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1、智慧水厂生产管理系统智慧水厂生产管理系统解决方案解决方案1建设背景2技术方案4建设成效5建设投入3功能模块建设背景智慧化管理宏观要求 2012年住房城乡建设部办公厅关于开展国家智慧城市试点工作的通知明确：“智慧城市是通过综合运用现代科学技术、整合信息资源、统筹业务应用系统，加强城市规划、建设和管理的新模式。为探索智慧城市建设、运行、管理、服务和发展的科学方式，决定开展国家智慧城市试点工作”。2014年八部委印发的关于促进智慧城市健康发展的指导意见指出：“智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式”。由此可见，智慧
2、城市的手段是新的技术，特别是信息技术，目的是提高规划、建设、管理和服务能力。为满足智慧城市的要求，作为城市重要基础设施，智慧水厂应该是以应用新一代信息技术为手段，生产、运行、维护、调度和服务等全方位、全过程各环节高度信息互通、反应快捷、管理有序的高效节能、绿色环保、环境舒适水厂。立足于“安全运行、节能降耗、保障水质、减员增效”的目标，实现水厂整体信息化和工业化的深度融合，搭建区域中心集中管理系统，合理人员配置，创新水厂运行、维护维修管理模式，使水厂的运营更加高效化、生产更加智能化、管理更加精细化、决策更加科学化、服务更加个性化，从而实现水厂可靠、高效的少人/无人值守安全运行。建设背景智慧水厂发
3、展概况智能水厂发展大体可分为三个阶段。l水务1.0阶段，以自动化控制为核心，着眼于工艺优化以及生产效率的提升；l水务2.0阶段，以企业信息化为核心，更多地在企业资源管理、移动应用、算法应用方面进行突破；l水务3.0阶段，则是大数据、人工智能、区块链的综合应用。目前，我国共有660多个城市，2500多个县城和30000多个行政建制镇，每个城镇基本上都拥有给水排水系统，但大部分水务公司处在信息化2.0阶段，处于向智慧水厂方向拓展的阶段。再加之现有的智慧水厂企业规模普遍偏小，缺乏标杆性企业，行业的市场集中度较低。发展阶段自动化（1.0）阶段信息化（2.0）阶段智慧化（3.0）阶段驱动力改革开放政策使
4、得自来水行业获得了发展资金。建设部制定“城市供水行业2000年技术进步发展规划”，推动行业技术进步。国家经济发展和技术进步要求。云计算、物联网、大数据、移动互联网等新一代信息技术快速发展并与水务行业融合。技术特征自动化控制系统：泵站、加药等无纸化办公：PC、Software等信息系统：OA、ERP、CRM等互联网络：广域网、城域网、互联网。数据资源：摒弃孤岛，集成共享。移动应用：移动抄表等。算法应用：管网建模、压力管理、智能投药、分区管理。云计算：海量储存与计算。物联网：全面感知与互联。大数据：数据挖掘与分析。人工智能：机器学习、语音识别、图像识别。区块链：分布储存。建设背景智慧水厂概念与特点
5、 为满足新一代现代化水厂的运营需求，实现水厂过程管理的精细化、智能化，提高处理工艺的稳定性和可靠性、降低能耗药耗、减少水厂人员配备。智慧水厂概括来说就是通过采用先进的管理思维和技术手段，提供一套应用于水厂的智能化控制、物联网接入采集、一体化中央监控、移动化管控平台、大数据分析和科学化决策于一体的自动化、智能化、智能化水厂整体解决方案，实现水厂的少人/无人化生产运营管理。比较项传统水厂智慧水厂巡检方式人工巡检、设备故障定位麻烦智能供配电管理系统、远程巡检、移动巡检、故障告警通知、快速定位工艺控制简单控制调节：凭人员经验进行判断、控制滞后、时效性低、准确性低、供水水质及指标不平稳精细化调节控制：依
