利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）實現(xiàn)水和污水處理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的工程，也是實現(xiàn)“智能水務(wù)(Smart Water)”的一個數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程。
什么是“智能水務(wù)”？就是利用IIoT架構(gòu)和設(shè)備控制并監(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，讓我們看看這個過程中幾個漸進的迭代步驟：
● 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)測運營的行為。
大多數(shù)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施只使用前兩個步驟，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階段，就會得到更好的結(jié)果。新系統(tǒng)在設(shè)計時，必須考慮到這個轉(zhuǎn)型的過程，工廠的控制理念需要包括數(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)云進行通信。廠長必須有明確定義的關(guān)鍵績效指標（KPI），如減少水損失、優(yōu)化能耗，并承諾從按天排定或按小時排定維護計劃轉(zhuǎn)向基于按狀態(tài)的維護計劃。
實現(xiàn)這些目標的基本步驟包括：
● 確定要監(jiān)測的輸入/輸出（I/O）點；
● 確定或安裝監(jiān)測這些數(shù)據(jù)點的儀表（最好是智能的）；
● 納入適合連接這些數(shù)據(jù)點并對其進行處理或?qū)⑵鋫魉偷礁呒墑e的系統(tǒng)；
● 將這些數(shù)據(jù)點記錄為有時間戳的歷史數(shù)據(jù)值以便于將它們用于分析。
在進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型時，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)努力實現(xiàn)的其中一個目標。在這個過程中，公用事業(yè)部門的經(jīng)營者們，請考慮以下幾個問題：
1.這個新的基礎(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)的擴建都必須納入“智能水務(wù)”的概念，因為這些基礎(chǔ)設(shè)施項目是長周期的，需要高額的資本支出，而且不能搭建在20世紀中期的過時架構(gòu)中。
2.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？
減少運營和維護費用是公用事業(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營和維護成本，從而省下更多資金用于擴建和新建基礎(chǔ)設(shè)施。
3.新的基礎(chǔ)設(shè)施能否通過手持設(shè)備進行遠程控制？
在后疫情時代，人們更看重遠程查看和監(jiān)測水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施等關(guān)鍵過程的能力。要實現(xiàn)這一目標就必須在控制系統(tǒng)中納入IIoT解決方案。
4.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)等公共事業(yè)部門的攻擊不斷增加，公共事業(yè)部門必須認識到，一定要使用像艾默生RX3i CPL410（已通過阿基里斯2級認證）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。
5.目前的勞動力狀況如何？
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)驗可能有助于增強他們的能力。過時的控制系統(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)測和加強的關(guān)鍵績效指標；否則，在沒有及時投資的情況下，確實有可能過早地產(chǎn)生不現(xiàn)實的期望。
當(dāng)今社會，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。隨著這三方面技術(shù)轉(zhuǎn)型的發(fā)展，新的應(yīng)用變得可能。
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)部門需要實現(xiàn)降低成本、增加過程可靠性以及合規(guī)等目標的方法。這種匯集在一起的需求為水務(wù)行業(yè)帶來了新的可能性，因為在不同的地區(qū)，提供更好的水處理的挑戰(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，正在實施新的解決方案以提高處理效率并實現(xiàn)更好的預(yù)測分析。所有這些概念都被封裝在業(yè)界所謂的“智能水務(wù)”中。
另外，水處理項目是長周期項目，并且這樣的基礎(chǔ)設(shè)施會持續(xù)使用很長時間。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)很多基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)20多年沒有升級了。
但是，時代變了。老化的基礎(chǔ)設(shè)施正在被改造，人們問的第一個問題是：“它看起來會和原來一樣嗎？當(dāng)花費巨額資本支出升級改造后有哪些先進技術(shù)能被利用從而獲得最大回報？”
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。在新建項目（尤其是智慧城市的項目）中，水處理項目的規(guī)范已經(jīng)發(fā)展到包括增強的數(shù)字化。然而，在整個周期中實現(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)施可能采用可編程邏輯控制器（PLC）和SCADA架構(gòu)，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）。
然而，納入邊緣控制器架構(gòu)的理念是獨立于現(xiàn)有的控制基礎(chǔ)架構(gòu)的。邊緣控制器可以很容易地擴展控制理念并改變現(xiàn)有的操作。
邊緣自動化是在云邊緣運行過程的理念。這個想法是為了讓傳統(tǒng)的過程控制能夠與外部算法和命令進行互操作，同時關(guān)注核心過程自動化。例如，提高工廠產(chǎn)量的策略可能運行在邊緣控制器上，甚至運行在云上。必要時，它可以調(diào)整輸入?yún)?shù)或過程的設(shè)定值，以達到期望的結(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。也可以在單個位置依次查看和分析這些數(shù)據(jù)，以便進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。
2021年是特殊的一年，每個行業(yè)都有應(yīng)對和適應(yīng)新冠肺炎威脅的特殊示例。人們迫切需要更多的數(shù)字化，特別是在更好的遠程監(jiān)控和內(nèi)置安全性方面。工廠操作員和工程師應(yīng)該能夠遠程控制工廠和診斷故障，以保持過程的連續(xù)性，并且人工干預(yù)更多的是為了采取措施，而不是進行診斷。
盡管新冠肺炎疫情最終可能會平息，但一個新常態(tài)已經(jīng)形成——過去幾個月已經(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年及以后實施數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施，加強控制系統(tǒng)架構(gòu)。一個強大且具高可用性的邊緣控制系統(tǒng)將是數(shù)字化轉(zhuǎn)型之旅中必不可少的一步，也是水務(wù)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的一個最關(guān)鍵的部分。
