《西門子數字化水務白皮書（40頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《西門子數字化水務白皮書（40頁）.pdf（40頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、西門子數字化水務白皮書Siemens Digital Water White Paper 西門子數字化水務白皮書 2目前世界正面臨著百年未有之重大變局，而資源和能源始終是一個國家、一個民族發展的頭等大事。從蒸汽機時代、電氣化時代、信息化時代到如今的數字化時代，每一次工業革命的出現都給人類社會各領域帶來了深遠影響。隨著制造業升級到了工業 4.0 階段，數字化水務已經成為水務行業發展的熱點，利用 5G、云計算、人工智能和區塊鏈等先進技術提升水務企業的效率和競爭力，代表了未來行業的發展方向。2021 年 3 月 12 日發布的中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱

2、要從國家層面對數字化和水務行業提出了具體要求。綱要明確指出：加快推動數字產業化，推動數據賦能全產業鏈協同轉型；加快發展方式綠色轉型，全面提高資源利用效率，實施國家節水行動，建立水資源剛性約束制度，強化農業節水增效、工業節水減排和城鎮節水降損，鼓勵再生水利用，單位 GDP 用水量下降 16% 左右。在“十四五規劃”和“碳中和”目標的宏觀愿景之下，水務企業如何在完成自身數字化轉型的同時， 實現節能環保的綠色可持續發展，以達到社會效益和經濟效益的雙贏，的確是對我們每一個人智慧的考驗。呈現在讀者面前的這本西門子數字化水務白皮書集中匯聚了作為水務領域應用專家及數字化解決方案的領先者西門子公司對目前中國水

3、務行業的理解和經驗。本書系統分析了水務行業面臨的數字化挑戰，分享了西門子水務行業數字化轉型方面的成功經驗，并對水務行業數字化做了詳盡的全方位解讀，為未來全行業的綜合服務提供了一站式的數字化技術解決方案。希望本書能為今后中國的水務行業向數字化方向健康發展，貢獻出西門子的智慧與綿薄之力。我們期待和業界一起推動中國水務行業的綠色發展！ 西門子數字化工業集團序言3 西門子數字化水務白皮書 第一章：數字化 水務行業的未來之路 . 51. 水務行業的現狀不容樂觀 . 52. 水務行業痛點與挑戰 . 53. 水務行業數字化轉型 大勢所趨 . 6第二章：數字化水務第一步 數字化咨詢 . 7第三章：多維度解讀數

4、字化水務 . 81. 什么是水務 . 82. 水務價值鏈的原理與框架 . 83. 什么是數字化水務 . 84. 數字化水務應用曲線 . 9第四章：數字化水務中的使能技術 .111. 面向未來的使能技術 .112. 數字化水務中應用的使能技術 .11第五章：數字化水務核心要素 .141. 數字化水廠一體化運維平臺 .142. 水廠數字化資產管理平臺 .153. 數字化泵站系統 .164. 供水管線漏損監測解決方案 .175. 水務人員實時定位系統 .186. 數字化水務網絡架構 .197. 數字化水廠工藝仿真與優化 .198. 水務數字化的基石 .209. 水務數字化的可靠保障 .2110. 水

5、務行業工業物聯網平臺 .2211. 水務行業設備智能運維 .23目錄 西門子數字化水務白皮書 4第六章：未來，數字化水務的春天 .261. 數字化潮流勢不可擋 .262. 數字化水務的愿景展望 .26第七章：數字化水務價值案例展示 .27案例一：全生命周期數字化雙胞胎打造中國數字化標桿水廠 .27案例二：RTLS 實時定位系統守護地下水廠的人員安全 .29案例三：挖掘數據的價值 數字化泵站讓供水更高效、更安全 .30案例四：數字化勾勒未來水廠新畫卷 成都西匯水環境數字化之路 .32案例五：SIMATIC PCS neo 為廬山水廠插上數字化的翅膀 .34附錄：西門子工業數字化領域主要并購、研發

6、大事記 .36目錄主 編：姚 峻副主編：Marcel Glathe 賈晉昭 王曉玲 編 委：秦新鴻 吳文超 徐振胤 李 漓 劉 丹 焦 洋 栗鵬霞 張建華 岳 圣 李晨輝 范順杰 聞 博鳴 謝：本白皮書在撰寫過程中得到了CONTROL ENGINEERING China的大力支持，在此表示感謝！5 西門子數字化水務白皮書 第一章數字化 水務行業的未來之路1. 水務行業的現狀不容樂觀當今的中國正站在“兩個一百年”的歷史交匯點，但在我們的身邊卻深藏著一個影響經濟發展的巨大隱患 水資源短缺。預計到 2030 年，我國人口的峰值將達到 15 億左右，人均水資源量將接近或達到世界公認的用水警戒線，水資源

7、短缺將日益成為制約我國經濟社會發展的重要因素。根據最新發布的2021 年聯合國世界水發展報告，在過去 100 年中，全球淡水使用量增長了 6 倍。全球超過 20 億人深陷缺水困境，解決水資源短缺危機刻不容緩。 數據顯示， 到2030年， 如果不采取任何措施，人類用水缺口將達到 40%。到 2050 年，全世界將有57 億人每年至少有一個月遭遇嚴重缺水。眾所周知，我國是一個水資源嚴重短缺的國家，水資源總量為 2.8 萬億立方米，人均水資源占有量為2077.75 立方米 / 人（2019 年），僅為世界人均水平的 25%，甚至低于沙漠國家以色列。氣候變化和極端氣候現象頻發使水資源時空分布更加不均，

8、加之水與人口、土地資源不匹配，水資源空間分布格局與經濟社會發展格局不匹配等問題，加劇了我國水安全形勢的嚴峻程度。隨著中國經濟的持續高速發展，工業化、城鎮化的進程的加快，水資源短缺和污染問題愈發嚴重。80% 的污水未經凈化處理而直接流入河流、湖泊和海洋。在全國調查評估的 700 多條主要河流中，近 50% 的河流段和 90% 以上的城市河岸水體受到污染。加大對凈水流域和水基礎設施的投資，大幅提高用水效率成了水務行業的當務之急。2021 年 1 月，國家發展改革委聯合科技部、工業和信息化部、財政部、自然資源部、生態環境部等九部門共同印發了關于推進污水資源化利用的指導意見，對全面推進污水資源化利用進

9、行了部署。指導意見明確指出，到 2025 年，全國污水收集效能顯著提升，縣城及城市污水處理能力基本滿足當地經濟社會發展需要，水環境敏感地區污水處理基本實現提標升級；全國地級及以上缺水城市再生水利用率達到 25% 以上，京津冀地區達到 35% 以上；工業用水重復利用、畜禽糞污和漁業養殖尾水資源化利用水平顯著提升；污水資源化利用政策體系和市場機制基本建立。到 2035 年，形成系統、安全、環保、經濟的污水資源化利用格局。從污水治理的工業角度看，沒有不能凈化的污水，但所有的污水凈化都是以付出能源為代價。然而更殘酷的現實卻是，中國還是一個能源緊缺的國家。今后我們必須從可持續發展的角度審視和處理污水，這

10、就倒逼我們必須以更加科學、更加現代化的方式對待污水這種資源，使其達到再次利用的目的。在“開源”的同時，節約更多的水資源。2. 水務行業痛點與挑戰從社會和經濟發展的角度來看，2020 年注定是人類歷史上值得銘記的一年。隨著新冠疫情的出現，工業時代歷經百年形成的全球經濟體系和工業體系出現了不同程度的滯緩，與此同時，隨著數字化技術的成熟與普及，2020 年也成為了工業文明向數字文明演變的一個分水嶺。在這個歷史轉折點，如果把 2002 年原建設部發布關于加快市政公用行業市場化進程的意見算作中國水務市場化的元年標志，我們不妨回顧一下中國水務行業經過近二十年的發展到今天的現狀。中國水務行業經過近二十年的發

11、展，技術和設施雖然在節能減排、升級換代、助力智慧城市建設方面，都進行了不同程度的改造與提高。在資源整合與共享方面，水務行業的初期，曾經以自動化控制為核心，著眼于工藝優化以及生產效率的升級改造；而近年來開始著眼企業信息化，在企業資源管理、移動應用、算法應用方面進行更新換代。 西門子數字化水務白皮書 6但同發達國家相比，我國水務行業還基本上處于的初、中級階段的發展階段，總體來看整個行業還處于粗放經營層次，很多問題仍然是積重難返。在數字時代如何解決中國目前缺水、水浪費、水污染、能源緊張的現狀，水務行業能否實現“彎道超車”依然任重道遠。2020 年，中國推出了“新基建”戰略，以 5G、大數據中心、人工

12、智能和工業互聯網列為新型基礎設施建設的重點，其核心目標是為了實現數字世界與物理世界連通，構建起強大的數字生產力。即利用數字化技術和方法將工業系統通過虛實融合的方式進行交互展現，加快實現產業的快速迭代更新。中國“新基建”戰略，雖然是對經濟發展模式的調整，但并非僅限于拓展市場體系，同時也意味著更為嚴格的環保管控，更高的成本控制要求，更精細的處理工藝。眾多傳統領域亦如水務已經進入產能相對過剩階段，行業洗牌在即。水務行業將面臨前所未有的挑戰。后疫情時代，我們面臨的現狀是，自動化和數字化正在重塑工業世界。隨著中國經濟規模的快速提升，我國水務行業的發展已經從“增量”走向“提質”，系統化、水廠和管網的整合、

13、一體化進行污水處理、水務工程建設和運營維護的融合已成為今后發展的趨勢，水務企業要如何轉型才能真正搭上“新基建”這班駛向數字經濟彼岸的列車？3. 水務行業數字化轉型 大勢所趨隨著我國城市化趨勢以及在工業化進程中能源與資源矛盾的加劇，水務行業原有的工業模式不同程度都面臨著自動化基礎薄弱、數據碎片化難于梳理、運營成本無法精細控制、以高能耗為代價等諸多弊病，這也是擺在傳統水務企業面前的艱巨挑戰。水務企業急需通過數字化轉型，提高水資源利用效率，合理利用污水再生資源，減少水資源浪費，以及加強預防性維護，為國計民生提供安全可靠的供水保障，助力中國經濟實現可持續的發展。2020 年 12 月，中央經濟工作會議

14、確定的八項重點工作，其中第八項做好碳達峰、碳中和工作。我國二氧化碳排放力爭 2030 年前達到峰值，力爭 2060年前實現碳中和。會議指出，要抓緊制定 2030 年前碳排放達峰行動方案，支持有條件的地方率先達峰。要繼續打好污染防治攻堅戰，實現減污降碳協同效應。碳達峰碳中和目標的提出，有利于加速污染治理領域新工藝、新產品的研發，以降低能耗；還將促進再生水的循環利用，以及污水處理后剩余污泥的綜合利用等。2021 年 3 月發布的中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和 2035 年遠景目標綱要對水務行業的新發展提出了明確要求：加快發展方式綠色轉型，全面提高資源利用效率，實施國家節水行動，

15、建立水資源剛性約束制度，強化農業節水增效、工業節水減排和城鎮節水降損，鼓勵再生水利用，單位 GDP 用水量下降 16% 左右。在貫徹 “十四五” 時期可持續的新發展理念、 落實 “新基建”戰略發展方向的同時，實現碳中和的遠景目標，是擺在水務行業面前的嚴峻的課題和挑戰。秉承“創新改變行業、智慧引領發展、數字成就夢想”的理念，水務行業不斷趨向“節能、降損、控漏、提效、環?！边\營管理方式，向數字化、智能化穩步邁進：將水務運營工藝與操作流程數字化，將企業內部的人、事、物納入數字化管理系統來提升管理效率；打造數據一體化、流程整合化、應用集成化、決策科學化管理模式， 讓水務企業的運維、 管理能力得到提升；

16、并通過大數據、云計算等技術將信息在數字層面挖掘水務企業資產的價值提升潛力。從源頭一直到用戶端，在最大程度上提升水務公司的應急響應能力，涵蓋包括管網搶修、水質安全監測在內的整個水循環周期。從而實現全面感知、泛在互聯、普適計算與融合應用。在輔助決策之余，智慧水務還將與水環境系統中的實時控制模塊相結合，輔助自動化控制。有鑒于此，未來水務企業的核心競爭力是通過水務物聯網獲取水網數據，以云計算和大數據分析提供長期決策支持和增值服務，這也是水務企業擁有核心競爭力的主場。隨著“新基建”中 5G、大數據中心、人工智能、 工業互聯網不斷融入數字化水務的各個環節，水務行業將進一步迎來發展的“黃金時代”。 數字化轉

17、型是水務行業迫在眉睫的一場革命，其重要意義可以等同于水務行業中的“二次工業革命”。水務企業應以數字化引領、邁向第二次深度的可持續轉型，構建數字化水務新業態。在緊跟趨勢、韌性成長、加快數字化轉型的過程中，選擇適合企業的數字化解決方案也扮演著至關重要的作用。7 西門子數字化水務白皮書 第二章數字化水務第一步 數字化咨詢數字化轉型不是目的，而是企業解決自身問題和挑戰，并釋放生產力和效率潛能的重要工具和手段。數字化轉型從一開始就要緊扣企業自身實際現狀的天然屬性，一套“放之四海而皆準”的解決方案顯然無法“面面俱到”，滿足每一家企業的個性化需求，尤其對于工藝和技術不盡相同的水務工業而言更是如此。因此，在開

18、始水務數字化之前，做到“心中有數”，謀定而后動，才能盡可能保證數字化轉型取得成功。這樣，數字化咨詢應運而生，它成為水務行業實施數字化轉型的第一步。作為全球電氣化、自動化和數字化的領先廠商，西門子為全球水務行業用戶提供全面的解決方案，其自身在數字化領域也已實踐多年，擁有豐富的實踐經驗和方法。而如今，西門子已經開始對外提供數字化咨詢服務。西門子水務行業數字化咨詢以 IT 和 OT 融合為主線，以省時、節約、高效和安全為四大原則，近期以工廠實際需要為側重，遠期以戰略需要為側重。服務內容包括：基于標準化和科學的咨詢管控流程和步驟，西門子針對水務行業提供專業的數字化工廠頂層設計和咨詢規劃，幫助客戶專業、

19、合理、有序和穩健的推進數字化轉型，目前已經具有一套經過實踐檢驗行之有效的方法論。西門子通常會分五個階段來給水務工業企業做數字化咨詢，分別為：統一思想、現場調研、數字化評估、數字化路線圖制定、咨詢報告撰寫?！拔宀阶摺睌底只稍兎椒ㄕ搸椭髽I一步步抽絲剝繭，將宏觀的數字化戰略轉化成可落地實施的方案，并且對每個實施點進行相應的經濟性和技術性的可行性分析，確保企業能夠科學、順利地實現數字化轉型的目標。整個周期約為 10 到 12 周。這五個階段從宏觀戰略和清晰實施思路角度出發，幫助企業一步一步抽絲剝縷，把戰略轉化成可落地實施的方案，并且對每個實施點進行相應的經濟性和技術性的可行分析，最后確保企業能夠非

