污水廠從自動化向智慧化管理“蛻變”研究

楊 義

（北京金控數據技術股份有限公司，北京 100070）

當前，很多污水廠在日常運行管理上觀念陳舊，缺乏創新，仍延用過去傳統的管理模式，依賴于技術人員的主觀判斷，很多業務仍采用紙質辦公方式，缺少對設備巡檢養護和安全生產過程的有效監管，嚴重制約了污水廠運行質量和管理效率的提升，造成資源浪費和生產成本虛高。因此，以自動化、智能化為核心，探索智慧化管理模式已逐漸成為現代污水處理行業發展趨勢。

1 傳統水廠運營模式

傳統污水廠的建設從功能實用角度出發，考慮的是現場運維人員如何有效實現控制和監視。每個污水廠都設有PLC控制系統，并配置可視化的操作界面，污水處理設備控制采取手動、自動和遙控三種方式，使整個廠站的自動化控制不依賴于一個控制裝置或系統，提高了控制系統的整體可靠性。工程師站和操作員站運行SCADA工業監控軟件，可將數據信息轉換為圖形信息，方便管理者掌控和管理生產運營狀況。傳統污水廠的網絡拓撲及系統架構、功能模塊的設計目的在于為各層級用戶提供相應崗位職責所需的應用系統功能[1]。

2 現代水廠的智慧運營模式

隨著信息化技術的發展，水廠建設慢慢由增量模式逐漸轉變為存量模式，很多集團公司管理區域內的多座污水廠，為了打破針對單個污水廠的傳統單一管理方式，集中管理方式應運而生，該管理模式要求對轄區內所有廠站實現統一管理，由總控制中心對所有廠站進行全盤掌控。該運營模式以計算機的信息化和網絡化作為企業信息化的手段，以開發、利用信息資源為信息化的核心，來實現廠站的數字化、自動化、網絡化。通過信息共享機制，實現廠站的集中化管理、遠程監控、無人值守、歷史數據查詢、手機APP等應用功能。

2.1 智慧水廠的概念

智慧水廠采用先進的管理思維和技術手段，提供一套應用于污水廠的集智能化控制、物聯網接入采集、一體化中央監控、移動化管控平臺、大數據分析和科學化決策于一體的自動化、智能化、智慧化污水廠整體管理方案，實現污水廠的少人、無人化運營管理。近年來，國內廠站不斷引進國外先進技術應用于污水廠的自動控制系統，污水廠自動化控制系統的發展逐步進入了信息化、網絡化、分散化的時代[2]。

2.2 智慧水廠運維優勢

智慧水廠運維具有以下優勢：

（1）集中式優化管理。系統采集各廠站的實時數據，并進行集中管理，實時存儲，同時該系統還支持遠程網絡訪問，突破了傳統自控系統和組態軟件的限制，把生產控制層和企業決策管理層結合起來，遠程監控與信息管理相互滲透，形成一個多層次的信息化平臺，最大限度地提升整體運營水平。

（2）遠程監控、無人值守。采用信息化手段，實現遠程監視管理。該系統采用分布式采集與集中管理相結合的方式彌補了傳統自控系統和組態軟件只能在本地查看和管理生產運行數據的不足，將原本分散于各地廠站的生產運行數據進行自動整合匯總，并進行實時存儲和管理，加強統一監管，相比工作人員到現場監管，靈活度和有效性有較大的提升。

（3）統一遠程調度。該系統采用以單個廠站為基礎的管理方式，建設起統一的遠程調度平臺，通過監控廠站的監控屏，觀察各組運行數據和設備數據，并由系統對報警和設備故障情況等進行上報，實現運營中心管理層的實時溝通，進而由管理層指派專家進行技術支持和現場維修，最終實現管理者對廠站生產管理的遠程調度。運營中心管理層負責查看各廠站統計數據和匯總數據，更新生產和設備管理策略，做出關鍵的生產決策。

