污水處理廠智慧管控平臺的設計要點概述

孫展， 邢文雅

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司西安分公司）

1 工程概況

該項目采用具有脫氮除磷效率較高、耐沖擊負荷、出水水質穩定、曝氣充氧效率高運行費用較低的改良A2O 二級處理工藝；深度處理采用高密度澄清池+纖維束濾池+紫外線消毒的處理工藝；本項目建設污水廠智慧水務管理平臺包含中央控制系統、安防監控系統、智慧應用開發等內容。

2 總體設計

2.1 建設要點

本次污水廠智慧化管理系統設計方案遵循更高效的數據整合、更全面的互聯互通、更深入的智能化控制、更細致的智慧化管理等設計思路，可以概括為“兩中心、六應用、一平臺”具體包括。

1）智能運營中心

對污水廠所涉及的生產、管理、安防等系統進行整合，形成統一的展示、監控平臺。對設備實現遠程實時數據采集、設備遠程維護、故障遠程診斷分析，并實現設備管理集中化，客戶服務響應自動化。

2）數據中心

數據中心負責管理污水廠各應用系統基礎及業務數據，統一數據源，為上層智慧應用提供數據支持[1]。

3）智慧業務應用

以信息化推進生產規范化、管理科學化，開發部署安防管理、設備管理、能效管理、水質管理、統計報表、綜合管理等業務應用系統，實現對污水廠生產經營活動的全程、統一、實時、動態的管理和監督。

4）基礎框架平臺

基礎框架平臺提供企業級快速開發解決方案，基于經典技術組合，使整體架構更加清晰、易于維護、易于擴展、安全穩定，讓系統正專注于業務。

2.2 總體框架設計

污水廠智慧水務系統總體架構圖（見圖1），分主要為5 層，依次是前端感知層、網絡傳輸層、數據平臺層、應用軟件層及終端展示層。

圖1 系統總體架構

1）前端感知層

“前端感知層”包括污水廠SCADA自控系統、視頻監控系統、周界防范系統用于前端生產數據、安防數據的采集。

2）網絡傳輸層

“網絡傳輸層”建設前端感知傳輸網絡。前端感知傳輸網絡采用園區有線網絡的傳輸網方式，實現前端監測系統采集的數據回傳到中心平臺。網絡可劃分為控制專網和業務內網，控制專網用于廠區生產監測數據及控制信號的傳輸，業務內網用于廠區安防監控、業務管理數據的傳輸。

3）數據平臺層

“數據平臺層”實現數據匯聚、數據加工與處理、數據分析等功能，用于支撐上層應用[2]。

4）應用軟件層

“應用軟件層”由IOC 專題和業務應用系統組成。業務應用包括生產管理、設備維護、電耗管理、藥耗管理、統計分析、水質管理。

5）終端展示層

“終端展示層”以大屏、桌面PC端形式對應用系統進行展示。

2.3 方案亮點

該系統采用了集中式數據采集系統將廠站的生產運行數據進行實時采集，進行集中管理，并實時存儲，同時支持遠程網絡訪問，突破了傳統自控系統和組態軟件的狹窄視野[3]，把生產控制層和企業決策管理層結合起來，遠程監視與信息管理相互滲透，彼此結合，形成一個多層次、網絡化的智慧水務管理系統，最大限度地提升了整體運營水平。

3 智慧應用開發

3.1 內網門戶設計

3.1.1 概述

內網門戶（對內業務應用門戶）面向內部人員提供接入服務，是業務內網所有應用系統的統一門戶，同時也是進行內部信息發布的平臺。

3.1.2 軟件功能

內網門戶主要包括統一用戶、單點登錄、安全認證、權限整合、資源整合、應用集成、統一入口。

3.2 智能運營中心

建設污水廠智能運營中心，匯聚水廠各類生產綜合總覽（見圖2），包括：監測數據、管理數據，集中展示水廠業務運行狀況，并提供數據分析和實時圖表（見圖3），從而讓管理者對水廠業務盡在掌握，最終實現可視、可控、可觀。

圖2 運營指揮中心綜合總覽圖例

圖3 運營指揮中心經營分析圖例

3.3 生產調度中心

①生產運行工藝監控：污水廠生產工藝的整體展示，工藝狀態的在線監控。

②進出廠流量監控：進水流量、出水流量數據的采集展示。

③設備運行狀態：核心設備運行時間、停運時間等（提升泵、風機、加藥間、脫泥機、消毒設備等）。

④電耗分析：年度、月度、日累計耗電量分析。

⑤藥耗分析：年度、月度、日累計耗藥量分析。

⑥水質監測：工藝生產過程中水質數據在線監測及異常預警[5]。

⑦廠區視頻聯動：同步展示設備運行數據和設備監控圖像。

3.4 設備運維模塊

①設備維護：設備基礎信息、設備出廠日期及維護周期，并進行設備狀態更新。②維護計劃：根據設備維護要求制定維護計劃。③設備維護：根據維護計劃進行設備巡檢，記錄巡檢結果。

④故障上報：巡檢過程中、生產過程中發現的故障進行上報。

⑤維修工單：故障上報后產生維修工單，并跟蹤執行。

⑥維護記錄：巡檢、維護、維修等記錄查詢[6]。

3.5 藥耗及電耗管理模塊

藥耗管理包含藥劑庫存管理、加藥記錄管理、藥耗監測分析、效能分析。

電耗管理模塊主要包括用電概況、電力監控、效能分析等功能。

3.6 水質管理模塊

水質是污水廠重要的生產數據，也是環保部門重點監控的數據，污水廠根據進水水質數據，采用對應的處理工藝進行處理，控制污水處理過程，以保證出水水質滿足要求。水質管理是水質保障的核心系統，本系統實現水質監測參數管理、水質在線監測分析、人工水質檢測管理、水質監測預警等管理功能。

3.7 統計分析模塊

基于各業務系統數據分析，為水廠各角色人員提供生產運行、設備維護統計分析報表。

1）生產運行統計分析

處理量分析、水質分析、電耗分析、藥耗分析。

2）設備在用、維護維修數量的統計分析

設備狀態統計分析、維護工單統計分析、維護指標統計分析。

4 結語

在“新基建”及國家“十四五規劃”的背景下，信息化、智慧化技術的應用，必將推動市政行業向智慧建造、智慧運維方向的轉型發展。在污水處理廠設計過程中，通過在建設和運維過程中應用物聯網、大數據等新一代信息化技術，實現了“環境友好、社會和諧、功能齊全、綠色高效”的生態水廠建設理念，做到了讓水廠的運行變得高度智能、安全、高效和透明，并使其成為智慧城市的一部分。項目通過建設智慧管控平臺，實時掌握水廠污水處理系統運行狀況，遠程進行生產調節、設備控制、診斷調度、線上填報生產運維報表等工作，為無人/少人運行，降低運維成本，穩定達標排放提供有力支撐。