1、项目背景介绍

焦作市博爱县第二污水处理厂始建于 2019 年，位于河南省焦作市博爱县开源大道与博广路交叉口，总占地 4.5 万 m2，设计处理规模近期 2 万吨/天，远期 3 万吨/天。目前日处理能力在 1 万吨以下，主要收集博爱县主城区西部及南部新扩展区的生活污水。采用成熟、稳定、可靠的 A2O 工艺和深度处理工艺，实现生活污水的无害化处理和达标排放。本项目分两期建设，近期设计规模为 2 万吨/天，远期设计规模为 6 万吨/天。目前正采用我公司“数字化污水厂”建设方案进行设计。通过数字化污水厂建设方案，可以实现污水厂的数字化双胞胎运营及全生命周期管理，实现污水厂的稳定达标、节能降耗、高效互动运行。该方案可全面提升污水厂管理水平。

2、项目目标与原则

基于行业发展现状和污水处理厂转型需求，中原环保股份有限公司和河南智慧水务股份有限公司达成智慧水务战略合作，引入西门子数字化工业集团先进的数字化软硬件体系，率先建立了国内基于工业物联网的第一座智慧污水厂—焦作市博爱县第二污水处理厂，以最终目标“提质增效、节能降耗”为方向，以数字化引领智慧化，以技术创新推动成果落地，三方联合共同打造水处理行业标杆，建成国内第一座智慧污水厂标杆项目，从一体化设计施工到一体化运行维护的全生命周期管理、软硬件高度统一的完善的智慧污水厂。

3、项目实施与应用情况

（1）项目规划：

COMOS（西门子一体化设计一体化运维软件）平台为工厂相关人员提供了一个高效的相互协作的工作环境，工厂设计的 P&ID  图、电气图、工程设计数据，工程项目信息、工厂运维信息、工厂资产信息等都能保存在单一的数据库中，不同部门的用户被赋予不同的权限，以便在登录 COMOS  后能以既定的权限进行相应的工作，并且不同的数据能以不同颜色标识数据状态，实现不同部门之间便捷、高效的合作；COMOS   采用的单一数据库技术、面向对象技术、 工作层技术、知识库技术等，实现了与多种设计软件的集成，如二维或三维 CAD软件、SAP  和 MS Office 软件等，以共享方式管理工厂的所有资源信息。

在 COMOS 中，可以进行工厂设计，定义自己的工厂结构，文档报表模板，用户权限，以及工厂自己的管理工作流，文档审批流程，工厂规则等，因此，通过简单的配制和客户化工作，就能使 COMOS 成为企业管理经验、知识沉淀的平台，从而真正达到企业工厂管理的信息化，标准化，智能化。实现工厂从设计到运维的所有参与人员，所有的设计工作流、运维工作流，所涉及到的数据、文档、图纸、信息等均能以企业的标准、流程，在一个通用独立的数据库中进行管理，这对于工厂管理的质量，效率等都带来了极大的益处。

（2）实施与应用情况：

① 数字化水务设备：该污水厂的主体工艺段 A2O 反应池全部采用数字化设备，包括智能电机控制柜（iMCC）、高级自动化控制柜（PLC）、智能按钮箱、智能阀门和智能仪表，采用 PROFINET  通讯总线控制方式，代替传统大量硬接线，只用一根通讯电缆就能将所有控制设备连接起来，进行现场信号的采集和传输。同时配备双冗余设计，提高自控系统安全性。该方式设计、施工简单，节省电缆成本和安装费用，采集信息更全面，集多种控制、保护、监控、诊断功能于一体，继而实现设备状态监测、远程诊断、智能维护等功能。在不增加建设成本的基础上，提高了工程质量，缩短了建设周期，并对污水厂的后期维护起到降低难度、节省费用的效果。

②  全生命周期管理：面向污水厂 A2O 段和鼓风机房的所有设备，从一体化设计到一体化运维进行全生命周期管理，所有设备及其属性构成了统一数据库平台，工程师可以使用一致的数据，在同一数据库下完成设计和运维工作。

③ 数字化双胞胎：面向博爱污水厂全厂建立三维可视化模型，还原污水厂现场。结合全生命周期设计阶段数据，可以将设备在污水厂环境下的 3D 视图与图纸、说明书等 2D 信息关联起来，实现二维设计与三维展示的数据交互。运维人员可以在 3D 视图中快速查看设备位置，直接访问设备特性、维护历史记录、文档等信息，实时掌握设备的真实状态，辅助决策。同时接收自控系统采集的实时数据和故障信号，方便人员查看和监控现场运行。借助模型定制巡检、维护、事故等沉浸式培训场景，减少传统实地培训量和培训费用，提高污水厂培训效率和人员培训效果。

④ 智能化仿真建模：仿真模型是对系统或过程的生物、化学、物理等过程的数学描述，利用成熟的反应机理数学模型，结合实时获得的运行参数，通过计算机仿真建立污水处理系统，可实现水质预测、水量预测、生化分析、运行调整等功能。通过控制仿真模型，可以测试控制程序，提早检测错误，降低现场试车的风险和成本；通过工艺仿真模型，可以预测进出水变化，优化污水厂工艺、控制等方案，改善运行策略，减少能源消耗，提高污水厂的精细化管理水平。

⑤ 智慧水务综合管控平台：采用 B/S 架构，以污水厂三维可视化模型为基础，结合真实感强烈的视图和快速导航功能，可以将设备的 3D 模型与图纸、列表等 2D 信息、自控系统采集的动态数据都关联起来，辅助运维人员直接访问或更新设备特性、维护历史记录、文档等内容，模拟运行、巡查、维护等场景，减少大量的外操巡检工作，降低人工强度。同时集成远程控制、设备管理、人员培训、KPI  分析、能耗管理等功能，整体提高污水厂运营透明化、管理精细化和工程一体化水平，结合数据挖掘、趋势预测、精准控制等方法，为全面实现污水厂的智慧化打下坚实基础。

（3）项目创新性：

通过 COMOS  软件系统的实施和部署，构建焦作市博爱县第二污水处理厂数字化项目设计和数字化工厂运维管理平台，在此基础上整合项目数字化设计、项目数字化交付、工厂设备运维管理、工厂信息文档及数据管理，构建工厂全生命周期管理，消除工厂管理过程中的各个信息孤岛，构建工厂一体化管理，杜绝差错和失误，提高工厂管理效率和质量。

4、效益分析

（1）从根本上建成一个智慧 4.0 污水厂，基于数字化技术实现设计、施工、调试、运维等有效协同，灵活控制现场设备，优化维护管理流程，提高响应速度，提升水质，节能减耗，高效管理，无人（少人）值守，实现可视化、数字化、智能化升级；

（2）为国内污水处理厂的智慧化转型提供新思路、新技术，以智慧水务建设为抓手促进更多传统行业的智慧建设，以提高河南省智慧化行业水平，带动区域经济整体发展；

（3）为引入、培养智能制造、工业物联网、大数据分析、人工智能等领域的高精尖人才提供成长平台，协同发挥高校、企业、科研机构等各方作用，激发人才创新能力，促进社会、经济、生态的高质量发展。