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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
中国水工业网2017-09-20 16:14:10 中国水网
【中国水工业网】

  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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