摘要：水處理企業(yè)智慧水務(wù)項(xiàng)目的建設(shè)，通過搭建起綜合大數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)其對各個污水處理廠的監(jiān)管，提升管控水平，另一方面將各板塊數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總存儲、挖掘分析，為廠內(nèi)管理提供深層信息。通過大數(shù)據(jù)開發(fā)和應(yīng)用，使水處理企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行、資產(chǎn)及辦公管理等更加智能高效。本文對筆者負(fù)責(zé)的大型智慧水務(wù)工程中設(shè)計(jì)和建設(shè)的一些經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)。
一、引言
近年來，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)作為信息技術(shù)的發(fā)展方向，目前已經(jīng)逐步在各行各業(yè)得到了大量的應(yīng)用，其優(yōu)勢在于對海量數(shù)據(jù)的匯總和分析,促進(jìn)行業(yè)向精細(xì)化智能化發(fā)展。同時(shí)，污水處理廠目前從硬件結(jié)構(gòu)上具備天然的優(yōu)勢，從信息的采集和現(xiàn)場的調(diào)度上有強(qiáng)烈的行業(yè)需求。因此，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)的先進(jìn)理念和技術(shù)，對污水處理的過程數(shù)據(jù)和調(diào)度方式進(jìn)行綜合的重新設(shè)計(jì)、深度分析，實(shí)現(xiàn)污水處理廠的智能輔助管理，成為污水處理的提質(zhì)增效的新的前沿方向。
二、水處理行業(yè)智慧水務(wù)平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)
（一）設(shè)計(jì)原則與指導(dǎo)思想
要符合一體化原則。充分利用長期積累的軟件項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和一體化設(shè)計(jì)，消除信息孤島，進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)（包括共享數(shù)據(jù)抽取、相關(guān)信息關(guān)聯(lián)、公共功能構(gòu)件化、跨專業(yè)功能互操作、跨部門業(yè)務(wù)流銜接、統(tǒng)一功能調(diào)用入口、統(tǒng)一消息機(jī)制等），并在統(tǒng)一的平臺上予以一體化實(shí)現(xiàn)。
考慮布局平臺化功能原則。將使用面向?qū)ο髣討B(tài)建模和自動應(yīng)用生成等模型驅(qū)動和構(gòu)件化平臺技術(shù)對客戶的未來業(yè)務(wù)發(fā)展需要提供全方位支持。使得一般的用戶需求變化和應(yīng)用擴(kuò)充通過修改模型即可實(shí)現(xiàn)，無需人工編程，系統(tǒng)維護(hù)工作量很小，可維護(hù)性極強(qiáng)。系統(tǒng)需要提供完善的二次開發(fā)體系，包括各種層次的API編程模型和構(gòu)件庫，提供廣泛的腳本支持，最大限度提高系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)力，提高可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。
兼顧實(shí)用性與先進(jìn)性原則。將長期積累的先進(jìn)的管理思想和模式引入該項(xiàng)目中，通過信息化手段實(shí)現(xiàn)對業(yè)務(wù)管理的提升，避免成為現(xiàn)有手工系統(tǒng)的簡單仿真。
遵循安全性與可靠性原則。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，盡量避免病毒攻擊、外界惡意攻擊、非法入侵等，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。允許構(gòu)建其上的應(yīng)用系統(tǒng)在投運(yùn)后根據(jù)負(fù)荷承載情況逐步建立均衡服務(wù)器，提供多級的權(quán)限控制機(jī)制、運(yùn)行日志和審計(jì)功能。具有負(fù)載均衡、故障自愈、數(shù)據(jù)庫集群、異常捕獲和跟蹤等許多系統(tǒng)穩(wěn)定保障技術(shù)，最大限度地提高系統(tǒng)可靠性。
（二）智慧水務(wù)架構(gòu)的預(yù)期目標(biāo)
引入云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)技術(shù)，充分利用信息化和高性能計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)和理念，以現(xiàn)有業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ)，建立統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)分析和調(diào)度管理平臺，整合和升級現(xiàn)有的各類信息系統(tǒng)功能和歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)對污水處理運(yùn)營各個環(huán)節(jié)的監(jiān)測實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的“一個平臺、全面分析、智能調(diào)度、輔助提升”功能，為用戶的日常調(diào)度工作以及領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。通過對污水處理各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)分析，可以得到污水處理的最佳工藝運(yùn)行參數(shù)，保證污水處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)處于最優(yōu)工況，進(jìn)而提高污水處理效率。同時(shí)通過分析還可以降低故障停機(jī)頻次，保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，降低能耗和藥劑、耗材、人工成本。
三、水處理行業(yè)智慧水務(wù)平臺建設(shè)
（一）污水處理廠自動化與數(shù)字化提升建設(shè)
完善規(guī)范數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行升級完善。根據(jù)讀取速度，設(shè)定關(guān)鍵點(diǎn)位存儲周期確保數(shù)據(jù)采集的完整，為數(shù)據(jù)分析建立有代表性的模型數(shù)據(jù)采集存儲。對非現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行了移動端錄入開發(fā)。主要包含了進(jìn)出水水量、污泥量、藥劑量的采集。
從管理上加強(qiáng)數(shù)據(jù)質(zhì)量管理。重點(diǎn)在曝氣系統(tǒng)加強(qiáng)質(zhì)量管控，校準(zhǔn)儀表核算推斷空氣流量計(jì)、氨氮、硝氮儀表的準(zhǔn)確性。對安裝位置不具備采樣代表性的儀表進(jìn)行位置變更。
全過程流量數(shù)據(jù)管理。流量計(jì)涉及的范圍很廣，包含了進(jìn)出水、剩余污泥、回流、內(nèi)回流、深床進(jìn)水、初沉污泥、化學(xué)污泥、脫水機(jī)流量、均質(zhì)池進(jìn)泥、中水廠、反沖洗、回用水、水源空調(diào)進(jìn)水以及各類加藥流量計(jì)。
