近日，小艾有幸和艾默生能源和水處理行業(yè)的PACSystems產(chǎn)品線應(yīng)用的專家做了一次有關(guān)實(shí)現(xiàn)“智能水務(wù)”的訪問，專家們用專業(yè)知識為小艾解答如何利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）實(shí)現(xiàn)給水和處理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程，實(shí)現(xiàn)“智能水務(wù)”。
快和小艾一起學(xué)習(xí)了解吧。
小艾：能不能幫我們介紹智能水務(wù)是什么意思，它如何優(yōu)化水處理的工藝流程？
專家：“智能水務(wù)(Smart Water)”是一個(gè)概念，即利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）架構(gòu)和設(shè)備控制來監(jiān)測水處理和給水的基礎(chǔ)設(shè)施。這種控制系統(tǒng)的原理是通過使用邊緣控制器、先進(jìn)的儀器儀表從而具有更好地監(jiān)測、控制和預(yù)測基礎(chǔ)設(shè)施的能力。
根據(jù)不斷增長的需求，讓我們看看這個(gè)過程中幾個(gè)漸進(jìn)的迭代步驟：
監(jiān)測：了解當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)；
診斷：了解故障的原因和結(jié)果；
預(yù)測：利用采集的信息來預(yù)測和避免問題出現(xiàn)，如設(shè)備故障或關(guān)鍵過程偏差；
優(yōu)化：利用采集的信息來提高效率；
學(xué)習(xí)：學(xué)習(xí)如何預(yù)測運(yùn)營的行為。
大多數(shù)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施只使用前兩個(gè)步驟，這意味著他們只能在監(jiān)測和診斷階段受益。如果您能夠突破到下一個(gè)階段，就會得到更好的結(jié)果。
新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮到這個(gè)轉(zhuǎn)型的過程，工廠的控制理念必須包括數(shù)據(jù)存儲的規(guī)定、支持IIoT的能力，以及使用邊緣控制器與數(shù)據(jù)云進(jìn)行通信。工廠經(jīng)理必須有明確定義的關(guān)鍵績效指標(biāo)（KPI），如減少水損失、優(yōu)化能耗，并承諾從按天排定或按小時(shí)排定維護(hù)計(jì)劃轉(zhuǎn)向基于按狀態(tài)的維護(hù)計(jì)劃。
實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的基本步驟是：
確定要監(jiān)測的輸入/輸出（I/O）點(diǎn)；
確定或安裝監(jiān)測這些數(shù)據(jù)點(diǎn)的儀表（最好是智能的）；
納入適合連接這些數(shù)據(jù)點(diǎn)并對其進(jìn)行處理或?qū)⑵鋫魉偷礁呒墑e的系統(tǒng)；
將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)記錄為有時(shí)間戳的歷史數(shù)據(jù)值以便于將它們用于分析。
小艾：在進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)，除了老化的基礎(chǔ)設(shè)施以外，還有哪些因素是公用事業(yè)部門和經(jīng)營者必須注意的？
專家：從現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的現(xiàn)代化投資中獲得最大收益，是現(xiàn)有公用事業(yè)部門應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)的其中一個(gè)目標(biāo)。
在這個(gè)過程中，公用事業(yè)部門的經(jīng)營者應(yīng)該思考以下幾個(gè)問題：
Q1、這個(gè)新的基礎(chǔ)設(shè)施是否是面向未來的？
任何新建系統(tǒng)的安裝或現(xiàn)有系統(tǒng)的擴(kuò)建都必須納入“智能水務(wù)”的概念，因?yàn)檫@些基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目是長周期的，需要高額的資本支出，而且不能搭建在20世紀(jì)中期的過時(shí)架構(gòu)中。
Q2、在競爭激烈、資本支出縮減的世界中新的基礎(chǔ)設(shè)施是否有競爭力？
減少運(yùn)營和維護(hù)（O&M）費(fèi)用是公用事業(yè)部門競爭的有利條件。使用邊緣控制器提高數(shù)字化程度可以大大降低運(yùn)營和維護(hù)成本，從而省下更多資金用于擴(kuò)建和新建基礎(chǔ)設(shè)施。
