今天，是第三十二屆世界水日，也是第三十七屆“中國(guó)水周”的開(kāi)端，今年我國(guó)紀(jì)念“世界水日”與“中國(guó)水周”活動(dòng)主題為：“精打細(xì)算用好水資源，從嚴(yán)從細(xì)管好水資源”。

隨著全球人口不斷增長(zhǎng)，用水量也在不斷增加，水行業(yè)在生產(chǎn)和提供清潔水以及處理污水方面需要消耗大量能源。據(jù)估算，水行業(yè)的耗電量占全球總耗電量的3.5%到4%。1 然而，如果采取正確的措施提高能源效率與回收能源，預(yù)計(jì)到 2040 年，該行業(yè)的能耗可減少15%。2

當(dāng)下，全球水行業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)，如：氣候變化、水資源短缺、基礎(chǔ)設(shè)施老化、城市化快速發(fā)展和能源成本上升等。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，水務(wù)公司可利用數(shù)字化解決方案，改善運(yùn)營(yíng)，優(yōu)化戰(zhàn)略決策。

實(shí)時(shí)傳感和監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步推動(dòng)了智能系統(tǒng)的集成，智能系統(tǒng)可提高工藝效率和精度。這包括自動(dòng)控制機(jī)制、先進(jìn)的水質(zhì)和流量監(jiān)測(cè)，以及實(shí)施高效的水計(jì)量系統(tǒng)來(lái)管理用水量。

通過(guò)為變頻器、電機(jī)和PLC的傳動(dòng)鏈設(shè)備集成智能傳感器提供設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，水務(wù)公司可以對(duì)其管理的設(shè)備采取預(yù)防性措施，從而提高資產(chǎn)管理效率。然而，不同組織與地區(qū)對(duì)數(shù)據(jù)分析、云服務(wù)和自動(dòng)化的應(yīng)用水平仍不一致。

盡管目前許多水行業(yè)的企業(yè)僅將數(shù)字工具用于特定功能，但數(shù)字化改造整個(gè)行業(yè)的潛力是巨大的，以下三個(gè)領(lǐng)域尤其有望實(shí)現(xiàn)根本性的改進(jìn)。

水質(zhì)管理

傳統(tǒng)的水質(zhì)檢測(cè)方法既耗時(shí)又費(fèi)力，因此在飲用水和污水處理系統(tǒng)中保持持續(xù)穩(wěn)定的水質(zhì)一直是水務(wù)公司所面臨的難題。通常，人工流程涉及樣本抽取、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，待數(shù)日或數(shù)周檢測(cè)結(jié)果出來(lái)后再分享給工廠操作員。

當(dāng)出現(xiàn)總懸浮固體（TSS）含量過(guò)高等水質(zhì)問(wèn)題時(shí)，需要進(jìn)行人工干預(yù)，隨后還需進(jìn)行再次檢測(cè)以確認(rèn)水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)。這一方法不夠快捷簡(jiǎn)便，可能會(huì)造成對(duì)嚴(yán)重水質(zhì)問(wèn)題響應(yīng)不及時(shí)，或在此期間對(duì)可自然修復(fù)的水質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行不必要的干預(yù)。

在系統(tǒng)中安裝數(shù)字水質(zhì)傳感器，可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）收集和共享準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。傳感器一旦檢測(cè)到任何異常，便會(huì)立即通知工廠操作員。

使用數(shù)字水質(zhì)傳感器的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于，其與化學(xué)喂料系統(tǒng)之間更智能的通信能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)自動(dòng)調(diào)節(jié)，無(wú)需人工干預(yù)。例如，當(dāng)pH值下降時(shí)，化學(xué)喂料系統(tǒng)可通過(guò)增加泵送的堿性物質(zhì)來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)水質(zhì)。此外，采用可自動(dòng)調(diào)節(jié)泵電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的聯(lián)網(wǎng)變頻器，可優(yōu)化堿性物質(zhì)的流量控制，確保泵在最佳效率點(diǎn)（BEP）運(yùn)行。

過(guò)程控制和維護(hù)計(jì)劃

保持對(duì)水及污水處理應(yīng)用性能的適當(dāng)控制是該行業(yè)所面臨的另一大挑戰(zhàn)。例如，如果不對(duì)泵的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致?lián)p失巨大的泄漏事故，考慮到目前水資源匱乏和能源成本上升的現(xiàn)狀，水務(wù)公司無(wú)法承受此類(lèi)故障帶來(lái)的后果。這種浪費(fèi)往往是由于維護(hù)不當(dāng)造成的。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，水務(wù)公司可以將控制應(yīng)用的電機(jī)和變頻器系統(tǒng)連接到云，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)，從而確保更佳的系統(tǒng)性能和效率。通過(guò)對(duì)變頻器、電機(jī)和泵的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，可以全面了解系統(tǒng)的整體健康狀況和性能。

