一、什么是智慧水廠?

智慧水廠不等于全自動水廠、無人水廠，而是以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、BIM等新一代信息技術為手段，實現(xiàn)生產(chǎn)、運行、維護、調(diào)度和服務等全方位、全過程各環(huán)節(jié)高度信息互通、反應快捷、管理有序的高效節(jié)能、綠色環(huán)保、環(huán)境舒適水廠。

關鍵技術

智慧水廠的建設需要用到以下關鍵技術：

物聯(lián)網(wǎng)技術：實現(xiàn)水廠設備的互聯(lián)互通，實時感知、獲取水廠運行狀態(tài);

云計算技術：通過云計算提升整個水司及水廠的計算能力;

自動化技術：通過最新的自動化控制技術提升水廠的自動化程度;

大數(shù)據(jù)技術：實現(xiàn)海量生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)的采集匯聚和存儲分析;

人工智能技術：基于人工智能的機器學習能力，讓水廠學會思考，更加智慧;

CPS技術：通過信息物理技術，實現(xiàn)信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的高度集成;

BIM技術：通過建筑信息建模技術，實現(xiàn)水廠信息的高度數(shù)字化與可視化;

智慧水廠的總體框架參考如下：

感知層：基于物聯(lián)網(wǎng)技術感知、獲取水廠生產(chǎn)運行的實時狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如流量、液位、壓力、泵機狀態(tài)、水質(zhì)等;

自動化控制層：基于PLC控制單元，建立水廠的集散控制體系，實現(xiàn)水廠的自動化控制;

數(shù)據(jù)層：用于集中存儲水廠生產(chǎn)運行所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，包括工業(yè)實時數(shù)據(jù)、工業(yè)歷史數(shù)據(jù)、生產(chǎn)業(yè)務數(shù)據(jù)、BIM模型數(shù)據(jù)等;

水廠智慧大腦：是智慧水廠的核心，通過大數(shù)據(jù)分析技術、數(shù)據(jù)挖掘技術、BIM技術、CPS仿真技術、機器學習技術等，構建一個水廠智慧化運行的中樞神經(jīng)系統(tǒng);

智慧應用：用于水廠生產(chǎn)、管理、維護的智慧化人機交互應用。

二、智慧水廠的建設步驟

智慧水廠的建設可分為以下幾個步驟：

第一步：實現(xiàn)水廠的自動化，是實現(xiàn)智慧水廠的基礎，就好比人要先進化出手和腳，才能更好的勞作和行動;

第二步：建立水廠智慧大腦，是讓水廠智慧的關鍵，人類之所以比其它動物更加聰明，是因為我們有一個會思考的大腦;

第三步：建設水廠智慧應用，基于智慧大腦的輸出指令，讓水廠保持最佳的運行狀態(tài)。

三、如何構建水廠的智慧大腦?

水廠的智慧大腦主要由以下幾部分組成：

1、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺

基于九鼎瑞信自主研發(fā)的大數(shù)據(jù)平臺，建立基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，提供整個智慧水廠從計劃、生產(chǎn)、管理、物料、倉儲、采購、維修等各個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)進行集中采集、存儲和分析，其目標是從復雜的數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)新的模式與知識，挖掘得到有價值的新信息，從而促進水廠生產(chǎn)管理的創(chuàng)新、提升經(jīng)營水平和生產(chǎn)運作效率，是實現(xiàn)智慧水廠的基礎。

2、CPS平臺

CPS(Cyber-Physical Systems)是工業(yè)4.0的核心，是對傳統(tǒng)制造業(yè)的升級和再造。通過集成先進的感知、計算、通信、控制等信息技術和自動控制技術，構建了物理空間與信息空間中人、機、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協(xié)同的復雜系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運行的按需響應、快速迭代、動態(tài)優(yōu)化。

3、人工智能平臺

基于九鼎瑞信，建立水廠人工智能平臺，通過基于SPARK機器學習庫和TensorFlow深度學習框架，建立高級智能算法，搭建水廠的知識圖譜和神經(jīng)網(wǎng)絡結構，讓機器有能力“自己思考”，形成具有智慧決策能力的人工智能大腦。

4、可視化展示平臺

利用BIM(Building Information Modeling，即建筑信息模型)技術，結合九鼎瑞信，將水廠內(nèi)部的構筑物、機電設備、水處理設備、通風設備、門禁、照明、視頻監(jiān)控等設備信息整合到平臺上，借助三維模型瀏覽實現(xiàn)水廠工藝的可視化展示，創(chuàng)造更多有價值的用戶體驗。同時，通過與自控系統(tǒng)等進行緊密的配合，保障水廠安全、高效、可靠地生產(chǎn)。

四、水廠的智慧應用示例

1、基于CPS的智慧生產(chǎn)系統(tǒng)

借助于CPS(信息物理系統(tǒng))的高仿真模型和精確控制體系，結合大數(shù)據(jù)的仿真優(yōu)化，完善水廠生產(chǎn)自動化，建立智慧生產(chǎn)系統(tǒng)，盡可能減少現(xiàn)場人工干預，實現(xiàn)水廠生產(chǎn)的自協(xié)調(diào)、自學習，從而全面提升整個生產(chǎn)過程的智慧化程度，做到自動、高效、低耗的生產(chǎn)控制。

2、智慧生產(chǎn)管理系統(tǒng)

利用視頻識別、機器人等新一代IT技術，建立生產(chǎn)巡檢系統(tǒng)、水質(zhì)分析系統(tǒng)、應急處理系統(tǒng)等，監(jiān)視整個生產(chǎn)過程，及時發(fā)現(xiàn)并處置計劃外事件，達到全廠保質(zhì)、保量、安全生產(chǎn)的目標。

3、智慧倉儲系統(tǒng)

基于RFID技術的智慧倉儲管理系統(tǒng)，是基于當下領先的信息技術與倉儲業(yè)務相結合，從技術維度是一套集成系統(tǒng)，是互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡延伸與應用擴展，是對新一代信息技術的高度集成和綜合運用，涉及到：云計算、數(shù)據(jù)庫技術、數(shù)據(jù)采集、移動互聯(lián)網(wǎng)、中間件等，在業(yè)務層體現(xiàn)效率與準確，應用層更體現(xiàn)交互與體驗，實現(xiàn)全局化、可視化、協(xié)同化的管理與洞察，作用于工作流程和庫存控制，實現(xiàn)預期的精益化倉儲管理。

4、智慧設備管理系統(tǒng)

通過物聯(lián)網(wǎng)技術采集設備運行的基礎數(shù)據(jù)，建立機械、電氣、儀表、自控、試驗等設備檔案管理系統(tǒng)、產(chǎn)品追溯系統(tǒng)和在線監(jiān)測系統(tǒng)，并建立AI模型自動制定設備預見性維護、檢修計劃，實現(xiàn)設備的智慧化管理。

智慧化設備管理使得水廠可以把設備的一切機械和電氣部分的意外損壞降低到最小程度，并確保把檢修過的部件保持在可以接受的狀態(tài)。這種檢修能夠充分利用部件的工作壽命，實現(xiàn)最大程度的節(jié)約。