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1、項(xiàng)目背景介紹

焦作市博愛縣第二污水處理廠始建于 2019 年，位于河南省焦作市博愛縣開源大道與博廣路交叉口，總占地 4.5 萬 m2，設(shè)計(jì)處理規(guī)模近期 2 萬噸/天，遠(yuǎn)期 3 萬噸/天。目前日處理能力在 1 萬噸以下，主要收集博愛縣主城區(qū)西部及南部新擴(kuò)展區(qū)的生活污水。采用成熟、穩(wěn)定、可靠的 A2O 工藝和深度處理工藝，實(shí)現(xiàn)生活污水的無害化處理和達(dá)標(biāo)排放。本項(xiàng)目分兩期建設(shè)，近期設(shè)計(jì)規(guī)模為 2 萬噸/天，遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)規(guī)模為 6 萬噸/天。目前正采用我公司“數(shù)字化污水廠”建設(shè)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過數(shù)字化污水廠建設(shè)方案，可以實(shí)現(xiàn)污水廠的數(shù)字化雙胞胎運(yùn)營及全生命周期管理，實(shí)現(xiàn)污水廠的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、節(jié)能降耗、高效互動(dòng)運(yùn)行。該方案可全面提升污水廠管理水平。

2、項(xiàng)目目標(biāo)與原則

基于行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和污水處理廠轉(zhuǎn)型需求，中原環(huán)保股份有限公司和河南智慧水務(wù)股份有限公司達(dá)成智慧水務(wù)戰(zhàn)略合作，引入西門子數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)先進(jìn)的數(shù)字化軟硬件體系，率先建立了國內(nèi)基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的第一座智慧污水廠—焦作市博愛縣第二污水處理廠，以最終目標(biāo)“提質(zhì)增效、節(jié)能降耗”為方向，以數(shù)字化引領(lǐng)智慧化，以技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)成果落地，三方聯(lián)合共同打造水處理行業(yè)標(biāo)桿，建成國內(nèi)第一座智慧污水廠標(biāo)桿項(xiàng)目，從一體化設(shè)計(jì)施工到一體化運(yùn)行維護(hù)的全生命周期管理、軟硬件高度統(tǒng)一的完善的智慧污水廠。

3、項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用情況

（1）項(xiàng)目規(guī)劃：

COMOS（西門子一體化設(shè)計(jì)一體化運(yùn)維軟件）平臺(tái)為工廠相關(guān)人員提供了一個(gè)高效的相互協(xié)作的工作環(huán)境，工廠設(shè)計(jì)的 P&ID  圖、電氣圖、工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，工程項(xiàng)目信息、工廠運(yùn)維信息、工廠資產(chǎn)信息等都能保存在單一的數(shù)據(jù)庫中，不同部門的用戶被賦予不同的權(quán)限，以便在登錄 COMOS  后能以既定的權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)的工作，并且不同的數(shù)據(jù)能以不同顏色標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)不同部門之間便捷、高效的合作；COMOS   采用的單一數(shù)據(jù)庫技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、 工作層技術(shù)、知識(shí)庫技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了與多種設(shè)計(jì)軟件的集成，如二維或三維 CAD軟件、SAP  和 MS Office 軟件等，以共享方式管理工廠的所有資源信息。

在 COMOS 中，可以進(jìn)行工廠設(shè)計(jì)，定義自己的工廠結(jié)構(gòu)，文檔報(bào)表模板，用戶權(quán)限，以及工廠自己的管理工作流，文檔審批流程，工廠規(guī)則等，因此，通過簡(jiǎn)單的配制和客戶化工作，就能使 COMOS 成為企業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)沉淀的平臺(tái)，從而真正達(dá)到企業(yè)工廠管理的信息化，標(biāo)準(zhǔn)化，智能化。實(shí)現(xiàn)工廠從設(shè)計(jì)到運(yùn)維的所有參與人員，所有的設(shè)計(jì)工作流、運(yùn)維工作流，所涉及到的數(shù)據(jù)、文檔、圖紙、信息等均能以企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、流程，在一個(gè)通用獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行管理，這對(duì)于工廠管理的質(zhì)量，效率等都帶來了極大的益處。

（2）實(shí)施與應(yīng)用情況：

① 數(shù)字化水務(wù)設(shè)備：該污水廠的主體工藝段 A2O 反應(yīng)池全部采用數(shù)字化設(shè)備，包括智能電機(jī)控制柜（iMCC）、高級(jí)自動(dòng)化控制柜（PLC）、智能按鈕箱、智能閥門和智能儀表，采用 PROFINET  通訊總線控制方式，代替?zhèn)鹘y(tǒng)大量硬接線，只用一根通訊電纜就能將所有控制設(shè)備連接起來，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集和傳輸。同時(shí)配備雙冗余設(shè)計(jì)，提高自控系統(tǒng)安全性。該方式設(shè)計(jì)、施工簡(jiǎn)單，節(jié)省電纜成本和安裝費(fèi)用，采集信息更全面，集多種控制、保護(hù)、監(jiān)控、診斷功能于一體，繼而實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷、智能維護(hù)等功能。在不增加建設(shè)成本的基礎(chǔ)上，提高了工程質(zhì)量，縮短了建設(shè)周期，并對(duì)污水廠的后期維護(hù)起到降低難度、節(jié)省費(fèi)用的效果。

