1、項目背景介紹

焦作市博愛(ài)縣第二污水處理廠(chǎng)始建于 2019 年，位于河南省焦作市博愛(ài)縣開(kāi)源大道與博廣路交叉口，總占地 4.5 萬(wàn) m2，設計處理規模近期 2 萬(wàn)噸/天，遠期 3 萬(wàn)噸/天。目前日處理能力在 1 萬(wàn)噸以下，主要收集博愛(ài)縣主城區西部及南部新擴展區的生活污水。采用成熟、穩定、可靠的 A2O 工藝和深度處理工藝，實(shí)現生活污水的無(wú)害化處理和達標排放。本項目分兩期建設，近期設計規模為 2 萬(wàn)噸/天，遠期設計規模為 6 萬(wàn)噸/天。目前正采用我公司“數字化污水廠(chǎng)”建設方案進(jìn)行設計。通過(guò)數字化污水廠(chǎng)建設方案，可以實(shí)現污水廠(chǎng)的數字化雙胞胎運營(yíng)及全生命周期管理，實(shí)現污水廠(chǎng)的穩定達標、節能降耗、高效互動(dòng)運行。該方案可全面提升污水廠(chǎng)管理水平。

2、項目目標與原則

基于行業(yè)發(fā)展現狀和污水處理廠(chǎng)轉型需求，中原環(huán)保股份有限公司和河南智慧水務(wù)股份有限公司達成智慧水務(wù)戰略合作，引入西門(mén)子數字化工業(yè)集團先進(jìn)的數字化軟硬件體系，率先建立了國內基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的第一座智慧污水廠(chǎng)—焦作市博愛(ài)縣第二污水處理廠(chǎng)，以最終目標“提質(zhì)增效、節能降耗”為方向，以數字化引領(lǐng)智慧化，以技術(shù)創(chuàng )新推動(dòng)成果落地，三方聯(lián)合共同打造水處理行業(yè)標桿，建成國內第一座智慧污水廠(chǎng)標桿項目，從一體化設計施工到一體化運行維護的全生命周期管理、軟硬件高度統一的完善的智慧污水廠(chǎng)。

3、項目實(shí)施與應用情況

（1）項目規劃：

COMOS（西門(mén)子一體化設計一體化運維軟件）平臺為工廠(chǎng)相關(guān)人員提供了一個(gè)高效的相互協(xié)作的工作環(huán)境，工廠(chǎng)設計的 P&ID  圖、電氣圖、工程設計數據，工程項目信息、工廠(chǎng)運維信息、工廠(chǎng)資產(chǎn)信息等都能保存在單一的數據庫中，不同部門(mén)的用戶(hù)被賦予不同的權限，以便在登錄 COMOS  后能以既定的權限進(jìn)行相應的工作，并且不同的數據能以不同顏色標識數據狀態(tài)，實(shí)現不同部門(mén)之間便捷、高效的合作；COMOS   采用的單一數據庫技術(shù)、面向對象技術(shù)、 工作層技術(shù)、知識庫技術(shù)等，實(shí)現了與多種設計軟件的集成，如二維或三維 CAD軟件、SAP  和 MS Office 軟件等，以共享方式管理工廠(chǎng)的所有資源信息。

在 COMOS 中，可以進(jìn)行工廠(chǎng)設計，定義自己的工廠(chǎng)結構，文檔報表模板，用戶(hù)權限，以及工廠(chǎng)自己的管理工作流，文檔審批流程，工廠(chǎng)規則等，因此，通過(guò)簡(jiǎn)單的配制和客戶(hù)化工作，就能使 COMOS 成為企業(yè)管理經(jīng)驗、知識沉淀的平臺，從而真正達到企業(yè)工廠(chǎng)管理的信息化，標準化，智能化。實(shí)現工廠(chǎng)從設計到運維的所有參與人員，所有的設計工作流、運維工作流，所涉及到的數據、文檔、圖紙、信息等均能以企業(yè)的標準、流程，在一個(gè)通用獨立的數據庫中進(jìn)行管理，這對于工廠(chǎng)管理的質(zhì)量，效率等都帶來(lái)了極大的益處。

（2）實(shí)施與應用情況：

① 數字化水務(wù)設備：該污水廠(chǎng)的主體工藝段 A2O 反應池全部采用數字化設備，包括智能電機控制柜（iMCC）、高級自動(dòng)化控制柜（PLC）、智能按鈕箱、智能閥門(mén)和智能儀表，采用 PROFINET  通訊總線(xiàn)控制方式，代替傳統大量硬接線(xiàn)，只用一根通訊電纜就能將所有控制設備連接起來(lái)，進(jìn)行現場(chǎng)信號的采集和傳輸。同時(shí)配備雙冗余設計，提高自控系統安全性。該方式設計、施工簡(jiǎn)單，節省電纜成本和安裝費用，采集信息更全面，集多種控制、保護、監控、診斷功能于一體，繼而實(shí)現設備狀態(tài)監測、遠程診斷、智能維護等功能。在不增加建設成本的基礎上，提高了工程質(zhì)量，縮短了建設周期，并對污水廠(chǎng)的后期維護起到降低難度、節省費用的效果。