利用PLC實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CMS）還可實(shí)現(xiàn)更廣泛的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。PLC平臺(tái)通過(guò)云連接，利用可擴(kuò)展的可靠組件，實(shí)現(xiàn)泵、變頻器、傳感器和其他應(yīng)用的自動(dòng)化流程。其他優(yōu)勢(shì)還包括可與現(xiàn)有控制系統(tǒng)無(wú)縫集成，即使在嚴(yán)苛條件下也能確保更優(yōu)的可用性，同時(shí)支持高效的水務(wù)工程。

該解決方案使水務(wù)公司能夠在功能故障發(fā)生前進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，助力減少停機(jī)時(shí)間、優(yōu)化維護(hù)成本、預(yù)防計(jì)劃外停機(jī)以及節(jié)省備件庫(kù)存成本。通過(guò)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)分析，專(zhuān)家可以利用傳感器數(shù)據(jù)指導(dǎo)改進(jìn)措施，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

CAFC是一家意大利水務(wù)公司，為 122 個(gè)城市提供服務(wù)。ABB 為 CAFC 的設(shè)備提供了數(shù)字化狀態(tài)監(jiān)測(cè)解決方案。通過(guò)智能化連接，該系統(tǒng)加強(qiáng)了對(duì)水務(wù)公司變頻器和電機(jī)水泵的性能監(jiān)測(cè)和設(shè)備維護(hù)能力。

在使用該解決方案前，CAFC 與 ABB 合作開(kāi)展了數(shù)字化傳動(dòng)鏈試點(diǎn)項(xiàng)目，例如位于里維尼亞諾污水處理廠的項(xiàng)目。該項(xiàng)目涉及部署一個(gè)傳動(dòng)云連接助手盤(pán)，可實(shí)現(xiàn)即時(shí)云訪問(wèn)，且易于安裝。

在變頻器的調(diào)試過(guò)程中，即可同步配置云連接助手盤(pán)，安裝簡(jiǎn)單快速。同時(shí)，云連接助手盤(pán)還預(yù)裝了窄帶物聯(lián)網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器、SIM卡和高容量天線，可自動(dòng)連接信號(hào)最佳的可用網(wǎng)絡(luò)。

目前，CAFC 每年對(duì)所有輸水管網(wǎng)的電機(jī)和泵進(jìn)行一次維護(hù)，僅需派一名電工和一名機(jī)械師即可完成作業(yè)。據(jù)CAFC預(yù)計(jì)，其未來(lái)對(duì)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的次數(shù)將會(huì)持續(xù)減少，間隔周期將會(huì)更長(zhǎng)。

節(jié)能增效

全球近三分之一的電機(jī)配備了變頻器，以減少能源消耗。當(dāng)這些電機(jī)和變頻器應(yīng)用實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，便能傳輸有關(guān)能源消耗和能源效率的寶貴數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可助力水務(wù)公司更清晰地識(shí)別能源浪費(fèi)的潛在因素。

掌握了這些信息后，水務(wù)公司能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別和解決之前可能被忽視的影響能效的問(wèn)題。這些問(wèn)題可能包括部件選型過(guò)大、電機(jī)能效等級(jí)較低、可變負(fù)載流程持續(xù)以最大產(chǎn)能運(yùn)行或資產(chǎn)狀況惡化等。

Saneago是位于巴西戈亞斯州的一家水務(wù)公司，通過(guò)實(shí)施該解決方案，該公司每年可節(jié)省約70萬(wàn)美元的 泵的能耗支出。Saneago在其四個(gè)進(jìn)水泵站中安裝了ABB的智能變頻器、電機(jī)、傳感器和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)工具，使用15 臺(tái)高效低壓電機(jī)和變頻器來(lái)控制水泵的速度和轉(zhuǎn)矩，能耗降低了 25%。

整體解決方案

這些案例充分表明，智能供水系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能夠?yàn)橛脩?hù)提升效率、節(jié)省時(shí)間，還能有效減少財(cái)力與人力成本。然而，考慮到水循環(huán)涉及處理、分配、可持續(xù)性、消費(fèi)以及基礎(chǔ)設(shè)施管理等多個(gè)環(huán)節(jié)，水行業(yè)的數(shù)字化解決方案必須具備整體性。因此，水務(wù)公司必須放眼全局，不可只局限于某一功能的優(yōu)化，而應(yīng)綜合考慮各個(gè)環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)整體效益的更大化。

數(shù)字化解決方案為應(yīng)對(duì)和管理多重挑戰(zhàn)帶來(lái)了新機(jī)遇。通過(guò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)操作，數(shù)字化解決方案能夠顯著提升效率，有效應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)，這一點(diǎn)在能源和交通運(yùn)輸行業(yè)已得到驗(yàn)證。如今，全球水行業(yè)也迎來(lái)了實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)的重要時(shí)刻。