6、托于高级控制逻辑智能分析判断，前馈控制、准确性高、供水水质及指标稳定经营成本厂站配备多人、专岗专用：为达到供水水质达标条件造成能耗、药耗成本偏高；厂站配备无人或少人，巡检维养队伍可多厂协调统一；精细化工艺控制，水质平稳、缩减能耗、药耗成本；管理模式厂站中控室24小时值班：设备信息、巡检、维养工单记录未形成系统性的管理体系；移动化办公：对全厂设备、各类数据信息进行综合管理，巡检维养记录可作为人员绩效考核指标；建设背景智慧水厂概念与特点 智慧水厂可以通过先进的技术手段给企业带来显而易见的收益，这些收益包括：企业生产运维成本的降低运维成本的降低，设备系统可靠性系统可靠性的提高的提高，节能降耗节能降耗
7、，降低水厂运营人工成本降低水厂运营人工成本，最重要的是智能水厂提高了企业管理层级和管理能力。概括的说，智能水厂有以下五个方面的主要特点：1.全面的信息感知：通过信息收集的全面性、信息处理的快速性，可以全面地把握水厂全局的信息状况。2.主动的服务体验：依靠先进的技术进行监测，及时发现问题，及时作出合理的方案，及时处理问题。3.多元化的设备控制：依靠物联网云技术，水厂由现场控制向物联化远程控制发展，可以分为就地控制体系、远程控制体系、中心远程移动化控制体系，实现工业过程控制的多远化。4.科学化的决策：基于数据云，依靠智能仿真、智能诊断、智能预报、智能调度、智能控制和智能服务于一体，对水厂运营做出科
8、学的决策。5.及时的应对策略：对突发的事件，基于智能化的监测、科学合理的决策，处理工作更加及时、可行。1建设背景2技术方案4建设成效5建设投入3功能模块建设方案总体设计设计思路（1）构建高可靠、自动化、智能化的水厂控制系统；实现高可靠、自动化、智能化控制系统运行是实现“少/无人值守”的基础。（2）构建基于工业物联网的统一设备接入与采集平台；通过物联网技术将厂站的仪表、设备进行按需入网，网络冗余设计保障现场设备在故障或恶劣环境下可靠稳定运行。（3）构建精细化、规范化、科学化巡检管理模式；建设规范、科学、有效的巡检机制，对巡检养护记录进行综合管理，能及时预防生产事故的发生，为自来水处理设施与设备的
9、养护和维修提供依据，并且人员工作成果将作为企业对人员绩效考核参考标准。（4）构建设备全生命周期运维体系；通过构建设备全生命周期运维体系，尤其对于区域式多厂设备的维修与养护管理业务，可以采用协调作业团队，统一调度，实现人力及物力的资源共享，使设备运维管理体系得到优化整合。建设方案总体设计总体架构设计感知层设备主要包括各水厂的在线仪器仪表、生产设备、控制系统等，是物联网技术构架的基础，感知层的建设是利用各厂控制系统，通过强大的数据协议转换功能，在不影响各水厂生产运行的前提下，进行多种通信接口、通信协议的转换，实现自动采集各种PLC和驱动器的生产运行数据，并建立与各类PLC、驱动器、马达控制器间的数
10、据通讯，最终形成完善的感知层体系。利用先进的5G网络技术、边缘云计算技术与互联网融合，建立网络层体系，兼容多种网络方案，保证数据传输的可靠性。基于物联网、云计算、大数据等核心技术，构建水厂生产管控一体化平台，建立平台支撑体系。实现对集团/厂的关键生产指标数据及设备运行参数的采集，实时传输到管理中心服务器，并对数据进行存储、维护、管理，且提供给各应用系统使用。平台层体系的建立，为运营管理工作提供了大量的各自来水厂、泵站的生产运行数据，通过深入挖掘各类数据间的关系，合理利用数据，建立基于物联网的水厂综合运营管理应用体系。总体设计网络架构智能工厂内的网络分为四类，分别是：办公网络、工控网络、巡检网络
11、和安防网络。（1）办公网络：用于办公用计算机的组网，连接财务部门、化验室、技术部门等。（2）工控网络：用于连结与生产过程相关的监控软件、PLC、生产设备、设备维护管理等智能工厂软件，支持智能工厂生产过程的运转。（3）安防网络：用于支撑数字化视频监控、电子围拦和门禁等安防系统的运行。（4）巡检网络：为支撑移动巡检工作的开展而设置。建设方案总体设计功能需求分析建设方案 （1）需要建立生产运行监控服务实现对水厂数据进行远程集中化的水厂运行综合管理。各级管理人员可通过系统能够及时、准确、全面、直观的了解和掌握生产状况。（2）需要提供一套科学的应急预案或专家知识库自动应对各种常见突发情况。比如当工艺出现
