世界水日 | 水務(wù)數(shù)字化，助力水行業(yè)節(jié)能增效
今天，是第三十二屆世界水日，也是第三十七屆“中國水周”的開端，今年我國紀(jì)念“世界水日”與“中國水周”活動主題為：“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，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，優(yōu)化戰(zhàn)略決策。
實(shí)時(shí)傳感和監(jiān)測技術(shù)的不斷進(jìn)步推動了智能系統(tǒng)的集成，智能系統(tǒng)可提高工藝效率和精度。這包括自動控制機(jī)制、先進(jìn)的水質(zhì)和流量監(jiān)測，以及實(shí)施高效的水計(jì)量系統(tǒng)來管理用水量。
通過為變頻器、電機(jī)和PLC的傳動鏈設(shè)備集成智能傳感器提供設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，水務(wù)公司可以對其管理的設(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)對數(shù)據(jù)分析、云服務(wù)和自動化的應(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，待數(shù)日或數(shù)周檢測結(jié)果出來后再分享給工廠操作員。
當(dāng)出現(xiàn)總懸浮固體（TSS）含量過高等水質(zhì)問題時(shí)，需要進(jìn)行人工干預(yù)，隨后還需進(jìn)行再次檢測以確認(rèn)水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)。這一方法不夠快捷簡便，可能會造成對嚴(yán)重水質(zhì)問題響應(yīng)不及時(shí)，或在此期間對可自然修復(fù)的水質(zhì)問題進(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)。傳感器一旦檢測到任何異常，便會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)自動調(diào)節(jié)，無需人工干預(yù)。例如，當(dāng)pH值下降時(shí)，化學(xué)喂料系統(tǒng)可通過增加泵送的堿性物質(zhì)來自動調(diào)節(jié)水質(zhì)。此外，采用可自動調(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。
過程控制和維護(hù)計(jì)劃
保持對水及污水處理應(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，如果不對泵的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，會導(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)公司無法承受此類故障帶來的后果。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，從而確保更佳的系統(tǒng)性能和效率。通過對變頻器、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)測系統(tǒng)（CMS）還可實(shí)現(xiàn)更廣泛的狀態(tài)監(jiān)測。PLC平臺通過云連接，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)用的自動化流程。其他優(yōu)勢還包括可與現(xiàn)有控制系統(tǒng)無縫集成，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)省備件庫存成本。通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)分析，專家可以利用傳感器數(shù)據(jù)指導(dǎo)改進(jìn)措施，從而延長設(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)測解決方案。通過智能化連接，該系統(tǒng)加強(qiáng)了對水務(wù)公司變頻器和電機(jī)水泵的性能監(jiān)測和設(shè)備維護(hù)能力。
在使用該解決方案前，CAFC 與 ABB 合作開展了數(shù)字化傳動鏈試點(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)傳動云連接助手盤，可實(shí)現(xiàn)即時(shí)云訪問，且易于安裝。
在變頻器的調(diào)試過程中，即可同步配置云連接助手盤，安裝簡單快速。同時(shí)，云連接助手盤還預(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，可自動連接信號最佳的可用網(wǎng)絡(luò)。
目前，CAFC 每年對所有輸水管網(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)，其未來對設(shè)備現(xiàn)場維護(hù)的次數(shù)將會持續(xù)減少，間隔周期將會更長。
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)確地識別和解決之前可能被忽視的影響能效的問題。這些問題可能包括部件選型過大、電機(jī)能效等級較低、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，通過實(shí)施該解決方案，該公司每年可節(jié)省約70萬美元的 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 臺高效低壓電機(jī)和變頻器來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)橛脩籼嵘?、?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)對和管理多重挑戰(zhàn)帶來了新機(jī)遇。通過實(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)也迎來了實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢的重要時(shí)刻。
掃碼關(guān)注ABB傳動
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