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(shù)為手段，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)、調(diào)度和服務(wù)等全方位、全過程各環(huán)節(jié)高度信息互通、反應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)

智慧水廠的建設(shè)需要用到以下關(guān)鍵技術(shù)：

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：實(shí)現(xiàn)水廠設(shè)備的互聯(lián)互通，實(shí)時感知、獲取水廠運(yùn)行狀態(tài);

云計算技術(shù)：通過云計算提升整個水司及水廠的計算能力;

自動化技術(shù)：通過最新的自動化控制技術(shù)提升水廠的自動化程度;

大數(shù)據(jù)技術(shù)：實(shí)現(xiàn)海量生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集匯聚和存儲分析;

人工智能技術(shù)：基于人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)能力，讓水廠學(xué)會思考，更加智慧;

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

BIM技術(shù)：通過建筑信息建模技術(shù)，實(shí)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(shù)感知、獲取水廠生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)時狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如流量、液位、壓力、泵機(jī)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(shí)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(yùn)行所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，包括工業(yè)實(shí)時數(shù)據(jù)、工業(yè)歷史數(shù)據(jù)、生產(chǎn)業(yè)務(wù)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(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、BIM技術(shù)、CPS仿真技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)等，構(gòu)建一個水廠智慧化運(yùn)行的中樞神經(jīng)系統(tǒng);

智慧應(yīng)用：用于水廠生產(chǎn)、管理、維護(hù)的智慧化人機(jī)交互應(yīng)用。

二、智慧水廠的建設(shè)步驟

智慧水廠的建設(shè)可分為以下幾個步驟：

第一步：實(shí)現(xiàn)水廠的自動化，是實(shí)現(xiàn)智慧水廠的基礎(chǔ)，就好比人要先進(jìn)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(guān)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(shè)水廠智慧應(yīng)用，基于智慧大腦的輸出指令，讓水廠保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

三、如何構(gòu)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(jìn)行集中采集、存儲和分析，其目標(biāo)是從復(fù)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(jìn)水廠生產(chǎn)管理的創(chuàng)新、提升經(jīng)營水平和生產(chǎn)運(yùn)作效率，是實(shí)現(xiàn)智慧水廠的基礎(chǔ)。

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(jìn)的感知、計算、通信、控制等信息技術(shù)和自動控制技術(shù)，構(gòu)建了物理空間與信息空間中人、機(jī)、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運(yùn)行的按需響應(yīng)、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(jī)器學(xué)習(xí)庫和TensorFlow深度學(xué)習(xí)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(luò)結(jié)構(gòu)，讓機(jī)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(shù)，結(jié)合九鼎瑞信，將水廠內(nèi)部的構(gòu)筑物、機(jī)電設(shè)備、水處理設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、門禁、照明、視頻監(jiān)控等設(shè)備信息整合到平臺上，借助三維模型瀏覽實(shí)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(jìn)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(yīng)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(jié)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(yù)，實(shí)現(xiàn)水廠生產(chǎn)的自協(xié)調(diào)、自學(xué)習(xí)，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(jī)器人等新一代IT技術(shù)，建立生產(chǎn)巡檢系統(tǒng)、水質(zhì)分析系統(tǒng)、應(yīng)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(dá)到全廠保質(zhì)、保量、安全生產(chǎn)的目標(biāo)。

3、智慧倉儲系統(tǒng)

基于RFID技術(shù)的智慧倉儲管理系統(tǒng)，是基于當(dāng)下領(lǐng)先的信息技術(shù)與倉儲業(yè)務(wù)相結(jié)合，從技術(shù)維度是一套集成系統(tǒng)，是互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)延伸與應(yīng)用擴(kuò)展，是對新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合運(yùn)用，涉及到：云計算、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、移動互聯(lián)網(wǎng)、中間件等，在業(yè)務(wù)層體現(xiàn)效率與準(zhǔn)確，應(yīng)用層更體現(xiàn)交互與體驗，實(shí)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(shí)現(xiàn)預(yù)期的精益化倉儲管理。

4、智慧設(shè)備管理系統(tǒng)

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立機(jī)械、電氣、儀表、自控、試驗等設(shè)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(shè)備預(yù)見性維護(hù)、檢修計劃，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智慧化管理。

智慧化設(shè)備管理使得水廠可以把設(shè)備的一切機(jī)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(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)約。