昊沧梁军：水工业的数字化之路

在2018（第十届）水业热点论坛上，梁军结合自身工作经验，从智慧水务的定义、智慧水务实现途径等角度谈起，详细阐述昊沧水工业的数字化之路。

来源：中国水网   整理：程云

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8月23日，走过10个年头的2018（第十届）水业热点论坛盛大开幕，上海昊沧系统控制技术有限责任公司智慧工业事业部负责人梁军受邀参加。会上，梁军结合自身工作经验，从智慧水务的定义、智慧水务实现途径等角度谈起，详细阐述昊沧水工业的数字化之路。

上海昊沧系统控制技术有限责任公司智慧工业事业部负责人  梁军

一开场，梁军谈到：对于智慧的理解，我比较认同一个观点，智慧就是用最简单的方式解决问题，让我们的工作变得非常简单。那么智慧水务到底怎么实现？怎么做呢？是不是将所有的智慧软件全部买下来，将其叠加安装到厂里面，那么这个厂就是智慧工厂吗？值得思考。

智慧水务实现“四部曲”

第一步，数字化的感知：通过传感器、仪器仪表、智能设备、监控系统等，对人、物、生产和工作过程，形成充分的数字化描述。过去数字化的描述，更多是针对指标，其实这个感知，在互联网时代将会放大，它需要对人、对事物以及对我们生产过程都需要进行数字化的描述。

第二步，智能分析：数字化并不是让我们只是单纯积累数据，而是要将数据资产利用起来，要对设备和生产过程建立面向对象的数字化模型，也是所谓的算法，通过模型化计算，实现对生产过程的预测预判，对已发生的生产过程和事件，进行复现和数字化分析。

第三步、寻优决策：在数字化分析的基础上，通过寻优算法，提供辅助决策，让我们的决策变得更优，而不是依靠人为主观的管理能力和经验。

第四步、高效执行。无论是污水处理工艺的提标改造，还是智慧水务、海绵城市的智慧项目建设，最终均要通过系统高效执行。通过数字化的感知、面向对象的分析、寻优决策以及最后的高效执行，从而实现智慧水务整个闭环系统。

智慧污水处理厂七个关键指标

“回归到智慧污水厂系统，我们如何运用各种智慧化设备及数字化的技术，让我们污水处理系统变得简单聪明，整体实现智慧呢？”梁军抛砖引玉地问道，在这里，我先谈智慧污水处理厂具备的七个关键指标：

（1）系统程控率：全厂所有的设备控制指令中，由程序自动发出的指令比例，表征一个自动化系统中非人为干预或主动控制的频率；

（2）闭环连续运转率：智慧水厂系统正常生产运行后，单个闭环控制系统能够长时间不间断运行的能力指数；

（3）控制品质达标率：智慧水厂系统正常生产运行后，在闭环控制条件下，衡量其是否达到控制、工艺要求的能力；

（4）控制逻辑冗余率：智慧水厂关键工艺的控制逻辑的冗余备用率、关键控制算法的冗余备用率；

（5）关键设备冗余率：智慧水厂关键的生产设备、PLC、通讯设备等的冗余备用率；

（6）信息系统高可用性：信息系统的某个服务节点（如数据库、WBE服务）出现故障后，仍能保证系统正常运行的能力指数；

（7）系统运行安全性：智慧水厂系统在运行过程中，能够抵御外部非法入侵、网络攻击、数据窃取等行为的能力指数。

常规过程控制 VS高级控制APC系统

对于智慧污水处理厂，提高每个控制回路的可靠性和工艺精细化控制至关重要，梁军谈到昊沧“畅销”的两大控制系统——常规过程控制CPC和高级控制APC系统，他谈到，高级控制和常规过程控制区别在于，常规控制系统只是做到了对数字化的感知，而高级控制系统高于数字化感知层面，达到智能分析甚至寻优决策。

举个通俗易懂的例子，比如昊沧明星产品“精确曝气流量系统”，常规过程控制只是负责对曝气系统进行控制，但是该曝多少气，指令哪里来？只能靠操作工艺人员的经验技能感知，若外部条件发生变化，工艺人员必须要重新设置参数。而高级过程控制APC系统，不需要工艺操作人员凭着经验设置参数，而是通过模型计算，自动感知现场条件变化，下达密令或者指令实现自动决策。

据了解，高级控制APC系统，它是一个无人或少人值守高级控制平台，是一套建立在PLC自控系统之上，基于计算机编程高级语言开发，采用对象化、模块化、平台化的设计方法，能够处理复杂数学算法和控制逻辑的组态式开发平台，为实现水厂全自动、高可靠、智能化运行提供坚强技术支撑。