2.3 智慧水廠系統架構設計

水廠智慧化管理系統由五層架構組建而成。感知層由智能傳感器對現場的實時數據進行數據采集；智能控制層由控制系統進行準確的閉環控制，實現廠站基礎功能自動化；網絡層負責對數據的網絡鏈路傳輸，并保證數據的絕對安全；智能決策層負責對所有有效數據進行綜合展示，結合現場的實際數據，給出合理化建議；大數據平臺通過云服務器端的數據二次挖掘，存儲用戶的海量云數據是整個后臺系統的總控制中心。

2.4 智慧水廠智慧決策的實現方式

智慧水廠不只是做一個軟件平臺就可以實現的，它要求設計者從設計之初就考慮到系統后期的發展空間和方向。智慧水廠是由傳統廠站經技術升級改造而來，通過信息化軟件技術的助力，全面綜合地對系統進行軟硬件升級，真正讓用戶達到對管理情況的全盤掌控和精準施策，并實現節省人力資源的目標。智慧決策的實現方式如下：

2.4.1 通過實現閉環控制，提高系統程控率

現有的控制系統，大部分還是以人力判斷為基礎，由工人根據實際工藝運行情況，憑經驗進行相關參數的設定和模式切換，自動化水平偏低，運行反饋不能做到及時響應，造成人為操作的滯后性，偏離最佳控制模式和策略。而且這種系統對監控管理人員要求較高，對運行成本會造成浪費。在實現工藝閉環控制后，通過系統預案的設置就可以針對性解決問題，使系統響應更加科學及時，大大提高自動化控制水平，為無、少人值守提供強有力的控制策略支撐，提高系統的可靠性和安全性。

2.4.2 通過加強系統自診斷能力，提高閉環連續運轉率

無人、少人值守要求系統具有強大的自診斷能力。發生故障后自動定位設備故障點，縮短系統的維修和恢復時間。而提高系統的自診斷能力，需要對現有的控制系統進行各工藝段的技術改造，主要包括：PLC程序和SCADA程序的自診斷能力的優化和提升、移動管控平臺的實施。

2.4.3 通過各工藝段優化控制策略，提高控制品質達標率

采用基于模型預測的系列思想，構建起支持基于多方案選擇的仿真工藝決策與優化的污水處理控制策略。在滿足供水水質達標的基礎上，優化運行參數，實現污水處理行業的運行精細化、決策精準化以及管理科學化。

3 建設水廠大數據分析及科學化決策平臺

構建水廠大數據分析及科學化決策平臺，必然要依托于云計算優勢，對海量數據進行二次挖掘，按照各種算法及公式快速準確得到各類運行參數或統計分析數據。同時，采用專業的數據分析和報表集成工具對整個生產過程的數據進行統計，使各級管理和調度人員能夠及時、準確、全面地了解和掌握實時數據和歷史數據[3]。公司管理人員可以隨時主動調取下屬污水廠的各類運行報表，加強對下屬各個分廠監管。

通過建立污水廠運行關鍵績效指標評估機制，可以從管理質量、能耗分析、設備運行效率、運行工藝參數等多個方面定期對污水廠的運行管理狀況進行綜合性評定。通過信息系統，應用績效評估指標體系，對污水廠業務管理數據進行統計分析。以多維度統計圖表的方式展現績效，識別污水廠運行管理薄弱環節，為污水廠運行管理優化提供豐富的數據，實現多個污水廠智能化、信息化運營管理。平臺的建設使得本地廠站系統能夠具有工業自動化軟件控制的先期優勢，同時，又具備信息化軟件系統的智慧化分析功能，實現自動化與信息化的“兩化融合”。智慧水廠集中管理可以降低生產運維成本，提高設備系統的可靠性，節能降耗，且提高企業的綜合管理能力。

4 結語

綜上所述，污水廠從原來的單獨自動控制向智慧水廠集中運營管理轉變，能夠進一步提高水處理設備的可靠性，減少停機時間和延長生命周期。建立起集中少人、無人化廠級運營管理體系，能夠在高效的人機交互模式下減少對污水廠內人力資源的需求。