都江古堰的兩大支流——柏條河、徐堰河流經(jīng)這片平原，宛如兩條婀娜多姿的彩帶翩翩起舞，給這 片神奇的土地注入盎然生機……此處是位于四川成都市近郊的郫都區(qū)三道堰鎮(zhèn)。

為了更大力度地改善周圍水體環(huán)境，保護當?shù)亓饔蛩|(zhì)和生態(tài)平衡，三道堰第二污水處理廠于 2019年開始在這里啟動建設。成都西匯水環(huán)境有限公司（以下簡稱：西匯）計劃在這一設計處理規(guī)模為 2.5萬m3 /d的工廠中采用先進的污水處理工藝，讓數(shù)字化力量融入從設計到運維的全部過程，建設一個新時代的智慧水務樣板。

同樣在這一年，全球領先的自動化與數(shù)字化技術(shù)提供商西門子，恰好推出了過程行業(yè)首個完全基于 Web、面向未來的控制系統(tǒng)——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(zhàn)紛至

在西匯的數(shù)字化轉(zhuǎn)型專家蔣宇亮看來，作為一家污水處理廠，毫無疑問這里首先要滿足污水處理的排放標準和各項要求。近年來，隨著“水十條”要求的提高，國家對污水處理廠的排放標準也愈發(fā)嚴格。 目前，大部分污水處理廠的排放標準都從國標一級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傳統(tǒng)工藝、采用先進技術(shù)，諸如預處理技術(shù)、生物除磷脫氮技術(shù)、深度處理技術(shù)、出水穩(wěn)定處理技術(shù)等。因此，整個工廠控制系統(tǒng)需要更高的精度、平穩(wěn)性和響應及時性，還要實現(xiàn)實時的數(shù)字化監(jiān)控以滿足COD（化學需氧量）、 BOD（生物需氧量）等各個水質(zhì)監(jiān)測指標。

其次，隨著城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟規(guī)模的發(fā)展，污水處理廠的實際處理水量越來越大，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(tǒng)的長期平穩(wěn)運行是一項挑戰(zhàn)。

另外一項主要的挑戰(zhàn)則來自于運行成本的壓力。“這個也是公司對數(shù)字化項目的硬性考核。” 蔣宇亮說道，“基于數(shù)字化的新一代過程控制平臺，不但可以節(jié)省整個工程、運行和維護的成本， 優(yōu)化和改善運行指標，同時還可以通過數(shù)字化平臺與信息系統(tǒng)之間安全的數(shù)據(jù)交互，驅(qū)動上層應用實現(xiàn)數(shù)字化價值。”

可以說，對于建設三道堰這樣的智慧水處理工廠，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是幫助其滿足合規(guī)要求、保障高負荷穩(wěn)定運行、優(yōu)化工廠成本、提高運行效率的必然選擇。

面向數(shù)字化未來

與大多數(shù)同行一樣，西匯專注于自控系統(tǒng)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(chǎn)大概只有1年左右的時間，前期的設計、組態(tài)、 仿真和調(diào)試工作非常緊張。基于Web的編程組態(tài)是西門子SIMATIC PCS neo的一個飛躍式創(chuàng)新。通過集中的、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)管理，平臺可以確保所有參與者始終訪問并獲得一致的數(shù)據(jù)信息，支持三道堰工程團隊基于Web的跨區(qū)域合作，實現(xiàn)多人并行工作，從而提高編程效率，加快工程進度。

在編程組態(tài)期間，西門子位于北京、長沙、上海多地的工程師們基于統(tǒng)一的SIMATIC PCS neo平臺，共同參與到前期的編程和中間的調(diào)試工作中，在任意終端以Web網(wǎng)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(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。此外，基于PCS neo解耦項目數(shù)據(jù)的特性，工程師們可以在保持所有項目數(shù)據(jù)一致性的同時發(fā)布自己的工作成果， 并共享給其他人。

通過這種創(chuàng)新的方式，包含1000多個點的三道堰項目僅用不到一周時間便基本完成了此項工作，至少節(jié)省了30%的時間成本。

“對于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的期待，我們希望借助西門子的新一代DCS系統(tǒng)和MindSphere，為水處理廠打造控件式集中監(jiān)控體系，通過自動化優(yōu)化管控實現(xiàn)無人/少人值守；同時對多源數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進行組合分析，實現(xiàn)工藝模擬及控制優(yōu)化以滿足水質(zhì)要求， 并基于數(shù)據(jù)實現(xiàn)風機、泵等關鍵設備的智能狀態(tài)管理。”蔣宇亮表示。

為此，SIMATIC PCS neo與西門子 MindSphere工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)即服務解決方案的安全無縫對接，成為這一數(shù)字化轉(zhuǎn)型標桿項目的核心價值。

傳統(tǒng)的DCS通訊方式，往往需要單獨的OPC服務器對DCS數(shù)據(jù)服務器進行封裝之后，再提供給更高層級的系統(tǒng)，通過這種中轉(zhuǎn)的方式在一定程度上保證數(shù)據(jù)面向上層IT環(huán)境時的安全性。然而，這一傳統(tǒng)方式已經(jīng)難以滿足對數(shù)據(jù)實時性和安全性日益提升的要求。

SIMATIC PCS neo與MindSphere是如何發(fā)揮作用的呢？首先，基于web架構(gòu)的SIMATIC PCS neo平臺，面向IT系統(tǒng)天然具有良好的開放性，與 MindSphere之間取送數(shù)據(jù)都十分便捷高效。其次， 為了確保實時性，其監(jiān)控服務器可同時作為OPC UA 的客戶端與服務器，功能上實現(xiàn)了集成。此外，作為更開放的系統(tǒng)，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(wǎng)絡傳輸加密技術(shù)、數(shù)字證書驗證技術(shù)等），其軟件開發(fā)生命周期遵循安全編碼原則，完全符合IACS安全標準，并已經(jīng)獲得了基于 IEC 62443-3-3 標準的TüV證書。

在這樣的基礎上，無論是組態(tài)編程數(shù)據(jù)、儀表數(shù)據(jù)或者設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，都可以集中且清晰地展示于監(jiān)控平臺畫面上，真正實現(xiàn)項目的無人值守與遠程操控，方便操作員對設備運維進行數(shù)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有力支持，包括專屬的西門子專家咨詢服務、深度的技術(shù)資料提供、 持續(xù)的軟件升級服務包，乃至西門子全球化的項目工程師團隊等。

2020年中旬，SIMATIC PCS neo已在三道堰污水處理廠投運，運行良好。對此，西匯董事長李健表示：“該項目是我們開啟智慧水務轉(zhuǎn)型的關鍵之舉， 以此打造中國數(shù)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當下挑戰(zhàn)，把握未來加速增長與可持續(xù)發(fā)展的機遇，建設更加穩(wěn)定可靠的城市基礎設施。”

摘自《自動化博覽》2021年10月刊