20、常順利、合理、科學的來實現數字化轉型的目標。當然，西門子對于客戶的價值遠不止于通過咨詢形成數字化藍圖和實施路線圖。更重要的是，西門子還具備可以為客戶提供從數字化愿景到落地實施的一站式服務。 西門子數字化水務白皮書 8第三章多維度解讀數字化水務1. 什么是水務在解讀什么是數字化水務這個問題之前，我們先要搞清楚 “水務” 的概念。 水務行業通常是指由原水、 供水、節水、排水、污水處理及水資源回收利用等構成的產業鏈。從主要環節來看，水務行業又可分為原水生產與供應、自來水生產和供應、污水收集、污水處理、中水與再生水利用等多個環節。隨著水資源短缺、城市化和基礎設施老化日益成為人們的主要關注點，水務部門必

21、須尋求優化工作的新方式，以找到運營成本、資產管理和支持節約用水之間的平衡點。要讓水務行業更可持續、更加安全，就必須打造新一代的水務管理系統，接納先進的數字化技術和解決方案。隨著物聯網、大數據、云計算及人工智能等新技術不斷融入傳統行業的各個環節，新興技術和智能工業的不斷融合，為水務行業帶來了數字化變革的新契機。2. 水務價值鏈的原理與框架在水務行業的價值鏈上，環境、水資源與水務公司相互關聯，水務公司與其消費者相互關聯，消費者又與環境相互關聯。無論是物理基礎設施、水質、服務還是其它，水務價值鏈上的所有關鍵節點都可以應用數字化水務技術。需要注意的是，水務價值鏈這個概念不僅涉及水務公司，還涉及水源（如

22、流域等源頭）和用戶（如公共部門和用戶）。國際水協會（IWA）在流域城市行動議程（IWA Action Agenda for Basin-Connected Cities) 概述了水務價值鏈的原理，并提供了相應的行動框架，以便協調流域內的城鎮、工業、農業和生態需求。今天我們生活中所用的所有水，都是來源于兩個源頭，一是大自然的恩賜，包括湖泊 / 河流等地表水、以及開采的地下水；二是經污水處理廠處理后的再生水。它們通過收集、處理和分配系統的水廠、水處理廠經過泵站與管道輸入到終端用戶，供農業灌溉、居民生活、工業、商業使用。而使用過的水，一部分通過自然蒸發和地表滲透又回到了大自然變成了地表水和地下水。一

23、部分通過人工收集與處理變為再生水。二者殊途同歸又回到了水源的起點開始了下一個循環，水務鏈的閉環就是這樣周而復始。在上述整個水務鏈的閉環動態過程中，除了蒸發與滲透不需要消耗能源外，其它環節和過程都是以耗費能源（尤其是化石能源）為代價完成的。傳統水務鏈運行的最大弊端在于：在整個過程中產生的不合理的能源消耗、設備損耗以及人員的支出。而數字化的水務鏈解決方案，可以將現有過程和環節的能耗降至最低，在提升水廠運營安全性和穩定性的同時，以更低的能耗獲取更高的效率。隨著低碳環保意識的提升及更多推動碳中和目標實現的相關法規的頒布，更多水務企業將積極推進數字化轉型升級，以突破現有瓶頸，實現綠色可持續發展。理論上說

24、起來很簡單，但要真正在水務鏈上實現數字化方案并不簡單。因為數字化水務不再是根據人為選取數據得出結論、做出反饋，而是圍繞水務鏈上的三個不同階段的即時數據，設計、調試、應用不同的數字化解決方案。其中最大的難點是建模評估。這里的模型，既包含了有明確物理意義的數學模型，也包含了以統計、機器學習為代表的數據驅動模型。也正因如此，數字化水務對于行業的專業性要求相對較強，行業的壁壘較高，非一般企業能涉足期間。3. 什么是數字化水務水務行業通常由原水、 輸水、 凈水、 供水、 售水、 排水、污水治理、再生水回收利用和相關管網建設與維護、甚至包括設備生產等一系列產業節點構成。如何在這些階段和節點實現數字化，是水

25、務企業轉型升級中必須面對的挑戰。9 西門子數字化水務白皮書 典型的數字化水務解決方案示例水源與環境收集、處理與分配 終端用戶流域完整性遙感監測主動遙感監測包括溫度、 流量、 PH值、硝酸鹽等，可監測不同的深度。過程優化結合算法，水質傳感器可以優化處理過程，減少資本和運營成本。數字化用戶參與通過網絡、移動設備、社交等方式實現與客戶互動模式的數字化轉型。預測性維護使用聯網設備和維護方案，減少關鍵設備與管道的停工期和出錯率。數字化水務產品與服務擴大水務公司價值主張涉及的范圍，提供新的水務管理服務數字化勞動力經過數字化培訓的專業人員通過利用現場的數字化系統來提高規劃效率，更好安排進度，優化物流和更有效

26、的管理。交互式需求管理借助用戶分析和智能水表來匹配供需，識別用戶終端漏水、潛在非付費用戶等異常情況。數據集成層指靈活的跨企業集成層、模塊化應用程序架構和集成表示層數字化雙胞胎指數據集成、分析與可視化能力，幫助水務公司管理人員把控其所部署的智能系統在如此龐大的產業鏈中實現數字化轉型，并不是一件容易的事情。以全生命周期的“數字化雙胞胎”為核心理念構建起的價值主張和技術路線可以把數字化水務的未來描繪得越來越連貫、越來越清晰。經過多年的探索與實踐，數字化水務企業從方法論到路線圖，乃至產業全生命周期的數字化，都有了成熟的解決方案和應用案例。具體到數字化水務，就是水務產業鏈中的企業從工廠規劃設計、工程工藝

27、設計、生產、日常運維到服務的全生命周期所有環節，通過打造 3D 虛擬工廠、工藝仿真和設備資產數字模型等三個維度的數字化雙胞胎，實現水廠的運營透明化、生產精益化和工程一體化。3D 虛擬水廠將整個實際工廠的設施、設備、工藝、管道和儀表等用三維可視化模型展現，還原水廠的真實面貌，實現運維人員的虛擬工廠巡檢和操作員仿真培訓。仿真水廠就是整個水廠的工藝機理維度的雙胞胎，通過工廠的抽象仿真建模將現實水廠的工藝過程模型化，可以將真實接入的 DCS 與仿真的 DCS 實時對比，達到理論指導生產的目的。設備資產數字模型數字化雙胞胎是水廠的關鍵設備資產建立全生命周期管理的數據模型，將設備在運維階段的資料與設計階段

28、資料無縫銜接起來，運維人員可以直接打開整個產線，或者設備的設計圖紙、電氣原理圖、P&ID 設計圖等，而且設備的 3D 模型和 2D 圖紙與說明書進行關聯，實現了二維設計與 3D 虛擬工廠的交互。在數字化水務協作平臺上，無論是虛擬端、真實端的數據、 設計參數、 質量參數、 工藝參數等都集成在其中，虛擬和現實的結合作為閉環持續改善過程，如果在真實生產過程中發現產品問題，可以在虛擬端把產品設計進行修改并回饋到真實的生產過程中。反之如果在虛擬端出現問題，可根據實際生產時的數據反饋來持續改善原有的設計。4. 數字化水務應用曲線水務企業對數字化解決方案和方法的應用程度各有不同。為了深入了解水務行業的數字化

29、程度，國際水協會（IWA）對全球 40 家位于行業前沿的水務企業以及25 家水務機構開展了詳盡的調查，結合高德納公司（Gartner）2017 年的報告，整合出如下數字化水務應用曲線圖。數字化水務應用曲線圖旨在為現在和未來的水務企業提供行之有效的工具，幫助各機構評估其數字化程度，并為他們指明接下來的發展方向。該曲線圖分為五個階段，每個不同的階段各有其典型特征。曲 西門子數字化水務白皮書 10線圖為現在和未來的水務公司提供行之有效的工具，幫助各機構評估其數字化程度，并為他們指明接下來的發展方向。第一，尚未開始階段：處于傳統、遺留式基礎設施，尚未實施數字化戰略或技術。企業將數字化列為未來發展的優先

30、任務，高層管理制定數字化升級戰略，開展試點項目，探索數字化技術的應用。第二， 基礎階段：開始在運營流程中運用數字化技術，發展在線監控能力，包括物聯網、數據采集與監視控制系統。企業積極推動試點項目，向同行學習，從研究中學習。推動記錄、計費等系統進行無紙化轉型。確保用戶和員工清楚了解企業的數字化發展方向。第三，機會階段：重新設計大多數運營流程，以便實現數字化和自動化控制，使用分析工具進行流程優化。企業在這一階段將鞏固數據基礎設施，以便進一步實現數字化應用；圍繞數據驅動的目標實時調整水廠設施的運行。第四，系統階段：充分部署了數字化技術，實現了流程間的自動化控制，根據數字化基礎設施的需要開發內部資源與

31、平臺。水務企業通過數字化技術開發革新式的新型產品和服務；建立可不斷演化的數字化框架，確保項目和數字化目標與業務戰略相一致。第五，革新階段：將數字化技術納入整個企業的業務和運營流程，并將高級分析技術用于決策。在這一階段，水務企業將通過數字化應用獲得更大的效率提升，在不斷學習數字化先進經驗的同時，實現低能耗、高效益、可持續的綠色發展。如果說 IWA 的調查報告和高德納公司繪制的成熟度曲線圖比較細致地展示出了水務公司數字化程度的變化，那么在實踐中，我們可以把水務公司數字化的進程粗略地劃分為三個時期。早期（基礎階段）發展階段的水務公司重點在于部署軟件平臺、新型傳感器與智能水表。隨著曲線逐漸上揚。中期（

32、機會階段）提高自動化程度、集成網絡和改進內部基礎設施等舉措開始應用在系統中。水務公司的數字化程度也越來越高、數字化技術逐漸應用在流程內部和流程之間。后期（系統和革新階段）數字化程度更高些的水務公司則成功地將 VR 和大數據等技術與自動化流程、決策制定結合起來。這些水務公司已經開始部署智能方案和構建起新型的數字化商業結構。這些分析體現了水務企業從幾乎沒有數字化基礎設施，到實施系統性和變革性的數字化系統和戰略的過程。11 西門子數字化水務白皮書 第四章數字化水務中的使能技術1. 面向未來的使能技術什么是使能技術？它是從 Enabling Technology 直譯而來。一般而言，使能技術是指一系列

33、創新的、應用面廣、具有多學科特性、為完成任務、實現目標的技術體系。它最明顯的特征是：可以在不同領域快速形成衍生技術。使能技術不是一種具體技術，而是從技術創新鏈發展階段中的一類技術，它具有舉一反三的作用。使能技術對于一個行業的創新發展具有重要價值。使能技術雖然不是單一的一種技術，但它卻是能使你快速達到目標的技術。使能技術還具有關聯、交織、重疊等特性。越是在宏觀領域，這一特點越是明顯。目前我國使能技術的研究與應用主要集中在智慧城市數字平臺的運行方面，而水務領域恰恰是智慧城市數字平臺的一個方面，也是關系到國家、民生的宏觀領域，因此我們必須深入研究和加快應用的步伐。2. 數字化水務中應用的使能技術數字

34、化的水務體系，可謂是對使能技術集大成最好的詮釋，它把“大數據 + 物聯網 + 云平臺 + 移動化”以及人工智能、邊緣計算等十幾項最前沿的科技成果有機的融為一體， “使” 每一項當今的新技術形成了合力，讓以往不可思議的事情“能”了起來。在此“數字化”早已跳脫了二進制的概念，重新組合成為一種人類與世界互動的新方式。云計算云計算（Cloud Computing）是一種基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源，它甚至可以提供每秒 10 萬億次的運算能力。云計算使用戶能夠通過互聯網遠程訪問和使用計算機硬件和軟件，無需在本地購買、安裝、運行和維護軟件應用程

35、序，并可根據所使用的服務量及使用時間支付服務費用。工業云計算是包括業務流程、事物和系統，在水務這個巨大的產業鏈條中，由于水的流動性，在設計和運行環節中，會產生海量的實時數據。而數字化水務系統基于工業云計算和工業人工智能的完美結合，能夠為客戶提供覆蓋評估、咨詢、集成、實施與數據服務一站式完整數字化解決方案。數字化雙胞胎數字化雙胞胎（Digital Twin）實際上是利用數字化技術營造出與現實世界對稱的數字化鏡像。數字化雙胞胎的優勢是可以通過一致性數據存儲和集成數據模型，實現整個工廠的最新精確虛擬模型。支持在工程階段運行仿真，從而大大縮短調試時間。在數字化水務企業的全過程中，數字化雙胞胎更多的是要

36、實現 IT 與 OT 的互聯互通，打造端到端的價值鏈，形成從采購、訂單、排產、倉儲物流到用戶的閉環信息流，將從設計、工程、生產、運維到服務的所有數據集成到一個平臺，從而實現智能運維。在虛擬世界如何展現在現實世界中諸多復雜的生產環節與工藝？這就需要依靠數字化雙胞胎。只有基于數字化雙胞胎技術我們才可以將智能運維中的強化感知、優化控制、銳化運營等應用融入到水務企業的應用場景之中。在產品設計過程中實現產品質量預警，在產品生產中實現風險預測、參數優化和仿真模擬，以及在性能方面實現預測性維護，如異常預警和智能診斷。工廠數字化的優勢在于其通過若干系統的集成，可生成實際現有工廠的數字化雙胞胎模型，并可鏈接到以

37、數據庫結構導入的工程數據。從而可以驗證數據，并且工廠運營商可以獲得工廠的最新數字畫面，進而實現全面優化運行，數字化模型還可以通過交互兼容軟件工具為供水系統設計提供可靠的決策支持，并能根據人口增長和需求增加預測污水處理和污水量。 西門子數字化水務白皮書 12物聯網物聯網（IoT）是指通過各種傳感器、感應器、掃描器、識別技術、定位系統等各種裝置與技術，實時采集需要各種需要的信息，通過各類可能的網絡接入，并同時可實施監控、連接、互動的過程。從而實現物與物，物與人的泛在連接，以及對物品和過程的智能化感知、識別和管理。數字化水務的實現，必須借助豐富而深厚物聯網行業知識與經驗，全面的行業洞察力以及豐富的大

38、型系統實施經驗。從戰略的制定直至戰略的設計與實施，幫助企業成功重塑其行業的未來，才可能通過數字化轉型助力企業客戶實現可持續增長?；谖锫摼W構架上搭建起來的數字化水務，從數據精確采集到傳輸、處理、展現，每個環節都開啟獨特的數字化之旅。從戰略制定、設計和原型制造，直至解決方案的制定與實施，將與客戶共同制定、規劃和交付，涵蓋整個物聯網價值鏈的端到端解決方案，包括從應用構思到開發與運行的所有方面。邊緣計算邊緣計算（Edge Computing），是指在靠近物或數據源頭的一側，采用網絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程序在邊緣側發起，產生更快的網絡服務響應，滿足行業

39、在實時業務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。邊緣計算處于物理實體和工業連接之間，或處于物理實體的頂端。而云端計算，仍然可以訪問邊緣計算的歷史數據。邊緣計算是在高帶寬、時間敏感型、物聯網集成這個背景下發展起來的技術。對物聯網而言，它意味著許多控制處理過程將在本地邊緣計算層完成。這無疑將大大提升處理效率。由于更加靠近用戶，還可為用戶提供更快的響應，將需求在邊緣端解決。在數字化水廠部分子系統中的應用，如 DPS 系統中的泵組預測性維護及故障診斷系統，泵組預測性維護技術、故障預診斷技術在模型化之后可以實時的對數據進行處理，一旦發現問題就會生成計算結論或人工的非 AI 診斷請求，并向云端推送。

