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善用工业物联网技术 推进水 务与供热行业智慧转型
2017-09-20 16:14:10 中国水网
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  当前,工业物 联网已经成为了各行各业实现转型升级的新利器。在实际应用中,它不仅 能够为制造业解决效率和能效问题,也能为 一些关系到国计民生的基础设施产业带来智能化的变革。

  例如,在国内广泛推动“智慧城市”建设的今天,水务和 供热行业板块的智慧化升级也随之成为了必然的趋势,如何利 用工业物联网技术为这些行业实现转型呢?

  不难看到,当前众 多城市的水务和供热企业都处于求智、求变的阶段,这一需 求的背后有着非常强劲的驱动力。一方面,我国城 镇化的趋势使得城市水务、供热等 公共服务的需求规模不断扩大,居民对 这些公共服务品质的要求也在提升,无论是 传统的软硬件基础设施还是管理运营模式,在服务社会、保障需 求的职能上都已面临巨大的挑战。

  另一方面的挑战,则直接来源于水务、供热企业的经济效益。在传统模式下,一系列 管理因素和技术上的局限,使低效、滞后、浪费等现象在能源、资产及 人力等各个环节随处可见,严重影 响了企业的盈利能力等“硬指标”。只有进 行智慧化的转型,才能使更多的水务、供热企业摆脱瓶颈。

  “不通则痛”形成水 务供热粗放运营顽疾

  那么,具体到 水务和供热企业的行业实践,它们在 运营和技术等层面分别有哪些现实的痛点呢?

  在水务行业,企业运 营覆盖从水源地、取水泵站、水厂、管网、最终用户、污水管网、泵站到 污水厂等各个环节。在这样 的一个全生命周期当中,水务公 司面临着很多的挑战。对于企业而言,设备的老化、管理模式的粗放,使得企 业在很多情况下只能依靠人工经验来运营,缺乏很 标准的规则和规范。此外,受到自动化、信息化水平的局限,综合导 致整个企业的投资回报率停留在比较低的水平。而由于缺乏操作、运营经 验的衔接和传承,当有经 验的工作人员离职或退休之后,新员工 难以迅速掌握技能,马上解决遇到的问题。

  而对于供热行业,也有相仿的挑战。例如管 理模式粗放老旧,生产经 营的多系统切换、操作繁琐,水力和 热力的平衡失调,多热源联网复杂等。另一个 问题就是对于人工的过度依赖,由于对 热网的滞后性没有统一有效的策略,负荷预测全靠人工;换热站依靠人工值守,操作基本依靠人工,基本数 据还要靠人工搜集,根本难 以做到高效的反应、决策和优化。

  其实,贯穿这 些企业的最根本也是共性的“顽疾”,总结起来就是“不通则痛”。即由于数据、系统之间缺乏通透,使得控制、管理、运营等 从下到上的各个环节难以进行实时、精准的优化决策,最终只 能大量依靠人工的粗放管理和调节,“智慧”也就无从谈起了。

  创新物 联网架构成为行业智慧“利器”

  在这方面,当前基 于物联网技术的架构和工具,正在越 来越多地成为改善现状的利器。例如,施耐德 电气基于物联网的全新EcoStruxureTM架构,就可以 成为帮助企业打通数据和系统、实现IT和OT融合的利器。

  EcoStruxurePlant拥有互联互通的产品、边缘控制、应用/分析和服务三层架构,形成开放、互联互通、互操作性的生态体系,其本质 则是将数据转化为智能和决策。剖析EcoStruxure的三层架构,底层互 联互通的设备主要包括各类仪表、传感器、变频器 等智能元器件产品;边缘控制层则包括DCS分散控制、PLC过程控制、SIS安全控制等;最上层 主要是应用和分析的软件和工具,包括对能源的管理、整个生产的运行调度、辅助分析等,比如管网的优化、遥测、运行控制和管理系统,以及对 资产管理和设备运行状态的分析,这都是 企业的分析决策层能够用到的一些软件和解决方案。

  依托这套架构,企业可 以实现智能设备的技术连接,并进行实时、广泛的数据收集,将关键 数据从传感器传输到云端。之后,则是将 数据通过分析转化为有价值、有意义的分析结果,最终主导决策。依托这一过程,使得设备、人员、管理、运营中 每一个变化都得到及时传达和反馈,形成闭环。

  打通闭环,实现智 慧水务及供热应用落地

  那么,基于EcoStruxure这套物 联网技术架构的解决方案平台,具体是 如何在水务和供热行业应用的呢?

