水务数字化的机遇与挑战

数字化推进水处理技术领域革新

作者:Hans-Jürgen Bittermann 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:26 发布时间:2018-09-12
2018年5月14~18日,慕尼黑IFAT国际环保展览会上展示了数字化转型为智能化的水处理和废水处理奠定了坚实的基础。未来水资源处理的工作流程将变得更加精简、高效和透明,在水处理领域,有些数字化技术已经在实践中得到了应用,有些正在测试,有些还处于理论研究阶段。
水务数字化的机遇与挑战

水资源经济中的数字化情况怎么样?“虽然水泵的网络化控制已经有了长足的进步,但利用传感器技术,大范围的水处理设备联网控制还有巨大的发展潜力可以挖掘,例如利用传感器对工作状况进行分析等。水资源经济中的设备通信技术,例如水井、水厂和自来水网之间的设备通信技术不仅能够保障给水供水的可靠性,而且还能够提高资源和能源利用率。” 德国水资源合作组织(GWP)负责企业和研究网络的Julia Braune女士说道。
德国水资源合作组织GWP的Water 4.0工作组积极地开展着数字化方面的研究工作。得出的第一个结论就是:与数字化有关的工艺过程和系统的改造、新建,包括企业员工和合作伙伴对数字化新的商业运作模式的理解,以及利用已有的数字化技术突破以前传统的经营战略都需要一段时间,但好在现在已经有一些很好的成功案例了。

数字化为水资源经济带来了更多的自由度
数字化为水资源经济带来了更多的自由度

汉堡水厂就在全厂范围内建立了企业级水资源管理4.0项目,这一项目的重点是工作流程和设备运行中的技术创新。寻找新的、基于IIoT工业物联网或者物理网络系统的解决方案,旨在提高工作流程的效率。目前许多还没有形成标准的技术解决方案有着巨大的发展潜力,尤其是它们的速度。在水资源管理4.0项目中,开发自己的技术方案不是重点,而寻找那些已经在实践中应用的成熟方案才是项目的重点。这里不仅需要数据与IT系统的技术链接,更重要的是所有来自不同学科、专业领域和企业相关人员组成的网络。

Wupperverband公司在数字化技术方面投入了很大的精力。“行政管理和水资源经济管理中的数字化技术为我们开辟了许多新的领域,另一方面也给我们带来了许多新的挑战。工作流支持的组织过程的进一步发展,以及我们智能化的现代化系统网络是水资源管理4.0征途中的关键基础设施,例如水坝和污水净化处理厂等,这就使得企业的工作方式将不断地发生变化。”公司信息技术主管Christian Cichowski先生说道。

为了进一步优化污水净化设备的联网,Wupperverband公司尝试与Schwelm公司合作,将不同污水管网中的储水池、储水区的控制与污水净化设备的控制紧密联系起来。这样,通过下水道网络就能够缓解污水处理厂的负荷冲击,提高污水净化能力。

“水资源管理领域中所有设备之间更好的通信联系不仅可以优化给水供水的安全可靠性,而且也可以优化能源和资源的利用效率。” ——Sascha Matern博士,RLS Wacon公司负责人
“水资源管理领域中所有设备之间更好的通信联系不仅可以优化给水供水的安全可靠性,而且也可以优化能源和资源的利用效率。”
——Sascha Matern博士,RLS Wacon公司负责人

“在技术改造和优化项目中,最大的挑战是新旧设备能否结合成为可以满足未来要求的灵活系统。未来的污水净化处理厂不仅要能处理废水,而且还要能够生产能源。因此就要不断地适应外部影响的不断变化。”Wupperverband公司的项目经理Miriam Hachenberg女士说道。

智能化链接数据

西门子公司坚信,不同来源数据的智能化链接,例如来自传感器、水表或者天气数据,提供了在工业、农业或者市政部门中更加高效的利用水资源、促进可持续性发展的全新可能性。而实现这一切的前提条件是设备工程,即从设备安装调试到使用运行、维护保养直至基于数据平台的连续性优化。为此,西门子公司开发了一套水资源管理系统Siwa——供输水管道、自来水网、污水网管理使用的模块化解决方案。根据具体的使用要求,不同的软件模块可以提供不同的技术支持,包括过程优化、检测、泄露点定位和管道系统的动态模拟。这一软件系统的优点是:不仅能够提高给水供水的可靠性,还能降低能源消耗,从而降低运营成本。

云端在线分析

生产检测设备、传感器和水质分析仪器的RLS Wacon公司为其Sycon 2602和2608型设备提供了云连接的可能性。云连接的优点是,除了能够快捷地使用检测到的数据之外,系统还可以提高利用率、节约成本、无需任何工具就能够完成仪器设备检测腔的维护保养,这使得这些分析仪能够在工业化应用中使用。设备本身能够对自己的工作状况进行监测,同时也能够将再生循环和水质的当前数据与历史数据进行对比,除此以外还能够将水位和维护信息发送到云端。