40、同時，第三方 PLC 和DCS 的數據，也可以通過邊緣端計算向其他子系統、中心系統和云端進行數據交換。邊緣計算可節省云端計算的資源、減輕云端的負荷，也是未來數字化技術的發展方向之一。虛擬現實 / 3D 仿真 虛擬現實技術（Virtual Reality），是利用計算機生成一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關于視覺等感官的模擬，并允許其交互地觀察和操作的虛擬世界的技術。虛擬技術在水務行業中生命周期的開始直到周期的結束，即從設計制造、到培訓運營和維護的每個階段都有所應用。它可以讓使用者更好地理解、應用數字化技術，并減少錯誤?；旌咸摂M和現實物理環境的服務，還能幫助使用者練習和熟悉操作復雜或遠程的設備。

41、通過虛擬現實系統可實現裝配工藝的模擬和優化、提高概念設計的效率、精簡設計單位和更加有效地進行工廠規劃。如果工廠在規劃階段出現問題，改動設計付出的代價會很高昂。而通過虛擬現實 /3D 系統，能夠對產品進行制造前的虛擬評估，以確保相應的設備規格得到滿足，避免代價高昂的錯誤。通過沉浸式的虛擬現實 /3D 仿真系統，工廠運行人員不僅可以訓練在特定的制造環境下如何應對突發的緊急情況，還可以了解不同的應對措施對于運營的影響。利用虛擬現實技術構建水務安全作業虛擬仿真訓練系統，還支持多人在線交互式訓練功能，能夠測試團隊協作及溝通能力。虛擬現實技術還提供了在實際環境中不存在的工況下培訓運營人員的機會，無論設施正

42、在建設中，或是在偏遠地方，都能有效解決員工培訓的成本、安全和效果問題。設備檢查、工作指導和員工培訓是虛擬現實技術應用的優勢領域。制造業中虛擬現實的早期采用者已經證明，將這些先進的技術用于員工培訓將有助于彌合員工技能差距，并改變員工的培訓和評估方式。它有助于降低成本，以及實現更高效和安全的運維，這些優勢將貫穿在數字化水務管理的每一個環節。實時定位實時定位系統是未來智能工廠的關鍵組件。它通過室內外精確定位，實現對工廠內設備、人員、工件、物料等實時連續跟蹤，生成軌跡路線圖，并將定位數據發送給上層的軟件系統，結合數據分析，進而提供可視化及精細化生產管理能力。實時定位系統解決方案是基于簡單架構網絡的彈性

43、可擴展定位平臺，可提供定制定位解決方案所需的組和服務，提供一站式解決方案。該系統可以提高現場巡檢維護安全性及工作效率，實現工作現場可視化和工13 西門子數字化水務白皮書 作過程自動記錄，為數字水廠各創新業務應用提供位置信息采集基礎環境，為工人安全與減員增效相結合提供平臺保障。工業識別與定位成為促進制造業數字化的關鍵技術。幫助企業改善生產過程和整個物流，使全范圍、全過程實現數據可視化，提高時效性，并且避免錯誤。實時定位系統適用于復雜工業環境，真正做到高精度實時定位。 智能分析智能分析通常是指通過計算機圖像視覺分析技術，將場景中背景和目標分離進而分析并追蹤在攝像機場景內出現的目標。智能分析技術用于

44、視頻監控方案通常有兩種：基于智能視頻處理器解決方案的嵌入式系統；基于工業計算機的解決方案。在嵌入式系統方案中 ,視頻分析設備被放置在 IP 攝像機之后，而基于工業計算機的解決方案只能控制若干關鍵的監控點?；凇霸啤钡膽?，數字化水廠可采用很多智能化的技術，通常其智能分析有三個層次：一個是強化感知，從認知到傳感；一個是優化控制，從精準到最佳；一個是銳化運營，從專業到協同。智能分析系統利用水廠海量的歷史數據，通過對設備運行狀態的預測預警模塊與智能排查診斷模塊，不僅能及時預測預警運營中的故障風險，還能幫助企業高效診斷故障原因并指導其進行維修維護，從而有效控制風險、達到降本增效的目的。人工智能人工智能

45、（Artificial Intelligence）是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。作為計算機科學的一個分支， AI領域的研究包括機器人、 語言識別、 圖像識別、自然語言處理和專家系統等。近年來，隨著計算機算力的大規模發展及算法的不斷突破，AI 得到了快速發展，這為水環境污染防控、水質安全保障、涉水設施優化重構及流域生態系統管理等技術的研發和創新提供了強大的工具。借助機器學習和人工智能，結合往年的大數據，可以為特定的水務場景構建 AI 模型，對水質進行自動化監控和評估，從而提升水廠優化水質的空間，為居民提供更好的用水質量。搭載物聯網和 AI

46、 的應用技術，有助于徹底解決飲用水水質安全和遠程運維難的問題。水務場景監管對象數量多且分布廣泛，基于數據驅動的 AI模型，可更好的實現水域侵入識別、水位線測量、漂浮物監測等智慧水務管理應用。AI 技術的迅速進步，為水環境風險防控、水質安全保障及水系統優化管理等技術從微觀到宏觀的發展與應用注入了新的活力。區塊鏈區塊鏈 （Blockchain） 本質上是一個去中心化的數據庫。是一種分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式。通過區塊鏈技術將全水務的運行數據上鏈，構建可證可溯的電子證據存證，促進水務涉及的機構間信息的橫向流動和多方協作。水務企業對傳感器和大數據的使用需要

47、數據的可靠性、可訪問性和分析性，這在一定程度上可以通過區塊鏈系統進行管理，區塊鏈技術可以實現對數據獲取的權限管理，為用戶的數據提供有效的隱私保護與數據確權，使用這種分布式分類帳技術可以使數字化資產管理更加可靠。安全的區塊鏈系統可以降低黑客攻擊、數據破壞的風險，并提高透明度。區塊鏈正在數據共享、水交易、大壩管理、污水監測和污染控制等水務行業的各個應用層面上進行探索。作為智慧水務環節上的重要一環，區塊鏈技術有助于水務企業能夠消除長期嵌入運營成本和資源的中介機構，從根本上改變企業交易互動以及管理和運營資產的方式。5G 賦能5G 是新一代信息通信技術，其更大容量、更多連接、更低時延的特性在給用戶帶來極

48、致網絡體驗的同時，也為智慧水務注入了新的動能。智慧水務是通過數采儀、無線網絡、水壓表等在線檢測身上實時感知供排水系統的運行狀態，采用可視化系統的方式呈現整個運行流程。傳統的無線網絡通信無法滿足水廠控制類業務安全隔離和差異化的網絡需求。5G 技術能夠幫助水務行業的運營變得更加靈活并兼顧效率，同時提高安全性并降低維護成本。依托 5G 高帶寬、低時延、大連接的技術特性，結合NB-loT 以及網絡切片和邊緣計算兩大關鍵技術，可方便實現水廠的遠程控制、監控及重新配置，讓智能裝置及設備結合云端優化算法實時自我優化。5G 技術可以滿足智慧水廠管理和生產各個環節中對安全性、可靠性和靈活性的需求，為智慧水務的發

49、展帶來更優的技術解決方案以及更加豐富的應用場景。 西門子數字化水務白皮書 14第五章數字化水務核心要素1. 數字化水廠一體化運維平臺 西門子 SIWA Xphere西門子 SIWA Xphere 是一套可訂制的水廠數字化雙胞胎平臺，是基于仿真模型建立起水廠數字孿生和根據水務特點整合的運維平臺。利用模型實現虛擬生產、模型優化、數據整合、仿真培訓，并提供對西門子所有子系統模塊的數據連接和一鍵登錄。操作員可以在仿真水廠系統里和真實水廠一樣地輸入控制指令，調整控制參數，觀測控效果。除了培訓功能以外，該系統可延伸至基于模型的智能生產、智能加藥等功能，同時可實現水廠數字化交付，是一個可定制的水廠數字化運管

50、系統。特點如下： 適用水廠 / 污水廠的一體化數字孿生運維平臺 可一鍵登錄并整合所有西門子水務數字化應用（如SIMIT, COMOS, SIWA, PCS 7, PCS neo） 開放架構可集成水行業常用第三方數字化應用（如GIS, BIM, DCS，兼容市場主要的 DCS 系統，借助第三方模型提升水廠智能，如：Intouch，Rockwell RS View） 支持第三方，如 Bentley BIM 三維到二維的集成 真正的多人操作仿真培訓考核環境，支持量化的培訓考核管理及輕量級的能力管理 虛實水廠的實時對比助力運營決策和水廠智能，虛擬化的架構方便日常維護和未來擴展 一體化工程方法實現高效無

51、縫的數字化水廠工程實施和交付 拖拽式可配置的工作空間，定制化的運營面板及清晰的用戶管理 真實水廠與虛擬水廠的實時對比 虛擬生產基于仿真模型建立起水廠數字孿生，利用模型實現虛擬生產。源于水廠模型的運行及全真的 DCS 界面及后臺邏輯，虛擬水廠可以反饋與真實水廠相似的控制結果，甚至通過模型的加速獲得未來某個時間的控制狀態，輔助操作工優化控制策略，校驗控制邏輯，為水廠的優化運行提供決策支撐，真正以數字孿生釋放生產潛力，達到謀定而后動的效果。人員能力管理水廠管理人員通過圖表報表等形式更快速直觀的了解水廠各個操作人員對水廠各個工藝段的工作能力和工作經驗。因此，在量化培訓考核的基礎上需要對各個操作人員個人

52、培訓成果進行圖表報表展示，提升管理效率。系統根據操作人員歷次的培訓記錄統計操作人員對各個工藝段的培訓記錄了解操作人員的培訓完成度，并通過報表展示。統計操作人員各工藝段下個培訓場景的培訓結果的，并通過圖表展示。定制化的操作手冊可根據培訓場景自動切換。水廠運營的操作手冊可以載入水廠的實際運營規范及要求。15 西門子數字化水務白皮書 可隱藏式工具條，可快速切換各種培訓場景，可調的培訓仿真速度，培訓時間倒計時，題目瀏覽、提交、歷史培訓記錄等。提供量化的考試分數，并給出操作錯誤的步驟。 最終形成培訓證書， 供管理層和個人查看。 強大的平臺接口管理功能2. 水廠數字化資產管理平臺 西門子 COMOS Pl

53、atformCOMOS Platform 是西門子的貫穿全工廠生命周期的一體化軟件平臺，是實現一體化工廠工程設計和一體化運維管理的基礎。COMOS Platform 采用面向對象技術，在一個中央數據庫上實現跨專業、跨部門的工廠工程設計和管理。COMOS 平臺是一種模塊化解決方案，可以根據客戶需求隨意配置，既可以組合使用，也可以單獨使用。以設備為核心的工廠資料庫基于 COMOS 可以形成方便高效的文檔管理平臺，通過拖拽的方式，可以把各種格式的文檔方便快捷的掛在結構樹下，包括文本文檔、各種設計圖紙、PDF、Word 及 Excel 表，甚至三維安裝示意圖、現場照片和拆裝音頻視頻文件等。身臨其境的三

54、維虛擬現實環境WalkInside 是西門子 COMOS 下屬的一款獨立三維模型瀏覽軟件，可以真實再現并支持復雜的三維工廠模型的虛擬現實軟件。運用 Walkinside 的 3D 虛擬現實查看器，就可以在工廠的所有生命周期階段，在運營、維護計劃、仿真和工作人員培訓方面重復利用工程設計階段所積累下來的工程數據。這項專門針對運營進行了設計的工具可供操作人員和工程師方便地使用，提供了對復雜模型的快速和現實感強烈的渲染，形成了一種身臨其境的感受。COMOS WalkInside 能夠將熟知的 3D 設計應用程序設計的 3D 工廠模型轉化成適合的格式，為諸如流程工廠構建非常大型的 3D 模型，結合真實感

55、強烈的視圖和快速導航功能供諸如操作或維護人員使用。設備運維管理系統 COMOS MRO COMOS MRO 是運營維護管理系統的解決方案。由于具有標準化的 COMOS 數據庫，運營和維護可在一個系統上執行并杜絕了介質中斷。COMOS 軟件解決方案理念的獨特優勢在于：借助 COMOS MRO，能夠實現COMOS 數字化工廠的工程設計庫直接應用在工廠運營維護階段，這樣一來設計階段與運行階段就可以保持數據完整的連續性， 工廠所有員工可以使用一致性的數據。 西門子數字化水務白皮書 16虛擬遠程巡檢 將 Revit 模型轉化成 WalkInside VR 三維模型，該模型可以支持單人或多人在一個模型下進

56、行全廠 漫游，已實現沉浸式培訓。同時，如果能夠聯通 DCS 系統或SCADA 系統，該模型也能夠實時動態地顯示工藝參數的實時讀數，這樣系統巡檢人員可以在虛擬現實下，通過漫游工廠而獲得工廠中 各個設備和工藝參數的情況，實現虛擬遠程巡檢。也可以通過聯動現場的攝像頭，按需調動現場 視頻綜合了解到現場的實況。 與西門子系統或第三方系統集成實現多方位預防性維護在生產過程中，COMOS 通過西門子特有的優勢，架通了運營維護管理系統與控制系統之間的橋梁，可以同如 PCS7 系統實現有機的結合，實時將生產設備的關鍵數據直接讀入到 COMOS 運營維護管理系統中，使設備的維護保養與實際生產運行狀態緊密結合，準確

57、記錄設備的運行參數。比如動設備的管理：泵的啟停、運行時間，閥門開關次數和運行狀態可以通過PCS7 自動導入 COMOS， 從而實現運營維護管理系統對設備進行包括實際狀態的臺賬管理。 3. 數字化泵站系統（DPS） 西門子 SIWA Optim Dynamics西門子 SIWA Optim Dynamics 系統（俗稱西門子數字化泵站 DPS 系統）是一套可用于水廠、 污水廠、或一般泵站中的，具備智慧健康監測功能與智慧節能控制策略的系統管理軟件及整體解決方案。SIWA Optim Dynamics 數字化泵站系統包含設備健康運維與泵組運行優化等兩大主要功能模塊，致力于通過應用面向未來智能制造的先

58、進前沿數字化與智能化技術進一步優化泵站運行以降低能耗和提高運維效率與可靠性。設備健康運維西門子數字化泵站 DPS 系統中的設備健康運維模塊能對泵組的健康狀態和趨勢進行綜合分析、風險預警與自動診斷，實現對設備的數字健康管理，降低有經驗的專家工程師資源的工作強度，強化并固化企業競爭力與軟實力，幫助用戶從傳統的故障響應模式或基于固定時間的預防維護模式，向面向智能化的預測性維護模式升級。具體來說，DPS 系統充分綜合設備相關多源數據（包括設備相關靜態屬性數據、動態歷史數據、工藝環境數據等，如設備的機械振動、溫度、壓力、流量、電力等等），即在不對水廠進行大規模升級改造的情況下，對現有數據信息系統中的相關

