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都江古堰的兩大支流——柏條河、徐堰河流經(jīng)這片平原，宛如兩條婀娜多姿的彩帶翩翩起舞，給這 片神奇的土地注入盎然生機……此處是位于四川成都市近郊的郫都區(qū)三道堰鎮(zhèn)。

為了更大力度地改善周圍水體環(huán)境，保護(hù)當(dāng)?shù)亓饔蛩|(zhì)和生態(tài)平衡，三道堰第二污水處理廠于 2019年開始在這里啟動建設(shè)。成都西匯水環(huán)境有限公司（以下簡稱：西匯）計劃在這一設(shè)計處理規(guī)模為 2.5萬m3 /d的工廠中采用先進(jìn)的污水處理工藝，讓數(shù)字化力量融入從設(shè)計到運維的全部過程，建設(shè)一個新時代的智慧水務(wù)樣板。

同樣在這一年，全球領(lǐng)先的自動化與數(shù)字化技術(shù)提供商西門子，恰好推出了過程行業(yè)首個完全基于 Web、面向未來的控制系統(tǒng)——SIMATIC PCS neo， 開始打造過程自動化領(lǐng)域的新標(biāo)桿。

于是，全球首個PCS neo實際應(yīng)用項目便在這二者時間交匯之際應(yīng)運而生，一個面向未來的過程控制平臺開始在此處勾勒出碧水藍(lán)天的美好畫卷。

污水處理，挑戰(zhàn)紛至

在西匯的數(shù)字化轉(zhuǎn)型專家蔣宇亮看來，作為一家污水處理廠，毫無疑問這里首先要滿足污水處理的排放標(biāo)準(zhǔn)和各項要求。近年來，隨著“水十條”要求的提高，國家對污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)也愈發(fā)嚴(yán)格。 目前，大部分污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)都從國標(biāo)一級B提高到了國標(biāo)一級A，甚至更高的地表水IV類標(biāo)準(zhǔn)。 這意味著污水處理廠需要改進(jìn)傳統(tǒng)工藝、采用先進(jìn)技術(shù)，諸如預(yù)處理技術(shù)、生物除磷脫氮技術(shù)、深度處理技術(shù)、出水穩(wěn)定處理技術(shù)等。因此，整個工廠控制系統(tǒng)需要更高的精度、平穩(wěn)性和響應(yīng)及時性，還要實現(xiàn)實時的數(shù)字化監(jiān)控以滿足COD（化學(xué)需氧量）、 BOD（生物需氧量）等各個水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)。

其次，隨著城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟規(guī)模的發(fā)展，污水處理廠的實際處理水量越來越大，與設(shè)計處理能力相比常常需要滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運行，對工廠控制系統(tǒng)的長期平穩(wěn)運行是一項挑戰(zhàn)。

另外一項主要的挑戰(zhàn)則來自于運行成本的壓力。“這個也是公司對數(shù)字化項目的硬性考核。” 蔣宇亮說道，“基于數(shù)字化的新一代過程控制平臺，不但可以節(jié)省整個工程、運行和維護(hù)的成本， 優(yōu)化和改善運行指標(biāo)，同時還可以通過數(shù)字化平臺與信息系統(tǒng)之間安全的數(shù)據(jù)交互，驅(qū)動上層應(yīng)用實現(xiàn)數(shù)字化價值。”

可以說，對于建設(shè)三道堰這樣的智慧水處理工廠，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是幫助其滿足合規(guī)要求、保障高負(fù)荷穩(wěn)定運行、優(yōu)化工廠成本、提高運行效率的必然選擇。

面向數(shù)字化未來

與大多數(shù)同行一樣，西匯專注于自控系統(tǒng)的工程師團(tuán)隊資源是相對有限的，而三道堰項目從啟動到投產(chǎn)大概只有1年左右的時間，前期的設(shè)計、組態(tài)、 仿真和調(diào)試工作非常緊張。基于Web的編程組態(tài)是西門子SIMATIC PCS neo的一個飛躍式創(chuàng)新。通過集中的、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)管理，平臺可以確保所有參與者始終訪問并獲得一致的數(shù)據(jù)信息，支持三道堰工程團(tuán)隊基于Web的跨區(qū)域合作，實現(xiàn)多人并行工作，從而提高編程效率，加快工程進(jìn)度。