PLC系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性管理。PLC系統(tǒng)主要存在的問題為供電的穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。增設(shè)和維護(hù)UPS，確保網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，數(shù)據(jù)的連續(xù)存儲。確保PLC的關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠及時(shí)恢復(fù)和完整。過程儀表中的分析儀表和流量儀表以及控制點(diǎn)位的數(shù)據(jù)高質(zhì)量傳輸和存儲，是數(shù)據(jù)挖掘準(zhǔn)確性的根本基礎(chǔ)，也是日常高質(zhì)量、數(shù)字化、痕跡化管理的根本基礎(chǔ)。
建立部分?jǐn)?shù)據(jù)挖掘分析方案。以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種數(shù)據(jù)挖掘分析方法為主要工具，應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：利用歷史進(jìn)水前池液位及水泵開啟數(shù)量、變頻泵頻率智能化的確定總進(jìn)水瞬時(shí)流量；風(fēng)機(jī)信號狀態(tài)和氣量的數(shù)據(jù)挖掘和模擬；單系列曝氣系統(tǒng)DO、風(fēng)量、開度的數(shù)據(jù)挖掘和模擬；剩余污泥排放量、濃縮池運(yùn)行、除臭污泥等智能排泥自動控制。
（二）污水處理廠平臺建設(shè)方向
綜合調(diào)度、精簡運(yùn)維。通過系統(tǒng)建設(shè)，將污水處理各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、統(tǒng)一預(yù)警，同時(shí)通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的聯(lián)動分析，進(jìn)行輔助判斷，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)測、統(tǒng)一調(diào)度，大大提升調(diào)度人員的工作效率。同時(shí)通過對數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析和深入挖掘，可以為用戶提供相應(yīng)的解決方案，降低了調(diào)度人員的工作量。
節(jié)能降耗。通過對污水處理各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)分析，可以得到污水處理的最佳工藝運(yùn)行參數(shù)，保證污水處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)處于最有工況，進(jìn)而提高污水處理效率。同時(shí)通過分析還可以合理調(diào)配設(shè)備運(yùn)行臺時(shí)，避免設(shè)備空載運(yùn)行，降低生產(chǎn)過程中的電耗。通過對藥劑使用的精細(xì)化管理，避免了藥劑使用的浪費(fèi)，節(jié)省了運(yùn)營成本。
統(tǒng)一監(jiān)測、統(tǒng)一預(yù)警。對污水處理各個環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測，統(tǒng)一預(yù)警。將監(jiān)測數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)匯集在數(shù)據(jù)中心，形成污水處理大數(shù)據(jù)。并可以對主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)主要運(yùn)行指標(biāo)的預(yù)測預(yù)警，同時(shí)通過數(shù)據(jù)的聯(lián)動分析，對用戶進(jìn)行操作提示。通過對污水處理的整體監(jiān)測，可以通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看污水處理各個環(huán)節(jié)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，同時(shí)可以結(jié)合移動端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、
進(jìn)行“污水處理大數(shù)據(jù)”挖掘。通過系統(tǒng)的建設(shè)，可以將污水處理過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，保證數(shù)據(jù)連續(xù)、穩(wěn)定、真實(shí)，然后將這些數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)中間，建立起污水處理的數(shù)據(jù)倉庫。當(dāng)數(shù)據(jù)積累到一定的量級之后，可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。一方面通過大數(shù)據(jù)分析，可以為用戶的業(yè)務(wù)管理提供輔助，另一方面可以通過大數(shù)據(jù)分析，降低企業(yè)的運(yùn)行成本，通過真實(shí)直觀的數(shù)據(jù)，反映出津沽污水處理廠在污水處理方面對社會的貢獻(xiàn)，體現(xiàn)出污水處理的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
設(shè)備管理。實(shí)現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備的登記、巡檢、故障維修、保養(yǎng)、報(bào)廢管理、配件更換管理，并基于運(yùn)行數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)對設(shè)備進(jìn)行深層次的數(shù)據(jù)分析，如設(shè)備故障分析、設(shè)備維修策略分析等。通過對設(shè)備的分析來輔助用戶提升設(shè)備的管理水平，降低設(shè)備停機(jī)故障，從而提高污水處理效率，降低運(yùn)營成本。
數(shù)據(jù)可視化。通過大數(shù)據(jù)可視化可以幫助用戶了解數(shù)據(jù)的所反應(yīng)的本質(zhì)問題或發(fā)現(xiàn)未知信息，為用戶決策提供科學(xué)依據(jù)。
移動應(yīng)用。云后臺會不斷學(xué)習(xí)和分析，根據(jù)用戶使用的情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的不斷優(yōu)化，更精準(zhǔn)的推送給用戶需要的信息，想看到的信息。
總結(jié)：水處理行業(yè)智慧水務(wù)建設(shè)，首先盡可能減少人對污水處理系統(tǒng)運(yùn)行的干預(yù)，根據(jù)進(jìn)水水量、進(jìn)水水質(zhì)等信息，智慧水務(wù)管理系統(tǒng)制定出最優(yōu)的運(yùn)行策略、控制方式等，指導(dǎo)甚至自動控制污水處理工藝的運(yùn)行，使出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)、運(yùn)維成本最低，保證了運(yùn)行安全、出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，對污水處理系統(tǒng)進(jìn)行全面檢視、改進(jìn)、優(yōu)化，提高污水廠運(yùn)行的自動化、信息化、智能化水平，減少了污水廠的能耗、藥耗，降低運(yùn)維人工成本，極大提高了管理效率。