59、數據進行整合集成利用，包括控制系統、現場設備在線監測系統等，并結合西門子長期對相關設備制造與維護的機理了解與經驗積累，開展基于前沿人工智能技術的模型智能學習，并基于該智能模型，對正在運行的設備狀態進行評估，對識別到的潛在異常風險及時提示預警，并智能推送故障類型判斷，幫助生產現場快速、高效、準確處置，大大降低誤判風險，提高運維可靠性，最大程度避免非計劃性停車事故的發生。DPS 系統通過人機交互結合相關工藝設計數據與智能機器學習算法，使得模型能夠自動從設備運行歷史數據中學習不同運行狀態對應的模式，大大提高了智能預警與診斷的準確率，并確保智能預警診斷模型在設備全生命周期的魯棒性，幫助先進技術在真實工

60、業場景下的有效落地。 泵組運行優化 西門子數字化泵站 DPS 系統中的泵組運行優化模塊將基于泵組能耗曲線、泵組額定功率、效率等因素的綜 合分析，優化泵組控制，使每臺泵都盡可能運行于高效狀態。 在進行優化之前，首先會收集泵房的結構信息，工程 數據以及歷史數據來建立泵房模型，為之后的優化做 準備。然后系統可以通過產品系統默認部署的 OPC UA 17 西門子數字化水務白皮書 4. 供水管線漏損監測解決方案 西門子 SIWA Leak基于已建供水管線，西門子 SIWA Leak 管線漏損監測解決方案可進行管線泄漏監測并進行自動漏點定位。在長距離供水管道，根據監測到的流量數據和壓力數據，泄漏監測模塊識

61、別并定位泄漏點的位置。在短距離供水管道，則根據采集到的噪音信號，識別和定位泄漏點位置，并生成泄漏報警事件，通知管網操作員。 管線泄漏監測模塊 LDS（Leakage Detection System） 泄露監測模塊對運行狀態下的管線系統進行持續檢測，一旦軟件檢測到任何可能的泄露，系統軟件會發出泄露報警，但泄露檢測系統并不會自動關閉輸水管線。報警的后管線系統的操作完全由系統操作員決定。 報警后，泄露檢測系統同時提供可能泄露地點的位置信息。泄露檢測系統（LDS）泄露檢測系統安裝在過程控制系統服務器上，過程控制系統服務器位于線性閥門站，泵站和水箱站內，在這些站點的控制系統配有 PLC 控制器。泄露檢

62、測系統的軟件包在流量穩定和停止輸水情況下進行檢測， 檢測過程會用到幾種不同的檢測方法。泄露檢測系統是基于在線的泄露檢測方法，而不是基于模型進行判斷的。對于不同的管線系統，所需泄露靈敏度各不相同。需要視具體的測量值，管線的功能和所需的檢測精度而定，并考慮到泄露大小和時間的關系。泄露檢測方法泄露檢測系統使用了幾種不同的檢測方法。軟件的核心分析模型運行在 LDS 系統的電腦上。其他功能（預處理）則運行在 SIMATIC PLC/RTU 上?；诠艿缐毫蛄髁康臋z測方法適用于長距離供水管線的泄露監測與定位，而基于噪音的監測方法用于短距離。 管線的泄漏點的監測和定位 輸水狀態下：管線的泄露檢測（F 0）

63、。對于輸水狀態的管線，質量平衡方法，壓力監測方法，流量監測方法，壓力波形方法和壓力梯度方法都可以應用。在流量穩定的情況下可設定管道完全被水充滿。 停水狀態下：管線的泄露檢測（F = 0）。在零流量情況下的泄露檢測，可以應用壓力監測方法和壓力波形方法。如果在停水時，管道因為壓力過大而破裂，壓力會陡然跌落，泄露點的位置也可以被確定。 噪音監測是根據管道噪聲級（分貝）及背景噪聲值件的特定數字關系判斷是否存在漏點。 泄漏監測系統報警管理 通過部署在單臺電腦上的泄露監測系統（LDS）核心模塊對泄露監測方法所用到的預處理數據進行分析。如果分析出有泄露發生，在 WinCC 警報日志上就會顯示出一個警報。LD

64、S 泄露監測方法對監測對象進行連續監測。如果系統發出壓力監測報警，流量監測報警等， 報警會先記錄到日志當中并顯示在人機接口 （HMI）界面上。在設定時間內（一般為 15 秒），系統會重新進行泄露監測。報警發出后 WinCC 需操作員操作處理。采用這種法方式，報警會一直顯示在人機接口（HMI）界面上，而監測方法一直在后臺持續對管道進行泄露監測。而以質量平衡方式進行監測的時候，當質量偏差較大的時候，監測系統發出警報；當質量偏差小于限制值后，系統又會恢復回正常狀態。當然，先前的警報會一直保留在人機接口（HMI）中，直到操作員知曉此事。泄露監測系統對監測對象持續監測。 接口連接，或通過數據庫讀取以及調

65、用用戶接口 等方式來獲取泵房的實時數據。系統可以根據水泵的 特性曲線以及實時數據來尋找可高效率運行的水泵運行組合及運轉速度?；谒卯斍斑\行組合，并結合水泵運行健康狀態，來選擇優化后的水泵組合，實現運行控制優化。同時通過這種方式亦可減少水泵切換造成的水泵損耗和能耗，通過對泵機設備的合理使用控制幫助延長水泵的使用壽命。根據工廠當前運行、設備與管理情況，優化空間或將不同?；谙嚓P經驗，當前已實施運行西門子數字化泵站系統的節能空間在 3% 以上。 西門子數字化水務白皮書 18管道故障處理 在泄露監測系統中，故障是這樣處理的。如果有一個故障發生了（例如測量裝置故障），使用這個測量量的功能就會停止運行（

66、LDS 并不發出報警），一旦故障消除時，LDS 監測功能又重新激活。泄露監測系統回歸到正常狀態工作。如果某個 LDS 方法所用的測量值不能在線讀?。]有通訊連接），那么此 LDS 方法在這段時間內停止運行。5. 水務人員實時定位系統 西門子 RTLS 解決方案實時定位系統（RTLS, Real Time Location Systems）是未來智能工廠的關鍵組件。RTLS 解決方案通過室內外精確定位，實現對工廠內設備、人員、工件、物料等實時連續跟蹤，生成軌跡路線圖，并將定位數據發送給上層的軟件系統，結合數據分析，進而提供可視化及精細化生產管理能力。 西門子 RTLS 系統架構 實時定位系統是基

67、于簡單架構網絡的彈性可擴展定位平臺，可提供定制定位解決方案所需的組件和服務，提供一站式 RTLS 解決方案。系統架構如圖所示，由硬件基礎架構、定位管理器和服務集成三部分構成。硬件基礎架構：人員佩戴的有源標簽以預定義的間隔主動發送無線信號。多臺錨定基站接收到信號后通過定位網關發至定位服務器。電子標簽與工人邏輯綁定后，能夠以代表工人被實時定位。電子標簽還有電子墨水屏，可以接收和顯示上位系統推送的文本信息。顯示內容模板可以自定義：錨定基站：接收電子標簽無線信號，附加錨定坐標及時間戳，并傳輸標簽附帶數據。通過至少三個相互同步的錨定基站，可實現電子標簽的三維定位，精度達厘米級。 網關：用于將所有記錄的數

68、據打包，并傳輸到上位定位服務器，同時可擔當錨定基站功能。 定位管理器：用于計算具體電子標簽的實時位置的軟件系統，采用多模融合的定位技術，并 通過指定接口，根據可定義及配置的規則，將詳細信息傳送至上位系統。服務集成：定位信息和事件傳遞給上位系統用于自動控制，數據統計分析，實時查找，自動報警。 在智能水廠中，實時定位系統服務多樣上位智能系統，來自 RTLS 的 4W（Where 何地，When 何時，Who 何人何物，What 何事件）定位數據與來自上位系統的 H（how 做何事、如何操作）業務數據相集成，聯動工作，最大化利用生產資源，提高現場管理效率，準確性和安全性?；?RTLS 的生產現場可

69、視化管理RTLS 的技術特性雙 向 數 據 傳 輸： 采 用 雙 向 測 距 算 法（TWR, Two Way Ranging） 和 到 達 時 間 差 算 法（TDOA, Time Difference of Arrival）多模融合的定位技術。集成了電子墨水屏的定位標簽支持雙向數據傳輸，提供定位功能外還可以主動刷新屏幕顯示內容。雙向數據傳輸為無紙化制造提供技術基礎，上位系統對位置和動作進行分析后做出業務決定，再反饋到前端，指導現場人員如何進行下一步的操作。 多模定位技術：定位基站采用 UWB 超寬帶和 2.4GHz Phase調相兩種無線技術融合， 實現厘米級定位精度，19 西門子數字化水

70、務白皮書 適用于苛刻的工業環境，能同時適應室內和室外應用場景，易于擴展定位到更多工作區域和不同應用場景，工廠全范圍覆蓋、服務于生產全過程。無縫綜合集成：實時定位系統通過 ISO 標準接口可以與各類 IT 系統集成，同步更新人員位置，優化操作流程，提高現場作業安全性。 6. 數字化水務網絡架構 西門子 OT 和 IT 融合的網絡解決 方案通訊網絡是數字化的基礎，也是水務數字化中不可或缺的一部分。在水行業，一個安全穩定的通訊網絡至關重要，在實現生產數字化的同時，更可為安全和高效的生產提供可靠的保障。 數字化水廠項目需要生產的高度透明性，系統的高度互聯性以及管理的高度精益性。例如從裝置現場到數據中心

71、服務器直達云服務的集成；在生產中使用智能手持終端來檢查生產數據，保證對于生產數據訪問的即時性，靈活性和透明性；實現預測性維護功能的中心管理系統，對可能出現的生產問題立即作出反應，大大減少生產停機時間。所有這些面對數字化工廠的需求，都表明工廠對生產數據的需求顯著增加。所有的設備都將相互通信，不同生產過程之間的信息交互也在增加，許多處在不同層級上的數據交換需求也越來越多。 實現數字化，需要不斷收集實時數據，保持所有數據都是最新的。因此，必須確保網絡提供足夠的能力和性能，以滿足這些數字化的需求。同時生產系統之間的相互的數據交互也帶來了安全性的議題。要實現系統間可靠的互通互聯，必須注意工業系統整體安全

72、性，構建一個體現縱深防御安全理念的整體的工業網絡設計方案。 工業網絡架構設計，還需要實現 IT 和 OT 網絡技術的融合，同時，在設計網絡架構時需要滿足工廠對于互操作性，移動性，可擴展性，安全性的要求。整體OT 和 IT 融合規劃架構藍圖如下圖所示。工業網絡設計指導架構 OT 和 IT 融合7. 數字化水廠工藝仿真與優化 西門子 gPROMS 工藝仿真系統gPROMS（general PROcess Modelling System）是西門子 PSE 的高級仿真軟件，可以用微分方程進行動態仿真、優化、實驗設計和參數估計。gPROMS 建立的模型可以方便地進行封裝。gRPOMS 使用高級語言來描

73、述復雜過程，建模過程不像傳統方法那樣繁瑣、易出錯。此外，gPROMS 具有獨立研發的高級偏微分方程求解器，仿真過程計算和求解優化問題都十分高效。gPROMS 套 件 包 含 兩 款 軟 件， 分 別 為 gPROMS ProcessBuilder 和 gPROMS FormulatedProducts。兩者的應用領域如下圖所示。 西門子數字化水務白皮書 20其中，gPROMS ProcessBuilder 是專門針對流程行業的仿真軟件，廣泛應用于電廠、油田、煉油、水務等行業。污水處理（gWATER）是其中的一個重要模塊。該模塊配套相應的高級模型庫，能方便地仿真絕大多數污水處理工藝。污水處理仿真

74、高級模型庫包括： 好氧過程，如好氧池和活性污泥工藝 缺氧 / 好氧選擇器 污泥傾析器、厭氧固體 / 污泥消化池 沼氣處理 膜過濾、生物膜反應器（MBR） 離子交換 顆粒污泥 厭氧池 序列間歇反應器（SBR）下圖為 gPROMS 的用戶界面以及一個污水處理全流程的仿真模型，各個部分解釋說明如圖所示。其中，仿真模型所有變量均可作為測點輸出，以便于對內部過程參數進行采集和分析。在獲得高精度模型之后，gWATER 可以完成數字化設計和數字化操作等應用，如下圖所示。gPROMS 支持精確曝氣西門子 SIMIT 集成了 gPROMS 的接口，可以使其與新一代西門子工業控制系統 SIMATICS PCS n

75、eo 直接進行數據交互，而無需第三方數據接口軟件。在 SIMIT 的基礎上可以使 gPROMS 與 PCS neo 共享污水處理廠實時數據，以便通過 gRPOMS 仿真模型實時預測污水處理廠的參數指標變化，作為模型預測控制（MPC）算法的基礎，實時調節曝氣量、內回流量等變量，實現污水處理廠的精確曝氣。在項目實施時，精確曝氣控制器直接運行在 PCS neo控制器，并在 WinCC 操作界面中設計獨立的控制器界面，用戶可以方便地進行操作。系統結構如下圖所示。由此實現污水處理廠曝氣量的合理調節，并穩定控制出水水質。在穩定的基礎上實施基于模型的先進控制，使出水指標盡量穩定在排放標準以內，降低水廠的電耗

76、和成本。8水務數字化的基石 西門子數字化儀表在現代工業環境中，無時無刻都產生巨量的數據，而這些數據都是由現場儀表進行采集并傳輸到下一單元。通過對所需數據的整理、分析、反饋、運用進而實現工業環境數字化。在水務數字化運行過程中，流量、液位、壓力的數據采集，實時的把各段工況進行展現、感知并把數據與系統融合。在水務行業，無論是水源地、水廠、供水管網還是污水廠，西門子為水務行業提供了行業所需的全部過程儀表：電磁流量計：電磁流量計具有精度高、穩定性好、無阻流部件及易于安裝等特點，在水和污水處理及管網運行中都有優異的表現。21 西門子數字化水務白皮書 超聲波流量計：無論是插入式超聲波還是外夾式超聲波流量計在

77、安裝中具有獨特的優勢 帶壓安裝。尤其在老舊管網改造中，不需要停水斷管即可完成安裝。并同時兼有高精度、高穩定性的特點。超聲波液位計：超聲波液位計在水務行業中的應用點位是最多的，尤其具有聲智能回波處理專利的西門子超聲波液位計，因其擁有 1 毫米的測量精度，無論液位測量或是明渠流量測量都能達到滿意的結果。壓力變送器：在水和污水處理及管網側漏中，壓力變送器的使用必不可少，使管網能達到所需的壓力平衡。過程儀表與數字化解決方案無縫集成，讓 1+12為了助力企業數字化轉型，西門子智能儀表做了諸多探索，包括增強儀表本身的測量性能、功能安全和通信方式，強化儀表與數字化整體解決方案的無縫集成，加速基于云的工業應用

78、 app 的開發，統一不同產品的制造平臺。通過 PIA-COMOS Interface、SITRANS Library、專用的仿真程序和各種基于云的app，西門子智能儀表與 COMOS、SIMATIC PCS 7、SIMIT 和 MindSphere 無縫集成，極大的提高了工程效率，降低了控制風險。通過藍牙、無線 HART、GSM、SIMATIC RTU、SITRANS CC240、SIMATIC PDM Maintenance Station 等各種連接設備，將儀表數據傳送至基于 MindSphere 的 SITRANS IQ 數字化平臺，為數據的充分挖掘利用提供可能。產品保持其一貫的高可靠

