По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

Цифровая трансформация систем водоотведения: оценка автоматизации и перспективы внедрения платформенных решений

В статье рассматриваются вопросы цифровизации коммунальных и промышленных систем водоотведения в Республике Беларусь. На основе методологии функционального моделирования (IDEF0) выполнена оценка уровня автоматизации ключевых функций: мониторинга параметров, обработки информации и контроля экологической безопасности. Установлено, что фактический уровень автоматизации составляет около 28 %, в то время как планируемый уровень — 63 %, что требует повышения показателя управляемости более чем в два раза. Обоснована необходимость разработки и внедрения цифровой платформы управления водоотведением, включающей технологии Интернета вещей, цифровых двойников и интеллектуального анализа данных. Представлены архитектура платформы, последовательность внедрения и ожидаемые результаты: повышение ресурсо- и энергоэффективности, снижение рисков техногенных чрезвычайных ситуаций и обеспечение экологической безопасности.

Литература:

1. Войтов И. В. Научные основы рационального управления и охраны водных ресурсов: монография. — Минск: БГУ, 2000. — 386 с.

2. Шаршунов В. А. Очистка сточных вод и утилизация их отходов: пособие. — Минск: Мисанта, 2020. — 642 с.

3. Грудяева Е. К., Душин С. Е., Кузьмин Н. Н. Динамические модели управляемых биохимических процессов очистки сточных вод // Изв. вузов. Приборостроение. — 2015. — Т. 58, № 9. — С. 732–737.

4. Алексеев Е. В., Викулина В. Б., Викулин П. Д. Основы моделирования систем водоснабжения и водоотведения: учеб. пособие. — М.: Изд-во МИСИ-МГСУ, 2017. — 126 с.

5. Grieves M., Vickers J. Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex System // Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems. — Springer, 2017. — P. 85–113.

6. Information Integration for Concurrent Engineering (IICE) Compendium Of Methods Report. — URL: https://www.cs.tcd.ie/Andrew.Butterfield/Teaching/CS4098/IDEF/IDEFcompendium.pdf (date of access: 17.01.2024).

7. Штепа В. Н., Шикунец А. Б., Золотых Н. Ю. Управление эколого-энергетической эффективностью водопроводно-канализационных хозяйств // Научно-технический прогресс в жилищно-коммунальном хозяйстве: сб. тр. — Минск, 2022. — С. 209−215.

8. ISO 23247–1:2021. Automation systems and integration — Digital Twin framework for manufacturing. — Part 1: Overview and general principles. — Geneva: ISO, 2021. — 36 p.

9. Lee J., Bagheri B., Kao H.‑A. A Cyber-Physical Systems architecture for Industry 4.0‑based manufacturing systems // Manufacturing Letters. — 2015. — Vol. 3. — P. 18–23.

10. Tao F., Qi Q., Liu A., Kusiak A. Data-driven smart manufacturing // Journal of Manufacturing Systems. — 2018. — Vol. 48. — P. 157–169.

11. Kaushik L., Sharma S., Singh R. IoT applications in wastewater monitoring and management: A review // Environmental Technology & Innovation. — 2022. — Vol. 28. — 102612.

12. Sharma A., Kumar P., Sangwan K. S. Wastewater treatment and resource recovery using Internet of Things: A review of enabling technologies and future directions // Journal of Cleaner Production. — 2021. — Vol. 312. — 127789.

13. Zuo Q., Chen Y., Sun W. Digital twin-driven smart water management system: Framework and practice // Water. — 2022. — Vol. 14 (9). — P. 1431. doi:10.3390/w14091431.

14. Плужников Л. Н., Ладанюк А. П. Автоматизация технологических процессов: учебник. — Киев: КНТ, 2015. — 412 с.

Государственная программа «Цифровое развитие Беларуси» на 2021–2025‑е годы определяет стратегический курс на внедрение информационно-коммуникационных и передовых производственных технологий во все сферы экономики и социальной жизни. Одним из приоритетных направлений в рамках программы стало формирование «умных городов», где цифровые решения призваны обеспечить комфортную и безопасную экосреду для населения.

Особое место в этом процессе занимает водопроводно-канализационное хозяйство (ВКХ), от которого напрямую зависят качество жизни, санитарное благополучие и экологическая безопасность. Цифровизация данной отрасли открывает возможности для внедрения систем удаленного мониторинга, управления технологическими процессами в реальном времени и прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций.

Вместе с тем анализ существующего состояния показывает, что уровень автоматизации систем водоотведения остается низким. Большинство процессов либо выполняется вручную, либо основано на устаревших технических средствах, что ограничивает эффективность управления и повышает вероятность сбоев. Таким образом, актуальной задачей становится создание цифровых платформ, способных объединить современные технологии Интернета вещей, искусственного интеллекта и цифровых двойников для повышения надежности и устойчивости систем ВКХ.

Системы водоснабжения и водоотведения Беларуси имеют значительный опыт эксплуатации и модернизации, накопленный за десятилетия. В крупных городах созданы разветвленные сети, позволяющие обеспечивать устойчивое водоснабжение и централизованный отвод сточных вод, а также поддерживать санитарное благополучие населения. Многие объекты были построены еще в советский период, что обеспечивает высокую степень охвата коммунальными услугами, но одновременно накладывает отпечаток изношенности оборудования и технологического отставания.

На сегодняшний день в системах ВКХ применяются традиционные решения: локальные контрольно-измерительные приборы, диспетчерские щиты, а на ряде объектов — SCADA-системы для контроля работы насосных станций и очистных сооружений. Однако такие технологии имеют серьезные ограничения. Во-первых, они часто функционируют разрозненно и не обеспечивают сквозного мониторинга всей системы в режиме реального времени. Во-вторых, прогнозные и аналитические функции практически отсутствуют: принятие решений опирается в основном на опыт специалистов, а не на цифровые модели или интеллектуальные алгоритмы.

Для Цитирования:
Цифровая трансформация систем водоотведения: оценка автоматизации и перспективы внедрения платформенных решений. Водоочистка. 2025;9.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: