給力——邊緣控制系統(tǒng)助力智能水務(wù)實(shí)現(xiàn)

　　【儀表網(wǎng) 儀表產(chǎn)業(yè)】導(dǎo)讀：利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)實(shí)現(xiàn)水和污水處理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的工程，也是實(shí)現(xiàn)“智能水務(wù)(Smart Water)”的一個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程。
 

　　什么是“智能水務(wù)”？就是利用IIoT架構(gòu)和設(shè)備控制并監(jiān)測(cè)水處理和給水的基礎(chǔ)設(shè)施。這種控制系統(tǒng)的原理是通過使用邊緣控制器、先進(jìn)的儀器儀表從而具有更好地監(jiān)測(cè)、控制和預(yù)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施的能力。
 

　　大多數(shù)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施只使用前兩個(gè)步驟，這意味著他們只能在監(jiān)測(cè)和診斷階段受益。如果您能夠突破到下一個(gè)階段，就會(huì)得到更好的結(jié)果。新系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到這個(gè)轉(zhuǎn)型的過程，工廠的控制理念需要包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的規(guī)定、支持IIoT的能力，以及使用邊緣控制器與數(shù)據(jù)云進(jìn)行通信。廠長(zhǎng)必須有明確定義的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI)，如減少水損失、優(yōu)化能耗，并承諾從按天排定或按小時(shí)排定維護(hù)計(jì)劃轉(zhuǎn)向基于按狀態(tài)的維護(hù)計(jì)劃。
 

　　實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的基本步驟包括：
 

　　●  確定要監(jiān)測(cè)的輸入/輸出(I/O)點(diǎn)；
 

　　●  確定或安裝監(jiān)測(cè)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)的儀表(最好是智能的)；
 

　　●  納入適合連接這些數(shù)據(jù)點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行處理或?qū)⑵鋫魉偷礁呒?jí)別的系統(tǒng)；
 

　　●  將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)記錄為有時(shí)間戳的歷史數(shù)據(jù)值以便于將它們用于分析。
 

　　在進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)，從現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化投資中獲得最大收益，是現(xiàn)有公用事業(yè)部門應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)的其中一個(gè)目標(biāo)。在這個(gè)過程中，公用事業(yè)部門的經(jīng)營(yíng)者們，請(qǐng)考慮以下幾個(gè)問題：
 

　　1.這個(gè)新的基礎(chǔ)設(shè)施是否是面向未來的？
 

　　任何新建系統(tǒng)的安裝或現(xiàn)有系統(tǒng)的擴(kuò)建都必須納入“智能水務(wù)”的概念，因?yàn)檫@些基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目是長(zhǎng)周期的，需要高額的資本支出，而且不能搭建在20世紀(jì)中期的過時(shí)架構(gòu)中。
 

　　2.在競(jìng)爭(zhēng)激烈、資本支出縮減的世界中新的基礎(chǔ)設(shè)施是否有競(jìng)爭(zhēng)力？
 

　　減少運(yùn)營(yíng)和維護(hù)費(fèi)用是公用事業(yè)部門競(jìng)爭(zhēng)的有利條件。使用邊緣控制器提高數(shù)字化程度可以大大降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，從而省下更多資金用于擴(kuò)建和新建基礎(chǔ)設(shè)施。
 

　　3.新的基礎(chǔ)設(shè)施能否通過手持設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制？
 

　　在后疫情時(shí)代，人們更看重遠(yuǎn)程查看和監(jiān)測(cè)水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施等關(guān)鍵過程的能力。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)就必須在控制系統(tǒng)中納入IIoT解決方案。
 

　　4.控制系統(tǒng)是否具有網(wǎng)絡(luò)安全性？
 

　　隨著黑客針對(duì)電力和水務(wù)等公共事業(yè)部門的攻擊不斷增加，公共事業(yè)部門必須認(rèn)識(shí)到，一定要使用像艾默生RX3i CPL410(已通過阿基里斯2級(jí)認(rèn)證)這樣的網(wǎng)絡(luò)安全控制器。它不僅提供加密的固件更新，還能防止未經(jīng)授權(quán)的固件和配置更新，并防止“中間人”和“拒絕服務(wù)”等網(wǎng)絡(luò)攻擊。
 

