摘要：水處理企業(yè)智慧水務項目的建設，通過搭建起綜合大數(shù)據(jù)平臺，實現(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)和應用，使水處理企業(yè)生產(chǎn)運行、資產(chǎn)及辦公管理等更加智能高效。本文對筆者負責的大型智慧水務工程中設計和建設的一些經(jīng)驗進行了總結(jié)。
一、引言
近年來，大數(shù)據(jù)、云計算、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)得到了大量的應用，其優(yōu)勢在于對海量數(shù)據(jù)的匯總和分析,促進行業(yè)向精細化智能化發(fā)展。同時，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)度上有強烈的行業(yè)需求。因此，利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)的先進理念和技術(shù)，對污水處理的過程數(shù)據(jù)和調(diào)度方式進行綜合的重新設計、深度分析，實現(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)智慧水務平臺系統(tǒng)設計
（一）設計原則與指導思想
要符合一體化原則。充分利用長期積累的軟件項目設計和開發(fā)經(jīng)驗，對項目進行統(tǒng)一規(guī)劃和一體化設計，消除信息孤島，進行一體化設計（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)務流銜接、統(tǒng)一功能調(diào)用入口、統(tǒng)一消息機制等），并在統(tǒng)一的平臺上予以一體化實現(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用擴充通過修改模型即可實現(xiàn)，無需人工編程，系統(tǒng)維護工作量很小，可維護性極強。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)的靈活性和適應力，提高可擴展性和可維護性。
兼顧實用性與先進性原則。將長期積累的先進的管理思想和模式引入該項目中，通過信息化手段實現(xiàn)對業(yè)務管理的提升，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。設計時要考慮網(wǎng)絡安全防護，盡量避免病毒攻擊、外界惡意攻擊、非法入侵等，確保系統(tǒng)的安全運行。允許構(gòu)建其上的應用系統(tǒng)在投運后根據(jù)負荷承載情況逐步建立均衡服務器，提供多級的權(quán)限控制機制、運行日志和審計功能。具有負載均衡、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）智慧水務架構(gòu)的預期目標
引入云計算、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算等先進技術(shù)和理念，以現(xiàn)有業(yè)務需求為基礎，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)，同時將數(shù)據(jù)匯總到數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)對污水處理運營各個環(huán)節(jié)的監(jiān)測實現(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)導決策提供科學的數(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行參數(shù)，保證污水處理系統(tǒng)實時處于最優(yōu)工況，進而提高污水處理效率。同時通過分析還可以降低故障停機頻次，保證設備的安全可靠運行，降低能耗和藥劑、耗材、人工成本。
三、水處理行業(yè)智慧水務平臺建設
（一）污水處理廠自動化與數(shù)字化提升建設
完善規(guī)范數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。對實時數(shù)據(jù)庫進行升級完善。根據(jù)讀取速度，設定關(guān)鍵點位存儲周期確保數(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)進行了移動端錄入開發(fā)。主要包含了進出水水量、污泥量、藥劑量的采集。
從管理上加強數(shù)據(jù)質(zhì)量管理。重點在曝氣系統(tǒng)加強質(zhì)量管控，校準儀表核算推斷空氣流量計、氨氮、硝氮儀表的準確性。對安裝位置不具備采樣代表性的儀表進行位置變更。
全過程流量數(shù)據(jù)管理。流量計涉及的范圍很廣，包含了進出水、剩余污泥、回流、內(nèi)回流、深床進水、初沉污泥、化學污泥、脫水機流量、均質(zhì)池進泥、中水廠、反沖洗、回用水、水源空調(diào)進水以及各類加藥流量計。
PLC系統(tǒng)和網(wǎng)絡穩(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)絡傳輸?shù)姆€(wěn)定性。增設和維護UPS，確保網(wǎng)絡的連續(xù)穩(wěn)定運行，數(shù)據(jù)的連續(xù)存儲。確保PLC的關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠及時恢復和完整。過程儀表中的分析儀表和流量儀表以及控制點位的數(shù)據(jù)高質(zhì)量傳輸和存儲，是數(shù)據(jù)挖掘準確性的根本基礎，也是日常高質(zhì)量、數(shù)字化、痕跡化管理的根本基礎。
建立部分數(shù)據(jù)挖掘分析方案。以BP神經(jīng)網(wǎng)絡這種數(shù)據(jù)挖掘分析方法為主要工具，應實現(xiàn)以下功能：利用歷史進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水瞬時流量；風機信號狀態(tài)和氣量的數(shù)據(jù)挖掘和模擬；單系列曝氣系統(tǒng)DO、風量、開度的數(shù)據(jù)挖掘和模擬；剩余污泥排放量、濃縮池運行、除臭污泥等智能排泥自動控制。
（二）污水處理廠平臺建設方向
綜合調(diào)度、精簡運維。通過系統(tǒng)建設，將污水處理各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測、統(tǒng)一預警，同時通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的聯(lián)動分析，進行輔助判斷，實現(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行參數(shù)，保證污水處理系統(tǒng)實時處于最有工況，進而提高污水處理效率。同時通過分析還可以合理調(diào)配設備運行臺時，避免設備空載運行，降低生產(chǎn)過程中的電耗。通過對藥劑使用的精細化管理，避免了藥劑使用的浪費，節(jié)省了運營成本。
統(tǒng)一監(jiān)測、統(tǒng)一預警。對污水處理各個環(huán)節(jié)進行統(tǒng)一監(jiān)測，統(tǒng)一預警。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)。并可以對主要運行參數(shù)進行大數(shù)據(jù)的分析，實現(xiàn)主要運行指標的預測預警，同時通過數(shù)據(jù)的聯(lián)動分析，對用戶進行操作提示。通過對污水處理的整體監(jiān)測，可以通過系統(tǒng)實時查看污水處理各個環(huán)節(jié)的運轉(zhuǎn)情況，同時可以結(jié)合移動端進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)任何時間、
進行“污水處理大數(shù)據(jù)”挖掘。通過系統(tǒng)的建設，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，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。當數(shù)據(jù)積累到一定的量級之后，可以進行大數(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)的運行成本，通過真實直觀的數(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，體現(xiàn)出污水處理的經(jīng)濟效益和社會效益。
設備管理。實現(xiàn)監(jiān)測設備的登記、巡檢、故障維修、保養(yǎng)、報廢管理、配件更換管理，并基于運行數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)對設備進行深層次的數(shù)據(jù)分析，如設備故障分析、設備維修策略分析等。通過對設備的分析來輔助用戶提升設備的管理水平，降低設備停機故障，從而提高污水處理效率，降低運營成本。
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)的所反應的本質(zhì)問題或發(fā)現(xiàn)未知信息，為用戶決策提供科學依據(jù)。
移動應用。云后臺會不斷學習和分析，根據(jù)用戶使用的情況進行數(shù)據(jù)的不斷優(yōu)化，更精準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)智慧水務建設，首先盡可能減少人對污水處理系統(tǒng)運行的干預，根據(jù)進水水量、進水水質(zhì)等信息，智慧水務管理系統(tǒng)制定出最優(yōu)的運行策略、控制方式等，指導甚至自動控制污水處理工藝的運行，使出水水質(zhì)達標、運維成本最低，保證了運行安全、出水水質(zhì)達標。在此基礎上，對污水處理系統(tǒng)進行全面檢視、改進、優(yōu)化，提高污水廠運行的自動化、信息化、智能化水平，減少了污水廠的能耗、藥耗，降低運維人工成本，極大提高了管理效率。