79、性、高精度、操作便捷等特點外，創新性的融入了數字化元素。比如專利的遠程安全調試（即使在功能安全 SIL 應用下也幾乎不影響變送器的正常測量）；主變量歷史數據記錄、存儲、分析；通過 QR 二維碼獲取追溯性記錄文件；符合Namur 的狀態圖標指示等數字化元素，可以說新一代過程儀表已經具備了迎接數字化時代的需求。通常情況下，無論是壓力、溫度還是流量、物位，工程師使用通用的模擬量輸入功能塊和面板連接現場儀表，儀表在 DCS 中僅僅體現為一個過程數值。實際上儀表除了提供過程數據外，還可以提供很多的維護和狀態信息。為了充分挖掘儀表功能，提高工程效率，西門子為過程儀表開發了專門的程序塊和面板，它們可以免費下

80、載，集成到不同版本的 PCS7 和 STEP7 軟件中。 COMOS 為西門子過程儀表預留了相應接口，設計前期工程師在 COMOS 中定義技術需求，既可以選擇COMOS 離線集成的過程儀表，也可以選擇 Siemens Online Configurator 選 項， 連 接 到 西 門 子 PIA Life Cycle Portal 網站進行詳細選型，并將選型結果及其詳細技術數據，返回到 COMOS 數據庫中，確保了整個生命周期內儀表數據的可用性和一致性。9. 水務數字化的可靠保障 西門子水務行業變頻器 G120XA、X 系列水務系統是一個對可靠性和穩定性要求極高的場景，傳動系統的穩定性起著至

81、關重要的作用。西門子 G120XA/X 系列變頻器是面向水泵應用的專用變頻器，無論是在性能還是可靠性方面都有著得天獨厚的優勢。7x24h 的應用場景，連續過程不可間斷，意外突發故障的損失和影響不可接受。產品的可靠運行和故障預維護的能力是及其重要的選擇依據。同時， 隨著綠色可持續發展的趨勢，節能減排同樣成為一個傳動產品的重要任務。G120XA/X 變頻器：矢量控制算法，對電流、力矩等控制精準快速。支持同步電機、磁阻電機等高能效電機，整體系統更節能。同時集成了水泵等專業應用功能如：多泵控制、 休眠功能、 清淤功能、 管道泄漏監控、干泵保護、堵轉保護等。 西門子數字化水務白皮書 22G120XA/X

82、 變頻器G120XA 變頻柜：高品質單機傳動柜 75 560 kW，尺寸緊湊，75 250 kW 柜寬僅 400 mm， “抽拉式”設計結構便于維護。完善的標準柜體設計包含例如進線電抗器、主開關、EMC 濾波器、操作面板等部件。出廠時已完成接線，安裝方便，真正的“交鑰匙”柜。G120XA 變頻柜CMS1281 振 動 監 測 模 塊： 振 動 監 測 模 塊 由 S7 1214PLC控制， 通過傳感器收集水務系統中水泵、 風扇、變速箱、 驅動電機等的機械損傷和電氣故障， 在X-Tools軟件中進行數據處理和分析，可在機器真正損壞的幾周甚至幾個月前提前預警用戶安排維修計劃，用戶不必定期進行裝置停

83、車維修， 節約成本， 更加智能便捷。CMS1281 振動監測模塊SINAMICS G120XA/X 系列變頻器 / 變頻柜，CMS1281振動監測模塊，都可以從變頻器、驅動系統及機器設備中采集運行數據，進行評估，實現狀態信息可視化和分析，為用戶提供有價值的數據，進而優化流程并實現預先提醒，有利于優化整個水務系統的性能評估和維護策略。10. 水務行業工業物聯網平臺 西門子 MindSphere 工業云平臺MindSphere 是行業領先的工業物聯網即服務解決方案。MindSphere 使用先進分析工具和人工智能（AI）為物聯網解決方案提供從邊緣計算到云端的全方位支持。它可以將產品、設備、工廠和系

84、統連接在一起，通過云計算技術和高級分析功能來駕馭物聯網產生的海量數據，為企業創造新的數據價值，以實現企業數字化轉型。在水務行業，利用 MindSphere 工業物聯網平臺可以實現：利用物聯網解決方案來連接和監控資產，以實現完全的運營透明度 借助 MindSphere 的部署，水廠可以將原本孤立的關鍵資產和流程連接起來。 即插即用的連接解決方案譬如 MindConnect 2040 可以輕松地連接資產和流程與洞察。借助 MindSphere Asset Manager，可以建立物聯網數據模型，從而可以定義物聯網數據收集點并管理設備資產。借助 Fleet Manager，可以在云端查看所有工廠、生

85、產線和設備，并通過自定義警報規則和響應事件，以最簡單的方式實現了跨工廠和生產線的遠程監控。同時有了 Fleet Manager 還可以查看任何資產的運營數據，并通過 Fleet Manager 定義的 KPI警報，將設備運營信息實時發送給設備提供商，請求設備提供商遠程進行設備故障排除，大大提高了故障解決效率。先進的分析和機器學習（Machine Learning）可實現智能維護 依托 MindSphere，基于從鼓風機收集的實時和歷史數據，通過機器學習（ML）和高級分析，從而使維護人員能夠做到早期預警，實現智能維護。 23 西門子數字化水務白皮書 通過先進的分析和機器學習，工廠維修從被動或計劃

86、的方法轉變為主動的方法。這減少了停機時間，并使資產能夠以高可靠性和可用性持續運行。利用物聯網數據分析，實現節約能源消耗 對于污水處理廠而言，鼓風機的能耗占總運營成本的 50%，因此，任何能夠顯著減少鼓風機能耗的方法都將對水廠大有裨益。通過使用 MindSphere 對物聯網數據進行全面分析，水廠可以將鼓風機的鼓風量與當前電價進行關聯，充分利用錯峰電價，從而在確保出水質量的同時，實現對鼓風機輸出功率的控制。這樣做就可以將鼓風量控制在較低水平，以最大限度地降低電費?；?MindSphere 開拓新的商業模式水廠在解決業務挑戰的同時，也可將水務行業知識和經驗轉化為 MindSphere 應用。將行

87、業知識融入到這些應用中，對整個行業的推動作用都是非常有價值和有意義的。未來，水廠可以將自己開發的應用發布到MindSphere 應用商店中，從而建立一個新的面向服務的商業模式。不僅可以為主流設備商提供物聯網應用服務，還可以為同類型的污水處理廠提供服務。通過 MindSphere，可以為整個水務行業提供一種新的商業模式：運營即服務。11. 水務行業設備智能運維 預測性分析系統 SiePA、閥門狀態監測系統 VM 和變頻器健康管理系統工廠設備運行和生產過程中會產生海量的數據，西門子深諳工業之道并結合大數據、人工智能等最新數據分析技術，對海量數據進行深度挖掘?？蓪崿F對風機泵、控制閥等設備的預測性維護

88、降低非計劃停車風險、提高檢維修質量，亦可對生產過程中的 PID 參數與控制系統報警進行分析與優化提高水質、降低能耗。預測性維護系統 SiePA西門子 SiePA（Siemens Predictive Analytics）預測性分析系統是以工業大數據為基礎，人工智能技術為工具，面向工業領域的智能預測性維護、智能故障診斷一體化系統。目前，西門子 SiePA 已經在全球發布，與工業領域的用戶一同創造價值。SiePA 系統結合領域經驗與工業大數據進行交互式智能分析，建立高效的數字化預測預警、診斷機制，評估生產和設備的健康狀態，幫助進行快速的故障風險預測、診斷、維護和修復，保障工廠中關鍵設備的正常運行，

89、降低非計劃停車風險，使用戶真正享受人工智能給工業帶來的效益與提升。SiePA 系統主要包括一個平臺和兩個深化應用模塊，即工廠預測性分析平臺、設備健康運行狀態預測模塊與智能排查診斷模塊。設備健康運行狀態預測模塊基于先進的機器學習、神經網絡算法，建立針對工業領域“小數據”、“不平衡數據”等復雜情況的異常檢測和預測模型，實現對設備健康狀態的實時預測預警。利用機器學習推薦算法及模型融合技術，對所預警的故障案例進行因果關系追溯和推理，并預測設備故障趨勢。智能排查診斷模塊基于自然語言處理技術，幫助用戶構建設備故障分析知識庫， 進而基于故障現象進行 “中醫”模式的診斷，以及基于設備量化狀態進行“西醫”模式的

90、診斷?！爸形麽t結合”實現智能化、自動化的故障原因診斷和維修方案推薦。閥門狀態監測系統 VM控制閥對于每個水廠的安全運行至關重要，意想不到的閥門故障會導致工廠非計劃停車，擾亂生產，并增加安全事故風險。系統通過采集智能閥門定位器中的海量數據，運用先進的分析手段，結合西門子全球數百萬臺閥門定位器的使用經驗，讓化工廠維保人員對閥門的了如指掌，為維護做到未雨綢繆。 西門子數字化水務白皮書 24西門子的閥門監測系統可以便捷地獲取閥門的健康狀態，合理制定維修計劃，快速準確地提供閥門維護建議。作為系統的核心，由于嵌入了西門子多年來成熟的經過驗證的閥門監測經驗模型，閥門狀態監測系統就好像一位經驗豐富的醫生，可以

91、對閥門產生的故障報警進行診斷，分析報警原因，最終給出合理的維修操作推薦建議。這一過程可以通過手機、平板電腦、PC 等終端平臺進行可視化操作。閥門狀態監測 APP 既支持本地部署，也支持在西門子基于云的開放式物聯網操作系統MindSphere 上部署，真正實現 “云端漫步” 的自由。利用閥門狀態監測系統，多種 KPI 參數數據的管理和設置（如壓電閥改變的次數、閥門定位器運行時間、開關到位、閥桿摩擦力、控制偏差、電子器件溫度、氣源漏氣等等），能夠便捷地獲取閥門整體的健康狀態，實現對定位器內部報警信息的管理，還可以進一步分析閥門定位器內的診斷信息，合理制定閥門維護計劃，實現預測性維護并降低維護成本。

92、低壓變頻器的健康管理與數字化雙胞胎 SINAMICS Connect300 智能網關及 MindSphere標準應用 Analyze MyDrives。眾所周知，Mindsphere 是西門子工業云操作系統，Sinamics Connect300 是專為變頻器設計的 LoT 網關，為 SINAMICS 變頻器集成到 IT 環境中的即插即用解決方案。支持用戶根據需求個性化地通過變頻器的 USS 端口獲取變頻器數據，并將這些數據同步到Mindsphere。通過將全部驅動系統聯網，機器制造商和工廠建設者以及用戶都可利用數字化雙胞胎更精準地對機器和工廠進行虛擬仿真，并根據仿真結果調試和優化，從而減少停

93、機時間，提高生產率。SINAMICS Connect 300 智能網關亮點： WEB 調試頁面，Mindsphere 以及驅動器的配置非常簡單的集成在一起，調試簡單。 8 個 RS232 接口，可同時連接 8 個不同的驅動器。 每個設備多達 40 個驅動器參數可以同時傳輸到Mindsphere?？梢酝ㄟ^搜索功能選擇專用參數。 通過 RS232 點對點連接，可以減少控制器和通訊總線的負擔。 在 WEB 頁面中連續顯示真實的 Mindsphere 連接狀態。 通過集成 web 服務器對設備進行全面的服務管理（CA 證書、許可證管理、固件更新、配置的自動驗證等）。 使用 https 實現與 Mind

94、sphere 的安全通信。Analyze MyDrives 作為 MindSphere 應用商店中的標準應用，為用戶提供功能強大的驅動數據分析、匯總及展示，以實現快速可視化。用戶可以自由配置趨勢分析的顯示方式（例如時間序列圖和散點圖），也可以查看到每個驅動系統組件的集成變量，包括前次傳輸值和前次更新時間、測量單位以及所用圖表的鏈接。全新儀表板可直觀地顯示所有驅動器相關組件的關鍵狀態信息。Analyze MyDrives 應用讓我們可以隨時掌握設備的運行狀態，需要的時候給予維護預測及改進指南。此應用程序擷取并分析所有運作資料，藉由持續監控耗電量、 轉矩和頻率， 探尋最佳維護時機與實際維護需求，如

95、此一來便降低了設備發生停機的機會，換言之，能提高設備使用率和產能，延長維護間隔，并減少停機時間。Analyze MyDrives 亦可測量電力使用狀況，作為評估節能方面可行性的基礎，以便實施一致的節能最佳化措施。低壓電動機的健康管理與預防性維護 SIMOTICS CONNECT 400 智能網關和基于MindSphere 標準應用 SIDRIVE IQ Fleet眾所周知，西門子低壓電動機在水行業中處于絕對領先的地位，在國內自來水廠、污水廠已經恒25 西門子數字化水務白皮書 壓二次供水等場合，有著大量應用。為了能夠對執行機構 電動機，甚至是水泵、風機等設備轉化到數字系統中，達到數字孿生。西門子

96、 SIMOTICS CONNECT 400 智能網關與 SIDRIVE IQ Fleet 應用，共同解決了上述問題。SIMOTICS CONNECT 400 模塊是一個簡單易用的電機狀態監測與分析系統。使用傳感器模塊定期測量電機運行狀態，通過 Wi-Fi 將定期將數據發送給基于Mindsphere 的分析應用。對電機狀態全面掌控，避免無計劃停機，降低維護時間和維護成本。SIMOTICS CONNECT 400 直接貼合在電機機殼表面，無需二次接線，安裝方便，即插即用。內置可更換電池組， 包含傳感器直接測量值溫度、 三軸振動數據 （軸向、切向、徑向）、電機給定頻率、轉差頻率、機殼磁場等數據。SI

97、MOTICS CONNECT 400 連接模塊將運行數據傳送到 SIDRIVE IQ Fleet 應用程序，應用會保存并分析這些數據。SIDRIVE IQ Fleet 可以直觀地顯示驅動系統組件的運行數據，計算出能耗、轉速、轉矩、電機的輸入功率、 電機運行狀態、 總運行時常、 啟停次數；并提供運行狀態的分析結果并給出諸如預防性維護等建議。振動監測評估與預維護 CMS1281 振動監測模塊CMS1281 可 監 測 電 機、 減 速 箱 及 機 械 關 鍵 連 接部件的振動信息，通過 Ethernet 連接西門子 Web Application，便于用戶遠程調控 PLC S7 1214 和 CM

98、S參數。同時 CMS 通過 Ethernet 將數據上傳至西門子Web Application 和 X-Tools 分析軟件，實時監測機械振動和轉速情況，通過 X-Tools Library 中豐富全面的工業模型和指令對 CMS1281 收集的振動數據進行分析和可視化，提前預警，記錄機械損壞頻率，儲存在西門子 MindSphere 中，為用戶提供具參考價值的數據，有利于機械性能評估和維護。 西門子數字化水務白皮書 26第六章未來，數字化水務的春天1. 數字化潮流勢不可擋在數字化降臨的今天，縱覽世界，聚焦水務，數字化轉型已經是大勢所趨。數字化將會席卷所有行業，當然也包括水務行業。人類社會的進步依