虽然可以利用在线分析仪读取云中的数据,但所有的重要功能和设置只能在现场操作中完成,因此应用程序的安全性需要优先考虑。如果与互联网的连接失败,则联级的在线分析仪仍然可以继续工作,在重新建立连接之后会传送缺少的数据和信息。

“凭借这一解决方案,RLS Wacon公司已经做好了迎接水资源管理领域数字化下一步调整的准备。检测分析仪的云连接奠定了预防性维护保养的坚实基础,通过对现有检测数据的分析,并将其与其他相关数据建立关联,客户就可以在Wasser 4.0的意义上进行水质分析,制定自己的水资源管理战略,使水处理过程更加安全、可靠,成本费用也将更低。” RLS Wacon企业负责人Sascha Matern博士说道。

在Aqua Automation联合项目的框架内,Endress+Hauser、Danfoss、Videc和Phoenix Contact公司共同开发了适合于在水资源管理领域中使用的解决方案,将检测、驱动、调节和控制技术直至系统监控和数据采集功能集成到了一起
在Aqua Automation联合项目的框架内,Endress+Hauser、Danfoss、Videc和Phoenix Contact公司共同开发了适合于在水资源管理领域中使用的解决方案,将检测、驱动、调节和控制技术直至系统监控和数据采集功能集成到了一起

原则上来讲,数据分析是数字化转型的一个核心话题。Recogizer公司是一家专注于使用预测分析技术的公司,能源企业MVV公司参股Recogizer公司25.1%的股份,并希望将来能在能源效率领域中使用人工智能技术,并能够将能效领域中的人工智能技术也集成到商业客户的产品和服务中去。在不断深化的数字化背景下,MVV公司销售总监Ralf Klöpfer先生坚信,创新性的能效解决方案有着巨大的市场潜力。“Recogizer公司的智能化解决方案使我们完善了以用户为主导的产品。在能源管理中,分散式配置方式和数字化是紧密相连、不可分割的。” Klöpfer先生表示。

智能泵站监测系统

水资源领域中的数字化也是水泵生产厂家必须关注的一个关键问题。在给水供水和废水净化处理中有着许许多多的应用。

最近,美国密歇根州的一家给水供水和废水净化处理厂对其泵站进行了技术升级,在Xylem公司研发生产的Flygt Concertor系列水泵中使用了智能化泵站控制系统。这一系统能够实时地按照需求调整泵站的供水能力,且无需维护,并明显地减少了库存中的备用泵数量。

为了解决水处理和化学品分销领域中客户遇到的容器与计量泵的连接出现混淆的问题,Grundfos公司开发了适合于化工领域使用的水处理应用软件。这一应用软件保证了只有事先通过云技术确认的容器才能与计量泵相互连接起来。

KSB公司也看到了3D打印增材制造中的战略机遇。KSB公司管理总经理Stephan Timmermann先生表示,在3D打印的增材制造领域中,KSB公司是全球范围内技术的领导者。在公司Pegnitz市的生产厂中已经安装了3台激光熔化设备。该新装备在原型机开发方面有着很大优势,在配件供应方面也有着非常重要的意义。与传统的配件生产制造方法比较,3D打印技术可以节约30%的成本费用,以及大约40%的时间。这对客户来说非常重要,因为他们不能为一个配件等上数月,这也是大型网络和污水泵应用关注的重点问题。

聚焦IT安全

今天的水资源经济领域已经离不开IT技术,但IT技术也有一定的风险。一旦出现故障,整个给水供水、废水处理系统都会瘫痪。因此有效地保护好IT系统,避免其出现故障以及打击网络犯罪至关重要。

Xylem公司为Flygt Concertor系列水泵开发了智能化的水泵控制系统,可以识别水泵使用环境的条件,实时地根据给水供水需要调节水泵的功率,并向泵站操作者反馈实时信息
Xylem公司为Flygt Concertor系列水泵开发了智能化的水泵控制系统,可以识别水泵使用环境的条件,实时地根据给水供水需要调节水泵的功率,并向泵站操作者反馈实时信息

Aqua-IT-Lab水务公用事业IT安全实验室的合作项目旨在开发适用于中小型水资源企业适用的全新解决方案。现有水资源管理系统的安全性应在系统用户的努力下完善,为了使小型水资源管理企业也能够做到这一点,需要开发出一款快速测试的应用软件。对于中型水处理企业,要在企业的实验室中建立一个有典型的计算机和控制系统组成的测试环境。计算机中的仿真模拟软件应能够在不中断水处理设备的情况下可靠地完成IT系统的安全测试,根据测试结论应能从节约资源和整体性角度出发采取一系列改善IT安全性的措施。

结语

数字化转型所带来的进步不可估量,数字化转型能够明显提高水资源企业的生产能力、产品质量,具有非常明显的经济优势。但很高的透明度也是易受外部影响的一个关键因素,企业需要面对网络攻击带来的风险。