②  全生命周期管理：面向污水廠(chǎng) A2O 段和鼓風(fēng)機房的所有設備，從一體化設計到一體化運維進(jìn)行全生命周期管理，所有設備及其屬性構成了統一數據庫平臺，工程師可以使用一致的數據，在同一數據庫下完成設計和運維工作。

③ 數字化雙胞胎：面向博愛(ài)污水廠(chǎng)全廠(chǎng)建立三維可視化模型，還原污水廠(chǎng)現場(chǎng)。結合全生命周期設計階段數據，可以將設備在污水廠(chǎng)環(huán)境下的 3D 視圖與圖紙、說(shuō)明書(shū)等 2D 信息關(guān)聯(lián)起來(lái)，實(shí)現二維設計與三維展示的數據交互。運維人員可以在 3D 視圖中快速查看設備位置，直接訪(fǎng)問(wèn)設備特性、維護歷史記錄、文檔等信息，實(shí)時(shí)掌握設備的真實(shí)狀態(tài)，輔助決策。同時(shí)接收自控系統采集的實(shí)時(shí)數據和故障信號，方便人員查看和監控現場(chǎng)運行。借助模型定制巡檢、維護、事故等沉浸式培訓場(chǎng)景，減少傳統實(shí)地培訓量和培訓費用，提高污水廠(chǎng)培訓效率和人員培訓效果。

④ 智能化仿真建模：仿真模型是對系統或過(guò)程的生物、化學(xué)、物理等過(guò)程的數學(xué)描述，利用成熟的反應機理數學(xué)模型，結合實(shí)時(shí)獲得的運行參數，通過(guò)計算機仿真建立污水處理系統，可實(shí)現水質(zhì)預測、水量預測、生化分析、運行調整等功能。通過(guò)控制仿真模型，可以測試控制程序，提早檢測錯誤，降低現場(chǎng)試車(chē)的風(fēng)險和成本；通過(guò)工藝仿真模型，可以預測進(jìn)出水變化，優(yōu)化污水廠(chǎng)工藝、控制等方案，改善運行策略，減少能源消耗，提高污水廠(chǎng)的精細化管理水平。

⑤ 智慧水務(wù)綜合管控平臺：采用 B/S 架構，以污水廠(chǎng)三維可視化模型為基礎，結合真實(shí)感強烈的視圖和快速導航功能，可以將設備的 3D 模型與圖紙、列表等 2D 信息、自控系統采集的動(dòng)態(tài)數據都關(guān)聯(lián)起來(lái)，輔助運維人員直接訪(fǎng)問(wèn)或更新設備特性、維護歷史記錄、文檔等內容，模擬運行、巡查、維護等場(chǎng)景，減少大量的外操巡檢工作，降低人工強度。同時(shí)集成遠程控制、設備管理、人員培訓、KPI  分析、能耗管理等功能，整體提高污水廠(chǎng)運營(yíng)透明化、管理精細化和工程一體化水平，結合數據挖掘、趨勢預測、精準控制等方法，為全面實(shí)現污水廠(chǎng)的智慧化打下堅實(shí)基礎。

（3）項目創(chuàng )新性：

通過(guò) COMOS  軟件系統的實(shí)施和部署，構建焦作市博愛(ài)縣第二污水處理廠(chǎng)數字化項目設計和數字化工廠(chǎng)運維管理平臺，在此基礎上整合項目數字化設計、項目數字化交付、工廠(chǎng)設備運維管理、工廠(chǎng)信息文檔及數據管理，構建工廠(chǎng)全生命周期管理，消除工廠(chǎng)管理過(guò)程中的各個(gè)信息孤島，構建工廠(chǎng)一體化管理，杜絕差錯和失誤，提高工廠(chǎng)管理效率和質(zhì)量。

4、效益分析

（1）從根本上建成一個(gè)智慧 4.0 污水廠(chǎng)，基于數字化技術(shù)實(shí)現設計、施工、調試、運維等有效協(xié)同，靈活控制現場(chǎng)設備，優(yōu)化維護管理流程，提高響應速度，提升水質(zhì)，節能減耗，高效管理，無(wú)人（少人）值守，實(shí)現可視化、數字化、智能化升級；

（2）為國內污水處理廠(chǎng)的智慧化轉型提供新思路、新技術(shù)，以智慧水務(wù)建設為抓手促進(jìn)更多傳統行業(yè)的智慧建設，以提高河南省智慧化行業(yè)水平，帶動(dòng)區域經(jīng)濟整體發(fā)展；

（3）為引入、培養智能制造、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數據分析、人工智能等領(lǐng)域的高精尖人才提供成長(cháng)平臺，協(xié)同發(fā)揮高校、企業(yè)、科研機構等各方作用，激發(fā)人才創(chuàng )新能力，促進(jìn)社會(huì )、經(jīng)濟、生態(tài)的高質(zhì)量發(fā)展。