②  全生命周期管理：面向污水廠 A2O 段和鼓風(fēng)機(jī)房的所有設(shè)備，從一體化設(shè)計(jì)到一體化運(yùn)維進(jìn)行全生命周期管理，所有設(shè)備及其屬性構(gòu)成了統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，工程師可以使用一致的數(shù)據(jù)，在同一數(shù)據(jù)庫下完成設(shè)計(jì)和運(yùn)維工作。

③ 數(shù)字化雙胞胎：面向博愛污水廠全廠建立三維可視化模型，還原污水廠現(xiàn)場(chǎng)。結(jié)合全生命周期設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)，可以將設(shè)備在污水廠環(huán)境下的 3D 視圖與圖紙、說明書等 2D 信息關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)二維設(shè)計(jì)與三維展示的數(shù)據(jù)交互。運(yùn)維人員可以在 3D 視圖中快速查看設(shè)備位置，直接訪問設(shè)備特性、維護(hù)歷史記錄、文檔等信息，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的真實(shí)狀態(tài)，輔助決策。同時(shí)接收自控系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和故障信號(hào)，方便人員查看和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。借助模型定制巡檢、維護(hù)、事故等沉浸式培訓(xùn)場(chǎng)景，減少傳統(tǒng)實(shí)地培訓(xùn)量和培訓(xùn)費(fèi)用，提高污水廠培訓(xùn)效率和人員培訓(xùn)效果。

④ 智能化仿真建模：仿真模型是對(duì)系統(tǒng)或過程的生物、化學(xué)、物理等過程的數(shù)學(xué)描述，利用成熟的反應(yīng)機(jī)理數(shù)學(xué)模型，結(jié)合實(shí)時(shí)獲得的運(yùn)行參數(shù)，通過計(jì)算機(jī)仿真建立污水處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)水質(zhì)預(yù)測(cè)、水量預(yù)測(cè)、生化分析、運(yùn)行調(diào)整等功能。通過控制仿真模型，可以測(cè)試控制程序，提早檢測(cè)錯(cuò)誤，降低現(xiàn)場(chǎng)試車的風(fēng)險(xiǎn)和成本；通過工藝仿真模型，可以預(yù)測(cè)進(jìn)出水變化，優(yōu)化污水廠工藝、控制等方案，改善運(yùn)行策略，減少能源消耗，提高污水廠的精細(xì)化管理水平。

⑤ 智慧水務(wù)綜合管控平臺(tái)：采用 B/S 架構(gòu)，以污水廠三維可視化模型為基礎(chǔ)，結(jié)合真實(shí)感強(qiáng)烈的視圖和快速導(dǎo)航功能，可以將設(shè)備的 3D 模型與圖紙、列表等 2D 信息、自控系統(tǒng)采集的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)都關(guān)聯(lián)起來，輔助運(yùn)維人員直接訪問或更新設(shè)備特性、維護(hù)歷史記錄、文檔等內(nèi)容，模擬運(yùn)行、巡查、維護(hù)等場(chǎng)景，減少大量的外操巡檢工作，降低人工強(qiáng)度。同時(shí)集成遠(yuǎn)程控制、設(shè)備管理、人員培訓(xùn)、KPI  分析、能耗管理等功能，整體提高污水廠運(yùn)營透明化、管理精細(xì)化和工程一體化水平，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、精準(zhǔn)控制等方法，為全面實(shí)現(xiàn)污水廠的智慧化打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（3）項(xiàng)目創(chuàng)新性：

通過 COMOS  軟件系統(tǒng)的實(shí)施和部署，構(gòu)建焦作市博愛縣第二污水處理廠數(shù)字化項(xiàng)目設(shè)計(jì)和數(shù)字化工廠運(yùn)維管理平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上整合項(xiàng)目數(shù)字化設(shè)計(jì)、項(xiàng)目數(shù)字化交付、工廠設(shè)備運(yùn)維管理、工廠信息文檔及數(shù)據(jù)管理，構(gòu)建工廠全生命周期管理，消除工廠管理過程中的各個(gè)信息孤島，構(gòu)建工廠一體化管理，杜絕差錯(cuò)和失誤，提高工廠管理效率和質(zhì)量。

4、效益分析

（1）從根本上建成一個(gè)智慧 4.0 污水廠，基于數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)維等有效協(xié)同，靈活控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，優(yōu)化維護(hù)管理流程，提高響應(yīng)速度，提升水質(zhì)，節(jié)能減耗，高效管理，無人（少人）值守，實(shí)現(xiàn)可視化、數(shù)字化、智能化升級(jí)；

（2）為國內(nèi)污水處理廠的智慧化轉(zhuǎn)型提供新思路、新技術(shù)，以智慧水務(wù)建設(shè)為抓手促進(jìn)更多傳統(tǒng)行業(yè)的智慧建設(shè)，以提高河南省智慧化行業(yè)水平，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展；

（3）為引入、培養(yǎng)智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等領(lǐng)域的高精尖人才提供成長平臺(tái)，協(xié)同發(fā)揮高校、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等各方作用，激發(fā)人才創(chuàng)新能力，促進(jìn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的高質(zhì)量發(fā)展。