在編程組態(tài)期間，西門子位于北京、長沙、上海多地的工程師們基于統(tǒng)一的SIMATIC PCS neo平臺，共同參與到前期的編程和中間的調(diào)試工作中，在任意終端以Web網(wǎng)頁訪問的形式進(jìn)行用戶校驗并進(jìn)入平臺直接進(jìn)行操作，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。此外，基于PCS neo解耦項目數(shù)據(jù)的特性，工程師們可以在保持所有項目數(shù)據(jù)一致性的同時發(fā)布自己的工作成果， 并共享給其他人。

通過這種創(chuàng)新的方式，包含1000多個點的三道堰項目僅用不到一周時間便基本完成了此項工作，至少節(jié)省了30%的時間成本。

“對于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的期待，我們希望借助西門子的新一代DCS系統(tǒng)和MindSphere，為水處理廠打造控件式集中監(jiān)控體系，通過自動化優(yōu)化管控實現(xiàn)無人/少人值守；同時對多源數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進(jìn)行組合分析，實現(xiàn)工藝模擬及控制優(yōu)化以滿足水質(zhì)要求， 并基于數(shù)據(jù)實現(xiàn)風(fēng)機、泵等關(guān)鍵設(shè)備的智能狀態(tài)管理。”蔣宇亮表示。

為此，SIMATIC PCS neo與西門子 MindSphere工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)即服務(wù)解決方案的安全無縫對接，成為這一數(shù)字化轉(zhuǎn)型標(biāo)桿項目的核心價值。

傳統(tǒng)的DCS通訊方式，往往需要單獨的OPC服務(wù)器對DCS數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行封裝之后，再提供給更高層級的系統(tǒng)，通過這種中轉(zhuǎn)的方式在一定程度上保證數(shù)據(jù)面向上層IT環(huán)境時的安全性。然而，這一傳統(tǒng)方式已經(jīng)難以滿足對數(shù)據(jù)實時性和安全性日益提升的要求。

SIMATIC PCS neo與MindSphere是如何發(fā)揮作用的呢？首先，基于web架構(gòu)的SIMATIC PCS neo平臺，面向IT系統(tǒng)天然具有良好的開放性，與 MindSphere之間取送數(shù)據(jù)都十分便捷高效。其次， 為了確保實時性，其監(jiān)控服務(wù)器可同時作為OPC UA 的客戶端與服務(wù)器，功能上實現(xiàn)了集成。此外，作為更開放的系統(tǒng)，SIMATIC PCS neo在安全方面遵循“縱深防御”理念，同時還融入了Web安全的各種策略（例如引入SSL網(wǎng)絡(luò)傳輸加密技術(shù)、數(shù)字證書驗證技術(shù)等），其軟件開發(fā)生命周期遵循安全編碼原則，完全符合IACS安全標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)獲得了基于 IEC 62443-3-3 標(biāo)準(zhǔn)的TüV證書。

在這樣的基礎(chǔ)上，無論是組態(tài)編程數(shù)據(jù)、儀表數(shù)據(jù)或者設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，都可以集中且清晰地展示于監(jiān)控平臺畫面上，真正實現(xiàn)項目的無人值守與遠(yuǎn)程操控，方便操作員對設(shè)備運維進(jìn)行數(shù)字化管理并及時處理設(shè)備故障，從而降低水廠控制中心的運營成本。

作為SIMATIC PCS neo全球首個落地應(yīng)用的項目，西門子也為該項目提供了一系列有力支持，包括專屬的西門子專家咨詢服務(wù)、深度的技術(shù)資料提供、 持續(xù)的軟件升級服務(wù)包，乃至西門子全球化的項目工程師團(tuán)隊等。

2020年中旬，SIMATIC PCS neo已在三道堰污水處理廠投運，運行良好。對此，西匯董事長李健表示：“該項目是我們開啟智慧水務(wù)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵之舉， 以此打造中國數(shù)字化水廠的標(biāo)桿項目。我們專注水務(wù)七十年，希望能攜手西門子一起直面當(dāng)下挑戰(zhàn)，把握未來加速增長與可持續(xù)發(fā)展的機遇，建設(shè)更加穩(wěn)定可靠的城市基礎(chǔ)設(shè)施。”

摘自《自動化博覽》2021年10月刊