一、研究的背景与问题
目前，钢铁企业智能制造正在兴起，《中国制造2025》中明确提出，“单位工业增加值用水量”以2015年数据为基础，2020年要降低23%，2025年要降低41%，从统计数据来看，2015年我国钢铁企业平均吨钢新水用量为3.53m3/t，2020年已降至2.45m3/t，下降幅度约为30%，但距离2025年下降41%，即平均吨钢新水用量约为2.1m3/t的目标仍有差距，而钢铁企业平均吨钢新水用量的下降速度正不断放缓。
目前我国钢铁⼯业⽔处理存在的主要问题如下：①工艺流程长；②用排水量大；③废水排放节点多且成份复杂；④全厂水质水量难平衡；⑤水系统精细化科学管理及智能化管理水平还有待完善。
钢铁行业近年来的快速发展，决定了钢铁企业必须通过先进技术的应用，在节水减排的战略原则下，建立指导企业水系统生产运行的综合平台，实现生产控制运营的精细化和最优化，实现水质水量的科学核算与调度，实现集约化、智能化的创新运营管理模式，实现环保管理的实时化与零风险，提高水处理的效率、降低运行成本，以解决以上问题。利用信息化技术挖掘更深层次的节水潜能是未来钢铁企业进一步发展的必然措施。
二、解决问题的思路与技术方案
1、基本原理
图1 钢铁企业水系统全流程智慧管控平台开发技术路线图
2、平台功能
钢铁企业节水减排智慧管控平台通过对水处理系统的智能化科学管理，并通过对厂内用水及水处理单元的水质、水量、工艺运行状态及处理效率的实时监管，提升水处理系统综合治理效果，实现运行管理规范化、数据化、可视化，保障钢铁企业全厂水系统的稳定高效运行；同时将钢铁企业用排水全生命周期可视化显示于企业管理人员及技术人员面前，使之可以通过图形界面或统计图表实时了解全厂给排水网络的运行状况。
钢铁企业节水减排智慧管控平台功能主要包括有：水系统实时业绩管理、水处理质量管理、环保管理、水资源控制和协调、运维管理。
图2 钢铁企业节水减排智慧管控平台主要功能
三、主要创新性成果
1、创新开发了具有自主知识产权的钢铁联合企业全过程节水减排专家管理系统智慧平台
（1）全周期管理：平台从“监“、“管”、“控”三个方面，按照集中信息管理、数据分析管理、控制调节优化三步骤将钢铁园区内全过程生命周期水的运行、日常运维、环保管理、数据统计以及厂区内调控做到自动化、智能化、互联网化、大数据化，从而达到系统整体的节水减排。
（2）全流程覆盖：管控平台涵盖全流程生产链条，具备水系统实时监控、水处理运行分析及管理、环保管理、水系统实时平衡及优化协调、水系统业绩分析及统计等功能。
图3 平台功能组成示意图
2、创新研发并国内首台套应用的钢铁企业多因子水网络水质水量平衡优化技术
利用水质水量平衡优化算法，通过对区域、浓盐水产生与处理、处理单元和处理子单元的计算，搭建允许多种约束条件、允许人工调整、区分内外部水流的模型规则，最终完成涵盖原水处理、用水处理、污水处理的全生命用水周期水质水量平衡计算，实现钢铁企业全厂水平衡智能计算及指导。
图4 大型钢铁联合企业全厂水系统集成优化网络
四、应用情况与效果
2020年12月，“钢铁联合企业全过程节水减排智慧管控平台”在邯钢投入使用。2021年5月，平台通过示范工程第三方评估。
1、物联全过程
基于物联网，打通数据边界，打破工具壁垒，将整个钢铁园区全过程水系统信息汇入平台，集成统一管理，实现了全流程一体化管控。
图5 钢铁企业节水减排智慧管控平台实时监控全局概览图
2、生产全监控
实时追踪水足迹，以水流监控图的形式对水系统的运行工况进行监控，显示历史和实时的运行参数，从而判定各指标是否符合生产工艺要求并进行即时分析及预警报警，实现了水资源的智慧化和可视化管理。
图6 钢铁企业节水减排智慧管控平台3D导航界面
图7 钢铁企业节水减排智慧管控平台工艺监控
3、系统全平衡
分析水质水量平衡，以图表的形式即时显示全厂、区域、用水单元三级水平衡现状，从而有效实现水的调度，实现水的高效分质分级回用。
图8 钢铁企业节水减排智慧管控平台全厂水平衡
4、管控全平台
根据用户需求自动生成报表与图表，融合多因子水质水量平衡优化算法，并内置专家管理模型以及相应知识库。采用逐步趋近法渐次调节，实现了水系统的智能化运行分析和优化管理。
图9 钢铁企业节水减排智慧管控平台图表数据分析
平台自投运以来，以其高效、快捷、精准的特点，以全厂、区域、水系统三级管理，涵盖了邯钢西区焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢各个生产工序的用排水系统以及水处理、综合污水处理系统，以其高效、快捷、精准的特点，实现了钢铁园区全生命周期水系统运行、能源管理、环保管理、数据统计分析以及厂区内水平衡调控的智能化、数据化、可视化，保障了供水安全，优化了用水结构，提高了浓缩倍数，节省了药剂消耗，降低了用排水量。据测算，实现综合节水5%～10%，节省水处理运行费用10%以上。
图10 邯钢水系统智慧管控中心现场