  EcoStruxure在智慧水务中的应用,首先体 现在水务智能调度和优化控制。从水的生产,再到水的供应,再到用 户端完全都在调度管理的范围之内,需要结合生产、能源消耗、水的漏损、水质、水力模 型的预测等一系列的举措,对整个 水的生命周期进行优化调度。

  同时,这一架 构实质上还成为了整个预防性运维系统的基础平台,生产数据可以通过CM(ConditionManager)组件将 实时数据传到资产管理中心,通过设 备模型来判断设备状况,实现前瞻性的维护。

  在水务 行业还有一个典型的问题就是供水漏损管理。在这方面,结合施耐德电气的GIS系统和在线水力模型,可以有 效保证整个系统建设的真实性。依托于对营业收费、客户服务、远程数据水表、SCADA实时数 据以及管网巡检系统等子系统的有机结合,能够帮 助企业更好地去做漏损管理,形成漏 损的大数据管理系统。

  而在供热行业,EcoStruxure同样可 以通过各层架构的有机融合,解决智慧供热的挑战。在底层,可以为 换热站提供包括压力传感器、变送器、人机接口、HMI、PLC、变频器等设备;在控制层,则通过VPN的网络 或者通过云端进行数据的采集和管理,向下通过SCADA系统实 时地跟各个换热站进行交互;向上则设立应用、分析及服务层,构成数 据转化为价值的最重要一层。

  在这一层,企业可以依托Termis和EMS等仿真 和决策工具实现负荷预测、多热源 的调度管理和能源的优化运行。以Termis生产调 度模拟系统为例,该系统 可以通过建立热网模型,实现整 体系统的可视化,实现温度优化、压力优化、多热源 生产计划优化等功能,是一个 全方位对热网的调度和管理的专家系统。同时,它也是 一个集成的系统,它将SCADA系统、能源管 理系统以及一些第三方的包括收费、客服系统集成在一起,用来解决水力问题、热力问题,以及整 个管网的调度和管理的问题。

  由于结 合了这样的利器,近年来 施耐德电气在国内成功实施多个智慧水务项目,包括浦 东某自来水公司综合调度中心的建设与改造,苏州某 工业园区从水源地到水厂,再到管 网和污水处理厂的全生命周期项目等。基于不同城市的现状,可以将漏损率提高5%到30%不等,通过整 个智慧水务系统平台的建设,其运营 效率则可以提高25%。而在供热行业,施耐德 电气也已先后在陕西、黑龙江、山东、北京等 省市参与实施多个集中供热项目,可谓硕果累累。

  值得一提的是,这一物 联网架构在近年来新兴的PPP模式中,也得到 了很好的落地应用,可谓为智慧水务、供热的 模式创新和探索提供了支撑。

  作为这 一领域的典型企业代表,东控智 慧城市运营科技有限公司的高级副总裁胡晓翔谈到:“在我们的PPP项目的 实施过程中会涉及到很多物联网以及业务管理类的系统建设,施耐德电气EcoStruxure架构在 智慧水务的解决方案层面提出了一个顶层设计的基础架构,包括数据层、技术层、业务架构等。我们觉得,在现在 这种情况下能够提出一个相对成熟、相对完整的体系架构,对后面 的工作会有很大的支撑和帮助。”

  作者:

  施耐德电气(中国)有限公 司全国销售部水行业/智慧城 市业务总监杨虎进

  施耐德电气(中国)有限公 司工业事业部过程自动化市场部经理孙赵林

  施耐德电气(中国)有限公 司全国销售部城市集中供热业务/水行业 解决方案销售经理马增良

  施耐德电气(中国)有限公 司全国销售部水行业解决方案架构师张建

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