置服务器及数据库软件,根据生产设备的维护要求,建立设备从入库、维护、保养数据库;建立化验室仪器设备明细账目管理、文档管理质量管理体系、化验人员业务能力考核与评价管理、化验数据分析提供化验室数据计算和分析过程的自动化手段,结合生产自控系统运行数据,指导设备维护保养工作,生成工单,记录设备的状态、维护流程和结果.
(3)网络安全系统.随着系统信息化集成,传统物理隔离的水务行业工控系统必然面临着网络安全威胁.本次在系统内设置相应的信息安全硬件、终端防护软件、管理平台等信息安全设备,防护水厂PLC、SCADA、关键信息设备的安全,以对整个系统网络、网络设备、网络安全进行配置、监视和管理.能够有效识别出系统中存在的病毒危害、非法操作、异常事件和外部攻击等威胁,并通过边界隔离、内部监测审计和主机防护等产品,满足国家工业信息安全等级保护三级要求.
(4)智能配电系统.配电系统作为水厂的供电保障,对水厂的生产运营起到重要的作用.本工程高压配电系统采用单母线分段接线,母联备自投.不同于传统的开关设备,在电气智能化发展的前沿,ABB、施耐德、西门子等设备厂商已相继提出推出一系列的智能解决方案.在本次水厂项目中,10kV开关柜设置电动手车、电动地刀、触臂无线测温、机械特性、高压综保、智能仪表和电力智能后台;低压系统采用单母线分段接线,进线母联采用允许电动操作.低压进线及母联采用框架断路器开关,配套电动操作机构,可通过干接点和仪表通信,在授权的前提下具备远程遥控闭合、断开断路器的功能.此外,可通过传感器、信息化模型反馈各断路器健康状态,自诊断等.
(5)安全保障及后勤保障系统.本次安全保障系统包含安防、视频监控、门禁系统及火灾探测等,对水厂安全生产起到至关重要作用,是保证水厂设备的运行安全的必要措施.其他后勤保障,如:厂区景观照明和自动喷灌分经纬度时间和信号接入厂区控制室,统一进行管理调度.系统间门禁报警、周界报警、设备管理系统报警、火灾探测器报警,通过各系统间联络进行软件弹窗,视频追踪,警铃报警的方式通知门卫及控制室管理人员.
(6)该水厂自动化系统已完成初步验收,平台后续功能的完善在运营期内逐步进行优化和扩展.
3 智能化水厂未来的发展趋势展望
5G、云计算、大数据、物联网、人工智能,作为当下最新前沿的科技,展望未来,智慧水厂向智能化更高阶段发展,势必发挥重要的作用.
(1)人工智能及大数据技术.
目前自动化水厂能做到依据PLC设定的目标程序自动运行,只需要简单的巡检和值班人员即可实现基本的运营需求.今后,人工智能技术基于神经网络、模糊算法、语音识别、情景识别等与其他相关科学成果相结合,能使决策阶段更主动地对各种请求或命令做出反应.
在设备管理、生产运营层级,水厂运营的智能化决策阶段可通过大数据分析开发出与项目实际条件和工况相适应的管理模型和机理模型,建立有别于目前的专家系统,可进行不断的自我优化学习,按照不同的运营思维做出最全面、最优化的决策,帮助水厂运营管理人员解决实际问题.
(2)BIM及AR技术.
BIM技术广泛应用于工程建设的全生命周期,即规划,设计,施工,运维的数字化管理;AR为增强虚拟现实应用.在今后智慧水厂中,利用BIM技术AR技术与基础设施、工艺设备,电气设备,仪器仪表等设备管理系统进行融合,可以通过三维模型进行实地、远程查询、报警;根据提供的一部分信息反向定位三维模型,从而查找更多的相关信息.比如通过提供的设备号,我们可以快速定位该设备的AR空间位置,并即时切换视角.
(3)5G技术.
随着5G技术的发展及普及,依托于机器视觉、人工智能、视频识别、云存储等技术,使得机器、设备具备更加智能化的功能.智能巡检机器人可替代传统人工巡检,进行重要或高危设备、恶劣环境下的不间断巡视与检查,如水下设施、变配电房、管廊等场所.依托5G及AI技术,可以从网络云超高清、高帧率摄像中提取图像、声音、文本等海量的数据并进行智能分析,如人脸识别、车辆识别、设备识别;通过与其他安防系统、设备系统进行联动控制,达到提前预警的目的.
4 结语
本文根据建设智慧水厂的必要性,从自动化、信息化到智能化,总结探讨目前智慧水厂设计及实施的基本路线及展望,对同类智慧水厂新建及改扩建设计提供思路.
参考文献
[1] 傅晓冬,朱涛,孔华明.设备点巡检管理系统在某水厂的应用[J].中国给水排水,2018,34(18):100-104.
[2] 陆继诚.从"自动化"到"智慧化"--智慧水厂建设的新思路[J].给水排水,2017,53(11):1-3.
[3] 宋梅梅.浅谈水厂从自动化迈向智慧化新思路[J].智慧工厂,2019(08):54-56.