IIoT应用——水工业的历史性变革

在供水和废水处理应用中，节水和能源效率的提升，是实施工业物联网技术的好处之一。图片来源：MG Strategy+

作者 | Anil Gosine

“

识别出夸张的炒作内容，确定适用其真正需求的技术。本文介绍了IIoT为水处理行业工程应用带来的7个好处，这些好处将为水行业提供历史性发展机遇。

”

淡水资源日益匮乏、城市人口逐步增长、环境法规要求日益提高和工艺效率低下，都使供水/ 废水处理行业面临诸多挑战。互联的机器和设备，正在改变公用事业的运营方式，从而使它们能够通过使用工业物联网（IIoT）技术和策略做出更明智的决策。通过更多的动态分析和实时系统监控，传统水处理和输送方法所浪费的能源，最多可减少25％。

随着能源价格的波动，对可持续性的需求，不断进行的法规变更，以及为提高能效利用而准备的可用资金日益增多，有效管理自来水供应和安全处理废水的机会越来越多。那些在公用事业部门中负责IIoT 工作的人，必须清楚该计划将如何与业务战略相结合，以及在帮助解决问题方面所带来的价值。

 设备综合效率的局限 

许多公用事业企业采取了以下举措来节约能源：使用感应节能灯，限制使用暖通空调系统，安装太阳能电池板（主要基于电力公司的许可）和节能设备，通过水库进行全系统存储协作。这些行动侧重于设施的设备综合效率（OEE），而不是直接影响节能，节能只是以上诸多努力的产物。相比之下，融合IIoT 技术的解决方案可以为当今的智能公用事业企业直接节省能源。

颠覆性技术正在以前所未有的速度出现，哪种技术可以真正节省成本，哪些技术在实现其潜力之前就已经过时，要弄清楚这些并不容易。对于企业来说，识别出夸张的炒作内容，确定适用其真正需求的技术，以及如何使之产生积极的投资回报，是一项颇具挑战性的工作。

供水/ 废水行业正在尝试IIoT 应用，以便从有关业务流程元素的信息中，创造出新的价值，利用这些元素管理现有资产，可以提高可靠性、优化流程、管理供应链和客户关系。IIoT 实施允许集成感测、通信、监控和数据采集（SCADA）和分析功能，这些功能都是近年来才出现的。

普适计算设备，可用于采集和传输数据的低成本传感器，新的分析工具以及经济的数据存储措施的出现，都使公用事业企业可以以较低的成本实时获取更多的数据。在某些情况下，该实用程序可以从以前无法访问的区域收集信息，并改善现场系统和工厂的性能。

▎工业物联网通过互联网实现物、服务和人员的连接，从而改善数据分析，提高生产率，增强可靠性，节省能源和成本，并为企业带来新的创收机会。

 为IIoT设计系统架构 

系统专业人员必须设计有效的系统架构，以发挥IIoT 的潜力，确保：

· 运营商可以使用移动设备、云连接和数据分析功能，从而为运营商提供实时信息，以便更好地制定决策。

· 优化资产：智能传感器持续传输信息流，并允许轻松地从现场和以前无法测量的参数中收集数据。

· 智能控件可实现运营技术与信息技术之间的紧密集成，从而使企业可以在更广的范围内更好地制定决策。

· 专注于网络安全：要获得更多的互联性，除了需要可用的信息之外，还需要通过运营技术网络安全解决方案来提高意识和态势。

 提升能源效率 

实施IIoT 有助于提高公用事业的能效。这样，就可以对来自远程系统、电机和其它大型耗能设备的其它实时数据进行工程分析， 从而使分析更快、更直接、更准确。与工业控制系统数据集集成时，IIoT 还增强了实时警报功能、预测能源需求的能力、使用模式以及优化能耗的方式。

能源效率正在成为许多公用事业所有者关注的问题。据估计，大多数泵系统尺寸过大，许多都超过20％。电力成本往往占泵总拥有成本（TCO）的40％，因此管理此资产的能源至关重要。集成IIoT 的智能泵是一种比较好的解决方案。这种方法通过提供更高质量和更精确的数据来运行，从而可以节省能源，延长设备使用寿命并降低维护成本。

 数据科学和建模 

在供水/ 废水处理设施中，用电大户之一是抽水和曝气设备系统。利用数据科学技术、建模、IIoT 技术和计算智能，可以实现数据驱动的框架，从而以改善供水/ 废水泵系统的性能。泵系统的性能通过能耗和泵送的自来水/ 废水流量来衡量。过去 ，许多泵只能在其最佳效率点以下运行，导致多余的能量被转变成振动、热量和噪音。所有这些都增加了维护和能源成本。如果未针对设备进行优化以实现最佳效率，则泵系统会减少平均维修间隔时间，从而消耗维护预算。企业必须专注于总生命周期成本，而不是初始的购买价格。

在无线连接方面，消费领域现有的很多应用都无法满足工业应用的需求。造成这种情况的原因，包括用于广域网的无线通信技术设计欠佳，而且有的安全性和可靠性也不达不到严苛环境下的工业要求。为了解决安全性和可靠性问题，IEEE 发布了被称之为IEEE 802.16s 的私有、许可无线现场区域网新标准，该标准结合了IIoT、自动化和能源管理计划，可以为自来水工业带来历史性的发展机遇。

IIoT 传感器通过新的电池供电网络解决方案，可提供便宜得多的价格，从而大大降低了实施成本。先进的IIoT 水利工程应用解决方案，在市政自来水公司中越来越受欢迎，企业可以将数据和分析视为解决老化的水利基础设施问题的关键工具。

通过互联网连接物、服务和人员的能力，改善了数据分析，提高了生产率，增强了可靠性，节省了能源和成本，并通过创新的业务模型为企业带来了新的收入机会。支持该生态系统的IIoT和云服务还可提供将世界一流的数据分析功能带入较小的生产设施的优势。

但是，基于增强IIoT 的远程监控，在提高效率的同时，也使供水系统可能增加更多潜在的网络攻击或黑客攻击的安全风险，这也可能会影响交付。随着供水和废水运营对新技术的应用，必须更加关注使用安全可靠的无线网络技术、异常检测和重新设计的系统架构。

 应用IIoT的7个好处 

IIoT 技术正在通过以下7 个方面改善水处理行业：

1

漏水检测

通过将能源模式与生产和过程变量相关联来提高能源效率。通过分析以检测失水、失窃及实现压力管理。

2

更有效的系统水管理

这些IIoT 水传感器可跟踪水质、温度、压力、消耗量等。这些设备通常直接与自来水公司进行通信，以分析数据并以易于理解的格式与消费者共享。例如，用户可以了解他们的消费与城市平均水平、以及和自己前几个月的数据进行比较。

3

水质和安全监控

4

批发和零售消费的透明度

应对能源成本的波动或新的合规要求。支持能源预算和合同谈判的性能建模。

5

基础设施的预防性维护

通过IIoT 数据平台进行预测性和预防性维护以及异常检测。

6

行业整合

技术公司可以建立公用事业记录，大型工业企业在其产品组合中更好的实现协同效应。

7

鼓励制造商开发全面的“智能泵送系统”

关键概念： 

■ 水和废水处理行业受益于工业物联网应用。

■ 通过互联网将物、服务和人员互连在一起，可以提高生产力。

思考一下： 

工业物联网技术如何提供优势？哪些是夸张的炒作内容，确定适合真正需求的技术？

- END -

本文来自于控制工程中文版（CONTROL ENGINEERING China）2020年04月刊《聚焦过程自动化》栏目，原标题为：利用工业物联网技术进行能源管理