Q3、新的基礎(chǔ)設(shè)施能否通過手持設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制？
在后疫情時(shí)代，人們更看重遠(yuǎn)程查看和監(jiān)測水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施等關(guān)鍵過程的能力。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)就必須在控制系統(tǒng)中納入IIoT解決方案。
Q4、控制系統(tǒng)是否具有網(wǎng)絡(luò)安全性？
隨著黑客針對電力和水務(wù)等公用事業(yè)部門的攻擊不斷增加，公共事業(yè)部門必須認(rèn)識到，一定要使用像艾默生RX3i CPL410（已通過阿基里斯2級認(rèn)證）這樣的網(wǎng)絡(luò)安全控制器。它不僅提供加密的固件更新，還能防止未經(jīng)授權(quán)的固件和配置更新，并防止“中間人”和“拒絕服務(wù)”等網(wǎng)絡(luò)攻擊。
Q5、這個(gè)新的基礎(chǔ)設(shè)施是否面向未來？
勞動力狀況對數(shù)字化轉(zhuǎn)型之旅的成功與否關(guān)系重大。正在被新一代操作員和工程師逐漸取代的老齡化勞動力需要接受未來技術(shù)的培訓(xùn)。此外，以往的經(jīng)驗(yàn)可能有助于增強(qiáng)他們的能力。過時(shí)的控制系統(tǒng)不僅對他們沒有吸引力，而且還可能妨礙他們的工作。此外，高管（CXO級別的員工）必須接受培訓(xùn)，以明確界定需要監(jiān)測和加強(qiáng)的關(guān)鍵績效指標(biāo)；否則，在沒有及時(shí)投資的情況下，確實(shí)有可能過早地產(chǎn)生不現(xiàn)實(shí)的期望。
小艾：“促進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)施最主要的原因是什么？”
專家：所有行業(yè)都在經(jīng)歷某種形式的數(shù)字化轉(zhuǎn)型：傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)、信息技術(shù)和數(shù)據(jù)科學(xué)的融合正在為新的解決方案鋪平道路。隨著這三方面發(fā)展，新的應(yīng)用成為可能。
部署技術(shù)能力的關(guān)鍵在于業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型：驅(qū)動過程的可靠性、成品的質(zhì)量、超越競爭對手的競爭力、以及事半功倍的能力。
在水務(wù)行業(yè)，成品是飲用水或處理后的污水。公用事業(yè)部門需要實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)的方法：
01、降低成本：包括資本支出和運(yùn)營支出。這可以提高他們的競爭力和少花錢多辦事的能力，以更好地為消費(fèi)者服務(wù)。
02、減少水的損失：水是一種寶貴的商品，采用技術(shù)有助于及時(shí)檢測和預(yù)防泄漏。
03、提高過程可靠性：提升成品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)不間斷運(yùn)行。
04、增強(qiáng)過程監(jiān)測和控制：即超越單個(gè)過程的能力并能夠鳥瞰整個(gè)過程從而優(yōu)化控制和結(jié)果。
05、合規(guī)：符合環(huán)境保護(hù)局和世界各地相關(guān)機(jī)構(gòu)的要求。
06、與時(shí)俱進(jìn)：隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有勞動力老齡化并將被取代——人員需要在新的平臺上接受培訓(xùn)，公用事業(yè)部門也利用技術(shù)提供支持。
這些需求為水務(wù)行業(yè)帶來了新的可能性，在不同的地區(qū)，提供更好水處理的挑戰(zhàn)越來越大。從中央監(jiān)測，到數(shù)字雙胞胎，再到數(shù)據(jù)分析，正在實(shí)施新的解決方案以提高處理效率并更好地實(shí)現(xiàn)預(yù)測分析。這些概念都屬于業(yè)界所謂的“智能水務(wù)”。
小艾：涉及到現(xiàn)有的水務(wù)自動化基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，公用事業(yè)部門還沒有超越其現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)步水平的關(guān)鍵因素包括哪些？