99、靠的就是技術革命，這是不可逆的趨勢，而且這種變革的速度會越來越快。以往的依靠人工經驗決策的水務行業，與即將到來的數字化時代極不相符，很快將會被時代拋棄。如果有企業想要逃避數字化轉型，還幻想著自己還在依仗著原有所謂的“先進技術”不受影響的話。那么這個企業、甚至這個行業就會遭遇越來越多的經營風險。幾年后回頭再看，墨守陳規的企業和行業與實行數字化的企業和行業的差距可能是幾十倍甚至上百倍。2. 數字化水務的愿景展望在二十一世紀的數字化時代，引領水務行業發展的是技術創新和模式的創新。隨著物聯網、云計算、大數據及移動互聯網等新一代信息技術不斷融入水務行業的各個環節，數字化水務應運而生，它將帶來一種更為精細

100、化、動態化、智能化的水務管理模式。 降低運維成本。通過建設遠程在線監控設備的實時運行數據，可根據設備運行情況進行集中控制，實現無人值守，節省大量的人力、物力、財力，有效降低運行維護成本。同時通過全網實時數字分析，找出管網中易出故障點，降低爆管頻率、優化供水調度。通過調節出廠水壓，可以顯著減少供水能耗，從而降低企業整體的運營成本、事故風險與隱患。 實現智能調控。通過一個平臺進行展示與監控，對異常情況進行實時預警、快速響應，智能調控設備的運行狀態。當異常事件發生時，能夠第一時間進行干預和處置，提高水務企業的應急響應能力，確保安全、持續地供水。全面提升效率。 數字化水務可以整合全業務鏈數據，促進各類

101、水務業務信息交換、共享與高效利用，為智慧決策奠定基礎?？梢灶A見，未來數字化水務建設必將在深度和廣度上持續深化，全面提升供水企業的管理效率和服務水平。作為今天能在產品研發與制造過程以及工廠管理的完整價值鏈上提供解決方案的西門子，正是憑借著“數字化雙胞胎”的優勢，成為助力水務企業實現數字化轉型的典范，其成功應用遍及水務的全行業，如海水淡化、水廠、污水處理廠、長距離輸水與泵站等各個領域?；谠诠I 4.0 領域的深厚積淀及成功經驗，西門子將先進的數字化技術引入水務行業，其從一體化工程設計到一體化運維的全生命周期數字化技術解決方案為水務企業帶來了全方位的效能提升。鑒于中國在節能環保、綠色發展和碳中和方

102、面的戰略發展愿景，水務行業也將迎來數字化變革與高速發展的新契機，數字化水務勢在必行！27 西門子數字化水務白皮書 第七章數字化水務價值案例展示案例一：全生命周期數字化雙胞胎打造中國數字化標桿水廠“太行山下小江南”，河南省焦作博愛縣位于太行山南側，沁河下游。這個豫北小縣是小有名氣的水鄉。近年來，在這里孵化出了一個基于全生命周期的數字化雙胞胎水廠 博愛縣第二污水處理廠。該水廠于 2018 年開始建設，總投資 1.6 億元，總規劃污水處理規模 6 萬噸 / 日，一期建設規模為 2 萬噸 / 日，目前已經處于試運行狀態。水廠負責該地區生活污水的處理，主體工藝采用國內成熟的 AAO 工藝，出水水質則執行

103、 GB18918-2002 一級 A 標準。作為國家南水北調中線工程的經過地，博愛縣的污水處理十分重要，而該項目正是博愛縣污水處理及水系提升的重要工程。在建設伊始，中原環保就攜手西門子和河南智慧水務，致力打造數字化標桿污水處理廠。在水廠正式運營后，將極大改善周圍水體環境，對治理水污染、保護當地流域水質和生態平衡、節省城鎮水資源等有十分重要的意義。與傳統水廠相比，博愛縣第二污水處理廠作為全面數字化的水務標桿項目，充分展現了西門子從一體化工程到一體化運維的全生命周期管理理念。從電機控制、PLC 和 DCS、模擬仿真、3D 虛擬工廠，再到日常運營平臺等，水廠全部采用了西門子的產品。在它高效、平穩運營

104、的背后，還隱藏著西門子數字化賦能的重要內核：一個平臺，三對數字化雙胞胎。Xphere 一體化運維平臺：架起虛實之橋水廠采用西門子一體化的水務數字化雙胞胎集成運維平臺 Xphere。在這個平臺里，運維人員可以一鍵登錄包括 SIMIT、SIWA、COMOS、PCS 7 等在內的西門子水務數字化所有應用，也可以兼容第三方數字化應用如 GIS、BIM、DCS，不但解決了傳統水廠各獨立運營系統缺乏統一的界面和登錄管理的問題，而且 Xphere平臺的功能集成極大簡化了操作流程，架起了水務數字化雙胞胎的虛實之橋，實現了水務行業資產全生命周期管理、機理和數據模型輔助決策、三維和可視化運維等三個最核心的數字化需

105、求。在整個 Xphere 平臺的用戶界面中，集成了數字孿生、自控系統、 自控仿真、 仿真培訓、 運維管理、 系統設計、綜合展示、能耗分析和仿真對比 8 大數字化應用場景，基本全面覆蓋了水廠的日常運維工作。Xphere 平臺拖拽式的工作空間操作靈活可配置，虛擬化的平臺架構更方便工廠針對未來規劃進行擴展。利用 Xphere 平臺，水廠的中控室只需要一個人就可以完成水廠的日程運維，包括水廠的虛擬巡檢、水廠各工藝段的生產狀態監測、水廠關鍵 KPI 指標的監測、能耗狀況以及實時控制調整優化水廠的生產參數和指標。有了這個 Xphere 平臺之后，水廠的設備運維實現了無紙化和自動化，設備狀態可以實時查看，有

106、故障就會自動報警。設備運維通過“工單“的形式在各個職能部門流轉，實時狀態和歷史信息都有完整記錄，一切都清晰明了、有條不紊。 西門子數字化水務白皮書 28三對數字化雙胞胎實現真正的數字化水廠近年來，將現實世界中復雜的研發、制造和運維過程，轉換為用數字化信息進行虛擬仿真的“數字化雙胞胎”概念風頭無兩。在該廠中，這一數字化技術也得到了全方位的體現。以實際污水廠為藍本，西門子的COMOS Walkinside 平臺打造了三維可視化模型，將各工藝處理單元的設備、管道、儀表等用三維模型清晰展現，真實還原了水廠的真實面貌。在日常巡檢工作中， 運維人員可以在3D視圖中快速查看設備位置，直接訪問設備的特性、維護

107、歷史記錄、文檔等信息，實時獲取設備的真實狀態，大大提高污水廠的人員培訓和巡檢的效率。這就是第一對數字化雙胞胎 3D 虛擬水廠。此外，該水廠利用西門子 COMOS 設計軟件，打造了整個水廠的工藝機理維度的雙胞胎，通過工廠的抽象仿真建模將現實水廠的工藝過程模型化，達到理論指導生產的目的。運維人員可以直接打開整個產線，或者設備的設計圖紙、電氣原理圖、PID 設計圖等。通過這個工藝仿真水廠，系統除了可實時顯示水廠進出水量、 水質等在內的KPI外， 還能實時顯示水、 電、 氣、藥品等的消耗情況，并可以根據歷史數據進行分析優化。工藝仿真水廠還可用于操作員仿真培訓以及水廠虛擬生產決策推薦，輔助水廠的人員能力

108、提升和智慧決策。第三個數字化雙胞胎是水廠的關鍵設備資產建立了全生命周期管理的數據模型，將設備在運維階段的資料與設計階段資料無縫銜接起來，而且設備的 3D 模型和 2D 圖紙與說明書進行關聯，實現了二維設計與 3D虛擬工廠的交互，工程數據與運營數據互相連通和復用，讓當下和過去在統一的資產數據模型中交相輝映，在運維工單流轉中串聯起實時的故障狀態和歷史上的維修情況。虛擬水廠、工藝仿真和設備資產數據模型，這三對數字化雙胞胎與平臺內各大功能高度融合、環環緊扣，為水廠提供著全場景、廣覆蓋的極佳體驗。數據是通往數字化時代的鑰匙，數字雙胞胎理念的滲透，為水廠運營提供著堅實的數據支持。除此之外，污水廠內從工藝、

109、管道、電氣到自控等統一數據庫的建設，讓數據得以緊密協同、無縫連接，降低了數據的復雜度，提升了標準化管理水平，最大限度發揮著數據的價值。水廠副總經理郭穎穎表示：“數據的連續性、一致性和完整性，提高了水廠的資產管理能力，也為未來水質預測、優化運行、提質增效、節能降耗的進一步實現提供數據支持?！痹趧撔陆鉀Q方案的幫助下，現在水廠的運營僅需一個人，就可完成整個中控室日常的運營，這也為水務行業豎起了數字化創新的標桿。從一體化設計到一體化運維打造數字化標桿水處理作為傳統的流程行業，各項信息孤立地分布在各大系統中，建設工程數據與運營數據在根本上就無法連通和重用，資產的管理、操作的效果也很難獲得精細和可視化的反

110、饋。進入工業物聯網時代，傳統水務行業的發展迎來了“智慧水務”的熱潮。過去存在于不同操作員腦海中的運營知識、 現場設備從設計到運行的數據等，都將得到系統化的記錄和使用。數字化信號相較模擬信號，擁有更高的準確度和可靠性，可采集的數據量更是傳統污水廠的幾十倍。 這些海量數據在中控室完成匯聚，便于控制設備進行自檢測、自診斷、自保護，為后期水廠運維管理節省了時間和成本。巡檢工作是水廠日常運營的最重要工作之一，在數字化技術幫助下，該水廠人員的運維工作可以通過“工單”形式在各個職能部門流轉，設備的實時狀態和歷史信息都會得到完整記錄，相較傳統紙質資料，更方便調取、全面明了。水廠設備科吳明主任表示：“智慧水務管

111、理平臺 Xphere 的無紙化、電子化管理流程還能幫助我們提高 2030% 的維修效率?！痹谔摂M巡檢系統的幫助下，該廠維護人員可以在各大場景穿梭，基本只需每天去一次現場即可。與一般的數字化水廠不同的是，博愛縣第二污水處理廠在設計之初就采用了西門子 PCS 7 系統，水廠從設計到運維的全生命周期，數字化的便利隨處可見。在現場，該水廠用數字化總線 Profibus DP 代替了傳統硬接線，將智能電機、智能閥門、智能儀表通過一根通訊電纜連接起來。不僅告別了復雜布線導致的維護煩惱，雙冗余設計更降低了信號丟失等故障風險，解決了傳統污水廠故障的排查難題，大大提高了系統安全性。29 西門子數字化水務白皮書

112、為響應國家“十四五”規劃的數字經濟發展，博愛縣第二污水處理廠積極擁抱數字化水務新時代，打下了良好的數字化基礎，并走在了國內水行業的前列。水廠總經理楊鵬表示：“未來，污水廠的數據也將是水行業數字化發展的寶貴資源，通過數字賦能可以激發數據挖掘、模型預測等產業發展，提高污水廠的數據利用率，推動水行業整體的數字化進程?！卑咐篟TLS 實時定位系統守護地下水廠的人員安全山國之都貴陽，環山水抱、風景優美，70 多公里的環城林帶讓其又多了一個美名“林城”。悠悠流淌的南明河像一條綠色的絲帶穿城而過，輕飄在林城的臉龐，養育著這一城勤勞的人們。南明河是貴陽的母親河，然而隨著工業化、城市化快速推進， 南明河水質

113、惡化、 污染嚴重， 成為一條 “失去生命的河流”。近年來，貴陽市持續推進南明河流域水環境系統提升工程，南明河一改往日舊顏，曾經的黑臭的畫面已然被水清、岸綠、河暢、景美的生態畫卷所替代。為了“拯救”母親河，貴陽市新建了 18 座污水處理廠，而國內首座超大型綜合體深基坑地下式再生水廠 貴醫污水處理廠就是其中之一。超深地埋式再生水廠催生人員安全問題貴醫污水處理廠是在南明河流域綜合治理中，吸收中國數千年的順應自然、天人合一的“梯田智慧”理念，結合城市河流生態補水需求、以及城市建設用地條件限制， 統籌規劃一系列分散協同處理污水廠中的一座。該再生水廠是全國首例超深地埋式再生水廠，同時也是全亞洲地下最深的污

114、水處理廠。它將地下污水廠與地下停車場、地下商場，以及地面綜合建筑包括學生公寓、住宅等在內的鹽務街商住綜合體、地面景觀有機的結合，實現地上地下空間的最大化綜合利用，實現了污水廠與城市和諧共生，也是國內第一座自主設計、擁有自主知識產權的超級綜合體污水處理廠。由于貴醫污水處理廠位于地下 -4 -5 層，基坑超深達 30 米，地下溶洞復雜、場地條件狹窄，因此4G、5G 通訊基站的信號也就無法為作業現場提供服務，現場運維人員的實時狀況難以獲得有效跟蹤，因此水廠的設備資產以及工作人員的生命安全都面臨著極大的挑戰。而且，目前地下式污水處理廠設計中缺少與之相關配套的勞動保護、 消防、 安全衛生法律、法規，各專

115、業設計規范也都比較缺乏，因此一個能實時定位水廠運維人員，可進行數字可視化管理的人員定位系統成為了必然選擇。西門子 RTLS 實時定位系統時刻守護地下人員安全西門子得知這一需求后，考察了地下水廠的實際工況，提出了其獨一無二的 SIMATIC RTLS 實時定位系統解決方案，實現水廠運維人員的數字可視化管理，為特定區域的安全管理和巡檢人員的生命安全提供了有效保障。首先，RTLS 可以實時精確定位水廠人員并實現可視化管理。員工佩戴定位標簽或用便攜的終端設備綁定定位標簽 ( 如工作平板電腦，手持終端 )，運維平臺就可以從系統中實時查看人員當前位置，并進行歷史移動軌跡追溯。這樣不但可以對巡檢工作進行智能

116、監管，還可以對巡檢人員的越界及滯留預警、長時間靜止預警。一旦發生危險，巡檢人員可以一鍵呼救報警，運維人員也可以快速查看到巡檢人員的精準位置，從而最大程度保護人員的安全。 西門子數字化水務白皮書 30第二，運維人員還可以通過 RTLS 對巡檢人員進行靈活調度，就近安排工單并監控工作完成情況。對特定區域的現場和危險作業流程管理進行安全管理，審計核查提供最佳依據。由于 RTLS 可以實現真實巡檢軌跡的再現，可為水務信息化大數據采集基礎人員設備位置信息，這樣也使得水廠的巡檢可以不斷優化，提高運營效率，實現高可靠、精細化運營。另外，通過 RTLS 的定位還可以實現與視頻監控設備之間的聯動，快速查找人員。

117、傳統方式是通過人工在幾十個監控畫面中查找員工的情況，費時費力，但在與 RTLS 聯動之后，就可以快速從幾十個攝像位置的信息中提取到該員工的信息。比如員工移動，系統可以刷新調用他身邊的攝像頭，如果監控室需要找人，并判斷工作人員的生命狀態，只需點一下員工的圖標，員工身邊的攝像頭就會把圖像提取過來，快捷方便。西門子 RTLS，地下水廠人員定位的最佳選擇人員實時定位系統在工業領域的應用其實已并不少見，應用的技術也不盡相同，UWB、Phase、藍牙、WIFI、GPS、RFID、4G 或 者 5G 等 都 有 使 用。 但 對于像貴醫污水處理廠這樣深埋在地下的水廠來說，GPS、4G 和 5G 技術無法達到