　　5.目前的勞動(dòng)力狀況如何？
 

　　勞動(dòng)力狀況對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型之旅的成功與否關(guān)系重大。正在被新一代操作員和工程師逐漸取代的老齡化勞動(dòng)力需要接受未來技術(shù)的培訓(xùn)。此外，以往的經(jīng)驗(yàn)可能有助于增強(qiáng)他們的能力。過時(shí)的控制系統(tǒng)不僅對(duì)他們沒有吸引力，而且還可能妨礙他們的工作。此外，高管(CXO級(jí)別的員工)必須接受培訓(xùn)，以明確界定需要監(jiān)測(cè)和加強(qiáng)的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)；否則，在沒有及時(shí)投資的情況下，確實(shí)有可能過早地產(chǎn)生不現(xiàn)實(shí)的期望。
 

　　當(dāng)今社會(huì)，所有行業(yè)都在經(jīng)歷某種形式的數(shù)字化轉(zhuǎn)型；傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué)的融合正在為新的解決方案鋪平道路。隨著這三方面技術(shù)轉(zhuǎn)型的發(fā)展，新的應(yīng)用變得可能。
 

　　部署技術(shù)能力的關(guān)鍵在于業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型：驅(qū)動(dòng)過程的可靠性，成品的質(zhì)量，超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的競(jìng)爭(zhēng)力，以及事半功倍的能力。
 

　　在水務(wù)行業(yè)，成品是飲用水或處理后的污水。公用事業(yè)部門需要實(shí)現(xiàn)降低成本、增加過程可靠性以及合規(guī)等目標(biāo)的方法。這種匯集在一起的需求為水務(wù)行業(yè)帶來了新的可能性，因?yàn)樵诓煌牡貐^(qū)，提供更好的水處理的挑戰(zhàn)越來越大。從中央監(jiān)測(cè)，到數(shù)字雙胞胎，再到數(shù)據(jù)分析，正在實(shí)施新的解決方案以提高處理效率并實(shí)現(xiàn)更好的預(yù)測(cè)分析。所有這些概念都被封裝在業(yè)界所謂的“智能水務(wù)”中。
 

　　另外，水處理項(xiàng)目是長(zhǎng)周期項(xiàng)目，并且這樣的基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)持續(xù)使用很長(zhǎng)時(shí)間。與石油天然氣和電力行業(yè)相比，該行業(yè)傳統(tǒng)上投資更少，這意味著水處理行業(yè)很多基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)20多年沒有升級(jí)了。
 

　　但是，時(shí)代變了。老化的基礎(chǔ)設(shè)施正在被改造，人們問的第一個(gè)問題是：“它看起來會(huì)和原來一樣嗎？當(dāng)花費(fèi)巨額資本支出升級(jí)改造后有哪些先進(jìn)技術(shù)能被利用從而獲得最大回報(bào)？”
 

　　這就是采用邊緣控制器解決方案的“智能水務(wù)”架構(gòu)的由來。在新建項(xiàng)目(尤其是智慧城市的項(xiàng)目)中，水處理項(xiàng)目的規(guī)范已經(jīng)發(fā)展到包括增強(qiáng)的數(shù)字化。然而，在整個(gè)周期中實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化還需要做更多的工作。
 

　　根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)的市政給水設(shè)施的規(guī)模不同，技術(shù)選擇可能也會(huì)有所不同。中小型設(shè)施可能采用可編程邏輯控制器(PLC)和SCADA架構(gòu)，如艾默生的PACSystem PLC，而大城市的大型公用事業(yè)部門可能采用分布式控制系統(tǒng)(DCS)，如艾默生的Ovation自動(dòng)化系統(tǒng)。
 

　　然而，納入邊緣控制器架構(gòu)的理念是獨(dú)立于現(xiàn)有的控制基礎(chǔ)架構(gòu)的。邊緣控制器可以很容易地?cái)U(kuò)展控制理念并改變現(xiàn)有的操作。
 

　　邊緣自動(dòng)化是在云邊緣運(yùn)行過程的理念。這個(gè)想法是為了讓傳統(tǒng)的過程控制能夠與外部算法和命令進(jìn)行互操作，同時(shí)關(guān)注核心過程自動(dòng)化。例如，提高工廠產(chǎn)量的策略可能運(yùn)行在邊緣控制器上，甚至運(yùn)行在云上。必要時(shí)，它可以調(diào)整輸入?yún)?shù)或過程的設(shè)定值，以達(dá)到期望的結(jié)果。
 

　　邊緣控制器還可以跨過程或地理位置將數(shù)據(jù)上傳到云端。也可以在單個(gè)位置依次查看和分析這些數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行比較分析并獲得洞察力。例如，用戶可以跨不同過程或地理位置比較同一制造商的100臺(tái)電機(jī)的能源使用數(shù)據(jù)，以比較能耗數(shù)據(jù)并在故障發(fā)生前識(shí)別故障。