專家：水處理項(xiàng)目是長周期項(xiàng)目并且這樣的基礎(chǔ)設(shè)施會持續(xù)使用很長時(shí)間。與石油天然氣和電力行業(yè)相比，該行業(yè)傳統(tǒng)上投資更少，這意味著水處理行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)20多年沒有升級了。
但是，時(shí)代變了。老化的基礎(chǔ)設(shè)施正在升級，人們問的第一個(gè)問題是：“它看起來和原來一樣嗎？當(dāng)花費(fèi)巨額資本支出升級改造后使用哪些先進(jìn)技術(shù)可以獲得較大回報(bào)？”
這就是采用邊緣控制器解決方案的“智能水務(wù)”架構(gòu)的由來。在新建項(xiàng)目（尤其是智慧城市的項(xiàng)目）中，水處理項(xiàng)目的規(guī)范已經(jīng)發(fā)展到包括增強(qiáng)的數(shù)字化。然而，在整個(gè)周期中實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化還需要做更多的工作。
根據(jù)現(xiàn)有系統(tǒng)的市政給水設(shè)施的規(guī)模不同，技術(shù)選擇可能也會有所不同。中小型設(shè)施可以采用可編程邏輯控制器（PLC）和SCADA架構(gòu)，如艾默生PACSystem PLC，而大城市的大型公用事業(yè)部門可能采用分布式控制系統(tǒng)（DCS），如艾默生Ovation自動化系統(tǒng)。
然而，納入邊緣控制器架構(gòu)的理念獨(dú)立于現(xiàn)有的控制基礎(chǔ)架構(gòu)。邊緣控制器可以輕松擴(kuò)展控制理念并優(yōu)化現(xiàn)有操作。
邊緣自動化是在云邊緣運(yùn)行過程的理念。這個(gè)想法是為了讓傳統(tǒng)的過程控制能夠與外部算法和命令進(jìn)行互操作，同時(shí)關(guān)注核心過程自動化。例如，提高工廠產(chǎn)量的策略可能運(yùn)行在邊緣控制器上，甚至運(yùn)行在云上。必要時(shí)，它可以調(diào)整輸入?yún)?shù)或過程的設(shè)定值，以達(dá)到期望的結(jié)果。
邊緣控制器還可以跨過程或地理位置將數(shù)據(jù)上傳到云端。也可以在單個(gè)位置依次查看和分析這些數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行比較分析并獲得洞察力。例如，用戶可以跨不同過程或地理位置比較同一制造商的100臺電機(jī)的能源使用數(shù)據(jù)，以比較能耗數(shù)據(jù)并在故障發(fā)生前識別故障。
小艾：新冠肺炎疫情加速了許多公用事業(yè)部門的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程；您認(rèn)為這一趨勢在2021年將如何發(fā)展？
專家：每個(gè)行業(yè)都有應(yīng)對和適應(yīng)新冠肺炎威脅的特殊示例，也有許多關(guān)于員工在工廠自我隔離以確保處理和供應(yīng)水或處理廢水的操作不受妨礙的報(bào)道，這些都是至關(guān)重要的活動。
人們迫切需要更多的數(shù)字化，特別是在遠(yuǎn)程監(jiān)控和內(nèi)置安全性方面。工廠操作員和工程師應(yīng)該能夠遠(yuǎn)程控制工廠和診斷故障，以保持過程的連續(xù)性，人工干預(yù)更多的是為了解決問題，而不是進(jìn)行故障診斷。
盡管新冠肺炎疫情最終可能會平息，但一個(gè)新常態(tài)已經(jīng)形成，在過去幾個(gè)月里已經(jīng)讓決策者清楚地相信，為了在新冠肺炎疫情等情況下獲得更好的運(yùn)營控制，以及提高競爭力、質(zhì)量和可靠性，更多的數(shù)字化和更智能的水務(wù)是絕對必要的。
世界各國政府都在實(shí)施量化寬松政策，由此產(chǎn)生的資金也流入了水務(wù)行業(yè)。有專門針對水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化的具體立法，其中許多資金將繼續(xù)用于在2021年及以后實(shí)施數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，加強(qiáng)控制系統(tǒng)架構(gòu)。
最后，我想強(qiáng)調(diào)的是，這是一個(gè)強(qiáng)大且具高可用性的邊緣控制系統(tǒng)，它是數(shù)字化轉(zhuǎn)型之旅中必不可少的一步，這也是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵部分。
感謝專家的這次分享和解析，小艾對“智能水務(wù)”也有了新的認(rèn)識和了解，我們也歡迎能源和水處理行業(yè)人士持續(xù)關(guān)注，如有類似應(yīng)用挑戰(zhàn)，歡迎@艾默生自動化解決方案，我們將盡快與您聯(lián)系。