12、问题时，工艺人员第一时间可以根据知识库专家建议自动给出备选处理预案，采取科学的应对策略，将事故风险降到最低。（3）需要借助云计算与时空数据库的优势，对海量数据进行深度挖掘、数据分析，对基础数据进行二次加工。发挥数据背后价值。如KPI指标、设备故障诊断、预防性维护、决策支持等，提升企业科技实力。（4）需要一套设备全生命周期运维体系，实现经济生产工艺调整与持续监测、工单运维管理、安全生产隐患排查等需求。借助移动互联网使其具备实时可看、可查、可管的能力，制定、派发生产、巡检、安全等管控计划工单，并对工单的执行情况实时跟踪，提升生产经济运行管控水平，同时保障了生产安全。（5）需要结合全厂内人员组织结构
13、情况，建立一套科学、高效的办公流程方式，降低人员日常工作的劳动负荷同时，能够为各级领导提供更为科学有效的监管考核手段。比如值班、巡检、维养工作。总体设计性能需求分析指标类型指标名称取值范围时延性允许普通页面响应时间3秒允许实时查询业务数据处理响应时间5秒允许设备控制延时5秒系统容量网关允许最大测点接入数量（根据选购的网关型号而定）允许数据存储最大保存时间3年允许并发用户数量100允许在线用户数量1000可靠性后台服务软件MTBF360h嵌入式软件MTBF720h应用软件MTBF240h自控系统程控率60%自控系统闭环连续运转率65%自控系统控制品质达标率68%维护性后台服务软件MTTR2h嵌入
14、式软件MTTR1h应用软件MTTR0.5h建设方案总体设计接口需求分析建设方案1.ERP数据接口：水厂ERP主要功能包括设备资产管理、库存管理、和财务管理，实现了对水厂设备的台账管理及仓库出入库的管理。需要通过数据接口进行数据交换和共享，实现设备信息在ERP中录入，同步更新到水厂智能管控平台，避免数据重复录入。2.视频监控系统接口：能将生产区各个工艺段的视频图像系统接入到平台，用户通过web浏览器及手机APP能够随时随地观看设备及工艺情况。将视频监控与设备告警进行联动响应，当某设备出现故障时，中控室能够自动切换到当前故障设备视频图像，协助值班人员快速定位问题、解决问题。3.OA系统接口：将集团
15、OA系统和水厂智能管控平台融合，系统提供登录入口，实现单点登录。4.档案系统和报表系统接口：水厂档案系统和报表系统是自有系统，可以方便的提供接口数据和技术对接，与水厂智能管控平台对接后可实现数据的导入和导出。5.水力模型和调度系统接口：水力模型和调度系统一般是集团统一开发的系统，需要从水力模型和调度系统中调取集团相关的管网、泵站、阀门等数据。6.上级智慧水务系统接口：水厂智能管控平台作为集团智慧水务的一部分，需要预留相关数据接口，未来实现和集团智慧水务系统的数据对接。总体设计总体架构设计建设方案交互层：系统为用户提供多渠道的展现方式，可使用web网站、移动终端访问本系统等。应用层：提供用于用户
16、使用的系统服务单元，包括信息门户、设备管理、巡检管理、缺陷管理、维修管理、养护管理和基础管理等功能。平台层：主要实现各引擎服务之间的对象计算传递，以及统一的用户管理、权限管理、系统监控服务和一些平台基础模块，包括采集、计算、数据库、授权管理、服务管理等。数据层：主要实现水厂各子系统生产数据的采集、接入和处理，从网关或数据库接入数据并存储和处理，保持数据的稳定性和可靠性。基础设施层：为上层应用系统服务，提供系统平台运行的基础环境，保证系统能稳定、安全、高效的运行，主要包括网关系统、硬件基础设施（服务器、存储器、网络等）。1建设背景2技术方案4建设成效5建设投入3功能模块一、运行驾驶舱功能模块 运行驾驶舱为各级生产运营管理层人员提供统一的各功能模块管理入口，在驾驶舱页面上通过对全厂绩效及各项指标数据进行图形化显示图形化显示，为管理层对全厂运营绩效评估绩效评估、辅助决策辅助决策提供科学有效的数据依据。在运行驾驶舱首页显著位置设置生产运行重要事件提醒图标，显示当前水厂运行的事件统计总览，包括关注的KPI指标变化情况、实时运行告警情况，用户可以通过点击统计图标进行相关详细信息的查询。二、KPI统