118、可靠性要求，而藍牙、WLAN、RFID 技術的定位精度不夠，所以只有 UWB和 Phase 技術才能勝任。那為何說西門子的 RTLS 實時定位系統是地下水廠人員定位的最佳選擇呢？它到底有什么過人之處，可以實現超深地下環境的精準定位采樣呢？問題的關鍵就在于西門子的 RTLS 實時定位系統采用了獨特創新的 UWB（超寬帶無線通信技術）和 2.4GHz Phase 調相兩種無線技術的融合，可實現厘米級或者1-3 米以內的人員精準定位，而且專為苛刻的工業環境開發和優化，無需擔心現場復雜的電磁工況和遮擋干擾，具有良好的兼容性和可靠性，所以特別適合地下水廠這樣的工業場合。RTLS 方案的實現方式是用電子墨

119、水屏做成一個胸卡大小的設備帶在工作人員身上，在 20-30 米的距離內與無線網關進行數據交換實時定位。RTLS 不僅可以實現信號的發射，還可以執行信號的接收，實現雙向通訊。RTLS 網關集成在定位服務器上，可以根據實時信息生成的數據記錄展示人員的行為軌跡坐標。發現場人員的實際的位置，并生成熱力圖，判斷對象停留的區域和時長。通過改變電子墨水屏目的內容，將任務下放給現場人員，指導下一步操作，幫助污水處理廠內部實施精細化管理。另外，西門子 RTLS 實時定位系統還可以通過 ISO 標準接口與各類 IT 系統集成，同步更新人員位置，優化操作流程，提高現場作業安全性。當前，在城市建設土地資源稀缺的背景下

120、，更多城市為了節約寶貴的地面土地資源，已經越來越多的開始規劃在地下建設污水處理廠。地下污水廠可以就近處理生活污水，是節約城市土地資源的最佳方式。隨著西門子 RTLS 實時定位系統在貴醫污水處理廠的成功投入使用，相信會有越來越多的地下水廠采用 RTLS?；蛟S，RTLS 將會成為未來數字化水務的標配。案例三：挖掘數據的價值 數字化泵站讓供水更高效、更安全長江上游，重慶西部，秀山重疊，巴水環繞，在這鐘靈毓秀之地藏著一個千年古鎮，這里被評為“中國民間文化藝術之鄉”。自 2014 年起，撤縣改區，這里就此正式融入重慶主城都市區。2019 年，該區的GDP 已經達到 616 億，遠遠超過了許多同等規模的縣

121、域。然而在邁向快速發展的道路上，這里卻因為水資源拮據、供水不足的短板，限制了工業化、城市化進程的推進。為此，自 2012 年起，該區就啟動了三大水利工程來解決城區供水、防洪、水污染治理等難題。而其中2014 年竣工的某水廠一期工程日供水 5 萬噸，201931 西門子數字化水務白皮書 年 8 月二期工程竣工日供水達到 10 萬噸，為該區的十多個鎮街提供自來水。該水廠的穩定、高效、安全的運行，對保證全區的供水起著舉足輕重的作用。傳統泵站面臨多重考驗由于自然和人類活動等因素，原水中含有各種各樣的雜質。從原水到入戶的自來水，水廠承擔著搬運和凈化處理的重任。而泵站作為水廠的“心臟”，其穩定運行更是供水

122、系統高效運作的重要保障。該水廠送水泵站共有 8 臺水泵，4 臺為開關泵和 4 臺為變頻泵。過去，8 臺水泵采用既定的分段調度方案，即各變頻水泵同頻運行。這也導致在用水的高峰和低谷時，水廠無法適應大幅變化的供水需求，不能及時適應實際情況的變動，并做到最優化調節。另外，在傳統的調度方案里，作為水廠電力消耗的主要設備，水泵的調節高度依賴管控人員的人工經驗，能源的浪費情況嚴重。傳統的基于頻譜分析的人工監測不僅效率低下，在長期高噪音環境中工作，給人員健康也會帶來很大隱患，相應的，人員成本也逐年增加。除此之外，早期水廠囿于傳統的定期保養維護策略，泵組缺乏預測性維護的設備管理手段?；A設施的建設水平不高，由

123、此引發的水泵宕機和損壞，會給水廠帶來巨大的經濟損失和供水安全隱患。因此，想要同時解決電耗高、預測性維護短板明顯這兩大“病癥”，該水廠亟需一場泵站的數字化革新。數字化泵站系統讓供水更安全作為在水務數字化積累多年經驗的領先企業，西門子的專家團隊對該水廠的頑癥做出準確診斷。為助力泵站可靠運行、 提高運維的可靠性、 保障供水安全，針對水廠現存的節能優化和健康運維缺失的問題，西門子為其提供了全新的數字化泵站解決方案 SIWA Optim Dynamics。借助 SIWA Optim Dynamics 數字化泵站系統，西門子提供了從數據采集到數據傳輸、數據處理分析的設備預測性維護軟硬件整體解決方案。利用泵

124、組上的振動傳感器進行實時監測，系統能能夠對包括軸承早期潤滑不良、轉子動不平衡、軸承內 / 外圈磨損等9 種常見的水泵潛在故障類型進行識別。通過對采集到的泵機運行的可監測關鍵參數、工作狀態、健康度評估和設備維護信息等，進行智能診斷和預測性維護，降低水泵的非計劃性停車風險。SIWA Optim Dynamics 數字化解決方案將數據的價值發揮到了極致，不僅實現了整個泵站的動態監控、管理和數據傳送，還能夠實現故障報警、工況記錄和報表打印等功能。告別過去人工抄表的數據記錄和統計的方式，幫助水廠在精減人員、降低人員誤操作風險的同時，減少人力開支，提高管理和運營水平。 不僅如此，利用振動監測得到的數據，系

125、統在確保安全生產的同時，還能直觀地給與泵負載轉移方案。例如，對于健康度較低的水泵，系統會進行降級使用或退出運行組態操作，這樣能將其承擔的工作負載轉移到其他健康度較高的水泵上，予以補償，大大降低設備損壞與集體宕機的可能。創新算法最優化泵站運行一直以來，水泵的調度都高度依賴人工經驗，無法適應經常變化的供水需求，調度的不準確造成了巨大的能源浪費，SIWA Optim Dynamics 的出現打破了這樣的僵局。該系統可以獲取自控系統中的 KPI 情況，以及市政水務調度中心的生產調度的實時需求信息，并根據獨特的最優算法，自動計算出 8 臺水泵最佳的泵組配置方案。用戶可以根據泵站的實際情況，在系統中預先配

126、置每臺泵機的額定參數，比如流量、揚程、流量 - 能效特征曲線等。系統會將這些配置信息，以及通過 OPC UA 接口采集到的實時狀態信息進行整合，再輸入到 西門子數字化水務白皮書 32優化算法中，進行泵機組態方案的尋優。在調度需求發生變化，必要時系統也會發出需求交互信息彈框，提示用戶更新生產需求。SIWA Optim Dynamics 能夠對泵站各部分的節能潛力進行評估，不斷從數據中挖掘高效運行的可能性，并給與具有實時性的優化方案?；诒媒M的能耗數據曲線、泵組額定功率、效率等因素的綜合分析功能，通過創新算法，系統能夠讓每臺泵都盡可能運行于最優狀態。始終圍繞最優化運行的核心，也正是該解決方案的特點

127、和過人之處。特別值得一提的是，在過去，泵組優化常采用等間距枚舉篩選法，固定精度的軟件仿真往往會錯過真正的“最佳方案”。而 SIWA Optim Dynamics 根據空間內的梯度，自適應求解的精度步長，最大程度地逼近真實最優解，因此精度更高。在這個多目標的創新算法中，用戶還可以通過調節對不同優化目標的權重，來滿足對優化結果的偏好。原本的“分段調度方案”，也就這樣成為了更靈活的數字化泵組優化方案?，F如今，數字化的改造成果十分顯著，在新系統的助力下，該水廠在改造后至今未出現過由于運維不當導致的任何事故。值得一提的是，SIWA Optim Dynamics 解決方案的運用仍基于原有水廠設備的自動化信

128、號，因此無需進行大規模的改造，這也大幅節省了水廠升級的資金與時間成本，幫助水務客戶贏在數字化起跑線。案例四：數字化勾勒未來水廠新畫卷 成都西匯水環境數字化之路都江古堰的兩大支流 柏條河、徐堰河流經這片平原，宛如兩條婀娜多姿的彩帶翩翩起舞，給這片神奇的土地注入綠色的盎然生機 .，此處是位于四川成都市近郊的郫都區三道堰鎮。為了更大地改善周圍水體環境，保護當地流域水質和生態平衡，成都環境集團于 2019 年開始在這里啟動建設三道堰第二污水處理廠。作為該項目的總承包方，成都西匯水環境有限公司（以下簡稱西匯）計劃在這一設計處理規模為2.5 萬 m3/d 的工廠采用先進的污水處理工藝，尤其是從設計到運維的

129、整個過程中全面借助數字化的力量，建設一個新時代的智慧水務標桿。同樣在這一年，全球領先的自動化與數字化技術提供商西門子， 恰好推出了過程行業首個完全基于Web的、面向未來的控制系統 SIMATIC PCS neo，開始打造過程自動化領域的新標桿。于是，全球首個 PCS neo 實際應用項目便在這二者時間交匯之際應運而生，一個面向未來的過程控制平臺開始在此處勾勒出碧水藍天的美好畫卷。污水處理，挑戰紛至在西匯的數字化轉型專家蔣宇亮看來，作為一家污水處理廠，毫無疑問首先滿足污水處理的排放標準要求是至關重要的。近年來，隨著“水十條”標準的提高，整個污水處理排放標準要求愈發嚴格。目前，大部分污水處理廠排放

130、標準要求都從國標一級 B提高到了國標一級 A，甚至更高的地表水 IV 類標準。這意味著污水處理廠需要改進或采用更加復雜而先進的工藝，諸如預處理技術、生物除磷脫氮技術、深度處理技術、出水穩定處理技術和相關設備等，而這不僅意味著整個工廠控制系統需要更高的精度、平穩性和響應及時性等，更需要實現實時的數字化監控以滿足 COD（化學需氧量）、BOD（生物需氧量）等各個水質監測指標。其次，隨著城鎮化和經濟規模的提升，污水處理廠的實際處理水量越來越多，與設計處理能力相比常常需要滿負荷甚至超負荷運行，對工廠控制系統的長期平穩運行是一項挑戰。33 西門子數字化水務白皮書 另外一項主要的挑戰則來自于運行成本的壓力

131、?！斑@個也是公司對數字化項目的硬性考核，成本越低公司的利潤率才越高，”蔣宇亮說道，“基于數字化的新一代過程控制平臺，不但可以節省整個工程、運行和維護成本，優化和改善運行指標。同時還可以通過數字化與信息系統之間安全的數據交互，驅動上層應用實現數字化價值！”可以說，數字化轉型在建設三道堰這樣的智慧水處理工廠中，是助力滿足合規，高負荷穩定運行，優化工廠成本，提高運行效率方面的必然選擇。面向數字化未來與大多數同行一樣，西匯專注于自控系統的工程師團隊資源是相對有限的，而三道堰項目從啟動到投產大概只有 1 年左右的時間，前期的設計、組態、仿真和調試工作非常緊張?；?Web 的編程組態是 SIMATIC

132、PCS neo 的一個飛躍式的創新。通過集中的、面向對象的數據管理，可確保所有參與者始終可以訪問并獲得一致的數據信息，支持三道堰工程團隊基于 Web 的跨區域合作，實現多人并行工作，提高編程效率，加快工程進度。在編程組態期間，西門子位于北京、長沙、上海多地的工程師們基于統一的 SIMATIC PCS neo 平臺，共同參與到前期的編程和中間的調試階段工作中，在任意終端以 Web 網頁訪問的形式進行用戶校驗并進入平臺直接進行操作，使用統一的數據庫?；?PCS neo 解耦項目數據的特性，在保持項目所有數據的一致性的同時把自己的工作成果發布并共享給其他人。通過這種創新的方式，1,000 多個點的

133、三道堰項目僅僅不到一周時間便基本完成了此項工作，至少節省了30% 的時間成本?！皩τ跀底只D型的期待，我們是希望借助西門子的新一代 DCS 系統和 MindSphere 一道，為水處理廠打造控件式集中監控體系，通過自動化優化管控實現無人 / 少人值守；同時對多源數據和實時數據進行組合分析，實現工藝模擬及控制優化以滿足水質要求，并基于數據實現風機、泵等關鍵設備的智能狀態管理，”蔣宇亮表示。為此，SIMATIC PCS neo 與西門子基于云的開放式物聯網操作系統 MindSphere 的安全且無縫的對接，是這一數字化轉型標桿項目的核心價值。傳統的 DCS 通訊方式，往往需要單獨的 OPC 服務器

134、對 DCS 數據服務器進行封裝之后，再提供給更高層級的系統中，通過這種中轉的方式以保證數據面向上層IT 環境時一定程度的安全性。而這一方式帶來的挑戰是，數據實時性的降低和更高安全性的要求。首先基于 Web 架構的 SIMATIC PCS neo 平臺，面向 IT系統天然具有良好的開放性，與 MindSphere 之間取送數據都十分便捷高效。其次為了確保實時性，其監控服務器可同時作為 OPC UA 的客戶端與服務器，功能上實現了集成。同時，作為更開放的系統，SIMATIC PCS neo 在安全方面遵循“縱深防御”理念，同時還融入了 Web 安全的各種策略（例如引入 SSL 網絡傳輸加密技術、數

135、字證書驗證技術等），其軟件開發生命周期遵循安全編碼原則，完全符合 IACS 安全標準，并已經獲得了基于 IEC 62443-3-3 標準的 TV 證書。在這樣的基礎上，無論是組態編程數據、儀表數據或者設備狀態數據，都可以很方便地在集中展示于監控平臺畫面上，真正實現項目的無人值守與遠程操控，滿足人性化的同時也更加方便操作員對設備運維進行數字化管理并及時處理設備故障，從而降低水廠控制中心的運營成本。作為 SIMATIC PCS neo 全球首個落地應用的項目，西門子也為該項目提供了一系列極其有力的支持，包括專屬的西門子專家咨詢服務、深度的技術資料提供、持續的軟件升級服務包，乃至西門子全球化的項目工

136、程師團隊等。 西門子數字化水務白皮書 34到 2020 年中之時，SIMATIC PCS neo 已在三道堰污水處理廠開始投運，運行良好。為此，西匯董事長李健表示：“該項目是我們開啟智慧水務轉型的關鍵之舉，以此打造中國數字化水廠的標桿項目。我們專注水務七十年，希望能攜手西門子一起直面挑戰，把握未來加速增長與可持續發展的機遇，建設更加穩定可靠的城市基礎設施?！卑咐澹篠IMATIC PCS neo 為廬山水廠插上數字化的翅膀三疊泉、蘆林湖、如琴湖 .，處處可見的自然水景環繞之中，位于廬山山頂的牯嶺鎮一直是被眾星捧月一般，矗立于天高云淡的峰嶺之間。擁有國家級風景名勝區、世界文化遺產、國家 5A 級