用户通过在控制平台上新建工程项目，定义采集变量、按需选取功能运算块(FB)或定义程序脚本(Script)，配置各项运行参数等一系列工程建模过程，实现水厂的逻辑冗余控制、工艺优化控制、控制回路监视、自控性能分析、数据趋势分析和全厂闭环控制等功能。

高级控制平台总体框架

在梁军看来，将高级控制系统嫁接到污水处理厂，通过自动化的算法，对AVS精确曝气流量、氨氮、加药除磷，碳源的投加量、污泥龄优化等控制单元进行可靠性的控制，实现自动化的指令，不仅使污水处理厂管理变得简单轻松，而且还有效地改善出水的水质。

高级控制平台-全厂工艺模型优化

出水水质

污水厂工艺专家仿真预测系统（ProSee）

接着，梁军继续讲述昊沧污水厂仿真工艺“专家”ProSee系统，它是根据特定污水厂的工艺流程定制化建模，能根据不同的进水、运行条件等工况设置相应的运行方案，通过仿真获得污水厂在各种工况下的出水和能耗状况，能为污水厂的工艺优化、运行管理提供方案决策，实现出水达标和节能降耗。

其功能及应用：

（1）适用于多种活性污泥处理工艺及其改良工艺（A/0,A/A/O,SBR,氧化沟） 

（2）实现多种进水条件、运行工况下的模拟仿真

（3）提供从进水端到最终出水端的各种主要污染物指标、KPI指标和能耗状况的仿真结果，从全局层面了解污水厂的运行状况

（4）虚拟仪表和在线实时仿真

梁军解释称，ProSee系统简而言之，我们可以通过数字化的建模，对整个污水厂的控制过程进行预测预判，对于未来5分钟-2个小时的污水厂情况提前预判，通过这种预判，提前避免一些问题的出现。除此之外，ProSee系统还能对水厂能耗感知预测。

经过十三年间的努力，上海昊沧研发AVS 精确曝气流量控制系统、ProSee 污水厂运行专家智能决策系统、NOCS 氨氮优化与控制系统等一系列明星产品，已经成功运用于北京、上海、广州等全国很多省份污水处理厂，也为上海城投，北京排水集团、兴蓉集团等大型国有企业以及知名的全国性水务集团提供移动化、精细化、数字化的整体解决方案。

AVS精确曝气控制系统更是颇受业主认可，已经占据一半以上的市场份额，污水处理量超过500万吨/天。

城市排水系统

无独有偶，城市的排水系统也可以实现智慧化管理，从泵站的输水到管网容量再到污水的处理和排放，梁军将城市排水系统用“流量”一次词概括。

城市排水系统是一个涵盖管网、泵站、污水厂，地域分布广，多变量耦合的，雨水管理、污水处置、内涝防汛、优化节能的多目标控制系统。

然而目前城市排水系统现状并不乐观：（1）泵站流量不确定、难计量，难以实现流入/泵出平衡，污水溢流风险高；（2）泵站水位难以确定合理策略，兼顾污染溢流和无效能耗；（3）蓄洪、排水调度、定量管理能力不足（4）分散独立的简易水位控制方式，缺乏各级泵站、管网液位、深邃调蓄、污水厂负荷的全局调度协调性，应对涌流能力弱。

针对城市排水系统出现的问题，我们可以创建一张检测网络、一个应用平台，通过泵站流量测算和水利模型的调度，借助建模提前预测积水的位置、深度、时间、积水量、泵站的排放量，溢流点的位置，溢流量等，自动生成排水调度预案，从而实现从感知到分析再到辅助决策的整个排水系统能力。

监测网络

泵站流量测算

应用平台

水利模型调度

演讲最后，梁军从工作方式、工艺控制、运营成本、管理模式等四个方面，将传统污水处理厂和智慧污水厂做了对比，他提到，（1）传统污水厂的工作方式以会议、组织、协调电话、人工记录来工作，而智慧污水厂是以标准化的流程，移动化的作业、快速定位等来工作；（2）传统的污水厂，它需要在厂站配备多人，专岗专用，整体人工成本比较高，而数字化的污水厂采用了精细化的模型调解现场的容错和可靠性，使用少人的控制，让人工成本降低；（3）传统污水处理厂凭人员经验进行判断、准确性相对低、出水水质及指标不平稳，而智慧污水厂通过精细化调节控制，依托智能分析预测，准确性高、出水水质及指标稳定；（4）传统的污水厂管理模式是中控室值班的模式，24小时值班自下而上的汇报式管理，而智慧污水处理厂采用移动化办公，自上而下的决策管理。

至此，梁军发言完毕，而昊沧在探索智慧化路上一直在前行，并将探索的成果广泛运用于污水处理厂、城市给排水系统。

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编辑 | 李艳茹、李丹

统筹 | 谷林