137、旅游景區等一系列頂級光環的江西廬山之中，水為山帶來靈性的同時，也成為廬山核心風景區 海拔1,167 米的牯嶺鎮上數萬人口的生命之源。位于這個云中小鎮的廬山自來水廠，于 2020 年啟動了“廬山智慧旅游建設及景區基礎設施提升”的供水改造項目，為這一日供水 2.5 萬噸的傳統水廠開展智慧水務建設，以數字化力量更好地守護這片凈土。作為這一項目的集成方，江西三鼎水環境（集團）有限公司（以下簡稱江西三鼎）開創性地采用了西門子面向未來的全新過程控制平臺 SIMATIC PCS neo，為廬山自來水公司帶來更多價值的同時，也為這一行業的數字化應用轉型開拓了新的視野。面向 IT，開放帶來無限可能廬山自來水廠采

138、用的 SIMATIC PCS neo 控制平臺，所面向的控制對象既包括景區周邊水庫、蘆林湖等優質水源地，也包括分布于廬山之中的管網和水廠中的各類凈化設施等。這意味著首先需要將這些分散各處、甚至可能無人值守的設備所采集的數據都集中傳輸到控制平臺中。在此基本架構上，江西三鼎考慮更多的則是如何利用基于 Web 的 PCS neo 平臺，將其開放性價值充分發揮，讓數據在更高層級的 IT 系統中融合與利用起來。作為一家多年來在市政與水務領域擁有多項大型項目經驗的電氣自動化工程集成商和國家高新技術企業，江西三鼎已經基于阿里云建立了一套水廠項目的 MySQL 數據庫，并提供一些相關的水廠數據報表。然而問題在

139、于，除了常規的數據集中監視，江西三鼎在廬山項目中是否能夠更進一步，做到工程組態與編程數據、儀表數據或者設備狀態數據的全面集成，將原來單純的數據中心擴展成一個真正意義的監控中心，在統一的界面中自由切換，甚至對控制對象加以調整與優化？當然，如何通過并行協同設計，加快自動化工程的效率也是江西三鼎需要考慮的。這需要傳統 DCS 控制系統擁有更好的 IT 開放性。PCS neo 則不僅僅是將操作數據用 Web 網頁的方式接入數據和展現，更重要的是其背后保持數據的一致性、安全性和融合性所帶來的巨大優勢。由于采用了集中的面向對象的數據管理模式，PCS neo 可以將各類工程組態中間數據、設備數據和過程數據等

140、匯集到上層的集中監控畫面中，水廠工作人員可以在集中監控室隨時、方便地在工程組態、設備狀態、運行監視與控制視圖之間切換，只需通過點擊鼠標，即可訪問每一個應用子程序，真正實現了從數據到界面的 OT 與 IT 融合。同樣的，基于統一的數據庫和數據的一致性，江蘇三鼎在項目工程開發過程中采用了基于 Web 的協同工作，即基于分級授權管理模式同時并行開展工作。每一位工程師只需要一個賬號和密碼，以及授信證書，就可以隨時隨地通過任意終端以 Web 訪問的形式進入操作，而無需進行客戶端安裝，各自的工作成果可以發布并共享給其他人，從而大大提高了整個項目的工程效率和質量。35 西門子數字化水務白皮書 數字化運維，提

141、升創新價值基于數據的 OT 與 IT 融合，為后期水廠的數字化運維帶來了極大的創新價值。對于地點分散，自動化程度越來越高的水源地與送水管網運營而言，傳統運維的挑戰在于人工成本高、到達不便，無法及時準確地判斷和排除故障等一系列問題。通過 Web 接入的方式將運行數據和工程數據集中到中央監控平臺，SIMATIC PCS neo 無疑更好地助力廬山自來水廠運維人員的遠程監控，甚至通過移動端的方式，更加方便操作員對設備運維進行管理并及時處理設備故障，實現水廠的透明化、數字化運維管理，從而降低水廠控制中心的運營成本。其內置標準化、模塊化編程庫使水廠的改擴建通過復制、粘貼即可輕松完成，為水廠的數字化建設奠

142、定基礎。對于江西三鼎而言，除了數據監視之外也可以為需要運維支持的水廠用戶帶來更大的增值服務，大大降低用戶運維成本和風險成本。而無論是未來的項目規模擴容、設備升級改造還是工藝優化等任務，江西三鼎同樣能夠憑借豐富的水廠工藝自動化經驗，甚至在不停機的情況下幫助其高效、高質量地加以完成。SIMATIC PCS neo 不但是面向未來的一種控制平臺，對水務集成商和用戶來說也意味著新的業務模式、機會和新的合作模式。通過 SIMATIC PCS neo 基于數字化的設計理念，采用各種面向 IT 的創新技術，讓整個 OT 與 IT的互聯融合更簡單、使用更方便、擴展更靈活、系統更安全，帶來更高效靈活和成本優勢的

143、水廠運營價值?！皵底只畡帐钱斍爸袊吞辑h保和生態修復大趨勢下的必然選擇。通過西門子 SIMATIC PCS neo 全新平臺，從工程開發到調試運行再到運維，幫助我們全面打造了這一水廠數字化轉型的標桿項目，”江西三鼎總經理王濤表示。 西門子數字化水務白皮書 36附錄西門子工業數字化領域主要并購、研發大事記2001收購 ORSIMES 軟件2003收購 CompexMES 軟件2006收購 BerwangerMES 軟件2007收購 UGS全球產品全生命周期管理（PLM）領域軟件與服務的市場領導者2008收購 innotec過程工業流程行業數字工程軟件，COMOS 的前身2009收購 Elan

144、Software SystemsMES 軟件2010整合 MES 軟件，推出 Simatic IT 模塊化平臺MES 軟件（2001 年收購的意大利 ORSI）2011收購 Active Tecnologia em Sistemas deAutomao生物和制藥行業 MES 軟件2011收購 Vistagy復合材料分析工具 Fibersim2012收購 IBS AG質量管理軟件2012收購 Perfect Costing Solutions GmbH產品成本管理解決方案2012收購 Kineo CAM從裝配 / 拆卸間隙無碰撞的機器人的應用驗證2012收購 VRcontext Internat

145、ional S.A提供 3D 仿真可視化浸入式現實 (VR) 來實現人機的交互，之后并入 COMOS2013收購 LMS提供機電仿真軟件、測試系統及工程咨詢服務的解決方案2013收購 TESIS PLMwareSAP Oracle 和 TeamCenter 的無縫鏈接2013收購 PreactorAPS 高級排程軟件2014收購 Camstar電子制造業 MES 系統，Omneo 大數據分析2015推出 MindSphere基于云的開放式物聯網操作系統37 西門子數字化水務白皮書 2016收購 CD Adapco流體分析等領域有獨到競爭優勢的 CAE 軟件2016推出 Mindsphere 工

146、業物聯網操作系統工業物聯網操作系統（工業云 PaaS 平臺）2016收購 Polarion應用程序生命周期管理 (ALM) 企業解決方案2016收購 Materlals Solutions3D 打印工業組件2016收購 Mentor GraphicsEDA 三大巨頭之一，在汽車行業 MCU 和線束規劃設計有獨特的優勢2017收購 Tass International面向汽車行業的仿真軟件、工程和測試服務供應商，專注于自動駕駛解決方案2018收購 Unilab流程工業實驗室數據管理軟件2018收購 Sarokal Testsystem前傳網絡提供創新測試解決方案的供應商2018收購 Mendix

147、云原生低代碼應用開發領域的先驅和領導者2018收購 Lightwork Design3D 渲染軟件開發及 VR 內容制作公司2018收購 COMSA電氣系統設計和線束工程軟件開發2019收購 Saab Medav NVHNVH 質量測試解決方案2019收購 ESTEQ南非與阿聯酋數字化服務商2019收購 Atlas 3D面向直接金屬激光燒結 3D 打印機軟件2019收購 PSE流程行業從實驗室到運維的仿真軟件2019收購 MultiMechanics多尺度材料建模和仿真軟件的開發商2020收購 Vizendo AB為汽車制造提供虛擬培訓的領先提供商2020收購 UltraSoC Technol

148、ogies監測和分析解決方案提供商2020收購 Avatar集成電路 IC 布局布線設計軟件2020與 SAP 公司戰略合作產品端到端數字化無縫集成，形成了產品全產業鏈數字化鏈接 西門子數字化水務白皮書 3839 西門子數字化水務白皮書 西門子（中國）有限公司數字化工業集團本樣本中提供的信息只是對產品的一般說明和特性介紹。文中內容可能與實際應用的情況有所出入，并且可能會隨著產品的進一步開發而發生變化。僅當相關合同條款中有明確規定時，西門子方有責任提供文中所述的產品特性。樣本中涉及的所有名稱可能是西門子公司或其供應商的商標或產品名稱，如果第三方擅自使用，可能會侵犯所有者的權利。如有變動，恕不事先

149、通知西門子公司版權所有掃描關注西門子中國官方微信北方區北京北京市朝陽區望京中環南路7號 電話： 400 616 2020包頭內蒙古自治區包頭市昆區鋼鐵大街74號國貿大廈2107室 電話： (0472) 590 8380濟南山東省濟南市舜耕路28號舜耕山莊商務會所5層電話： (0531) 8266 6088青島山東省青島市香港中路76號頤中假日酒店4樓 電話： (0532) 8573 5888煙臺山東省煙臺市南大街9號金都大廈16層 1606室 電話： (0535) 212 1880淄博山東省淄博市張店區心環路6號匯美領域A座2314室電話： (0533) 218 7877濰坊山東省濰坊市奎文區

150、四平路31號鳶飛大酒店2408房間 電話： (0536) 8221866濟寧山東省濟寧市任城區太白東路55號萬達寫字樓1306室電話： (0537) 239 6000天津天津市和平區南京路189號津匯廣場寫字樓1401室 電話： (022) 8319 1666唐山河北省唐山市建設北路99號火炬大廈1308室 電話： (0315) 317 9450/51石家莊河北省石家莊市中山東路303號世貿廣場酒店1309號 電話： (0311) 8669 5100太原山西省太原市府西街69號國際貿易中心西塔16層1609B-1610室 電話： (0351) 868 9048呼和浩特內蒙古呼和浩特市烏蘭察布西

151、路內蒙古飯店10層1022室電話： (0471) 620 4133華東區上海上海楊浦區大連路500號西門子上海中心 電話： 400 616 2020杭州浙江省杭州市西湖區杭大路15號嘉華國際商務中心1505室電話： (0571) 8765 2999寧波浙江省寧波市江東區滄海路1926號上東國際2號樓2511室 電話： (0574) 8785 5377紹興浙江省紹興市越城區勝利東路375號鼎盛時代大廈1105室 電話： (0575) 8820 1306 溫州浙江省溫州市車站大道577號財富中心1506室電話： (0577) 8606 7091南京江蘇省南京市中山路228號地鐵大廈18層 電話：

152、(025) 8456 0550揚州江蘇省揚州市邗江區博物館路547號德馨大廈1508室電話： (0514) 8789 4566揚中江蘇省揚中市前進北路52號揚中賓館明珠樓318室 電話： (0511) 8832 7566徐州江蘇省徐州市泉山區科技大道科技大廈713室電話： (0516) 8370 8388 蘇州江蘇省蘇州市新加坡工業園蘇華路2號國際大廈11層17-19單元 電話： (0512) 8780 3615無錫江蘇省無錫市縣前東街1號金陵大飯店2401-2402室 電話： (0510) 8273 6868南通 江蘇省南通市崇川區崇川路88號國際貿易中心4006室電話： (0513) 81

153、02 9880常州江蘇省常州市關河東路38號九洲寰宇大廈989室 電話： (0519) 8989 5801鹽城江蘇省鹽城市鹽都區華邦國際東廈A區2008室電話： (0515) 8836 2680昆山江蘇省昆山市前進東路399號臺協大廈1502室電話： (0512) 5511 8321華南區廣州廣東省廣州市天河路208號天河城側粵海天河城大廈8-10層 電話： (020) 3718 2222佛山廣東省佛山市南海區燈湖東路1號友邦金融中心2座33樓J單元電話： (0757) 8232 6710珠海廣東省珠海市香洲區梅華西路166號西藏大廈13層1303A號電話： (0756) 335 6135南寧

154、廣西省南寧市青秀區民族大道131號萬豪酒店25層朱槿廳電話： (0771) 552 0700深圳深圳前海前灣1路前海嘉里中心T1-5樓市場部電話： (0755) 2693 5188東莞廣東省東莞市南城區宏遠路1號宏遠大廈1510室 電話： (0769) 2240 9881汕頭廣東省汕頭市金砂路96號金海灣大酒店19樓1920室 電話： (0754) 8848 1196?？诤Ｄ鲜『？谑袨I海大道69號寶華海景大酒店803房電話： (0898) 6678 8038福州福建省福州市晉安區王莊街道長樂中路3號福晟國際中心21層電話： (0591) 8750 0888廈門福建省廈門市廈禾路189號銀行中心

155、21層2111-2112室 電話： (0592) 268 5508華中區武漢湖北省武漢市武昌區中南路99號武漢保利大廈21樓2102室 電話： (027) 8548 6688合肥安徽省合肥市濉溪路278號財富廣場首座27層2701、 2702室 電話： (0551) 6568 1299宜昌湖北省宜昌市東山大道95號清江大廈2011室 電話： (0717) 631 9033長沙湖南省長沙市天心區湘江中路二段36號華遠國際中心24樓2416室 電話： (0731) 8446 7770南昌江西省南昌市北京西路88號江信國際大廈14樓1403/1405室 電話： (0791) 8630 4866鄭州河

156、南省鄭州市中原區中原中路220號裕達國貿中心寫字樓2506房間 電話： (0371) 6771 9110洛陽河南省洛陽市澗西區西苑路6號友誼賓館512室 電話： (0379) 6468 3519技術培訓北京： （010） 6476 8958上海： （021） 6281 5933廣州： （020） 3718 2012武漢： （027） 8773 6238/8773 6248-601沈陽： （024） 8251 8220重慶： （023） 6381 8887技術支持與服務熱線電話： 400 810 4288(010) 6471 9990E-mail： Web： www. 亞太技術支持 （英文服務）

157、及軟件授權維修熱線電話： (010) 6475 7575傳真： (010) 6474 7474Email： 公司熱線400 616 2020東北區沈陽沈陽市沈河區青年大街1號市府恒隆廣場41層電話： (024) 8251 8111大連遼寧省大連市高新園區七賢嶺廣賢路117號 電話： (0411) 8369 9760 長春吉林省長春市亞泰大街3218號通鋼國際大廈22層電話： (0431) 8898 1100 哈爾濱黑龍江省哈爾濱市南崗區紅軍街15號奧威斯發展大廈30層A座電話： (0451) 5300 9933華西區成都四川省成都市高新區天華二路219號天府軟件園C6棟1/2樓電話： (028

158、) 6238 7888重慶重慶市渝中區鄒容路68號大都會商廈18層1807-1811 電話： (023) 6382 8919貴陽貴州省貴陽市南明區新華路126號富中國際廣場10樓E座電話： (0851) 8551 0310昆明云南昆明市北京路155號紅塔大廈1204室 電話： (0871) 6315 8080西安西安市高新區天谷八路156號西安軟件新城二期A10， 2層電話： (029) 8831 9898烏魯木齊新疆烏魯木齊市五一路160號新疆鴻福大飯店貴賓樓918室 電話： (0991) 582 1122銀川銀川市北京東路123號太陽神大酒店A區1505房間電話： (0951) 786 9866 蘭州甘肅省蘭州市東崗西路589號錦江陽光酒店2206室電話： (0931) 888 5151