水處理行業(yè)智慧水務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與建設(shè)

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2023-07-11

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摘要:水處理企業(yè)智慧水務(wù)項(xiàng)目的建設(shè),通過(guò)搭建起綜合大數(shù)據(jù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)其對(duì)各個(gè)污水處理廠(chǎng)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(chǔ)、挖掘分析,為廠(chǎng)內(nèi)管理提供深層信息。通過(guò)大數(shù)據(jù)開(kāi)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(duì)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(lái),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(shì)在于對(duì)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(chǎng)目前從硬件結(jié)構(gòu)上具備天然的優(yōu)勢(shì),從信息的采集和現(xiàn)場(chǎng)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(duì)污水處理的過(guò)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(chǎng)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。


水處理行業(yè)智慧水務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與建設(shè)


二、水處理行業(yè)智慧水務(wù)平臺(tái)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(zhǎng)期積累的軟件項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),對(duì)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(zhuān)業(yè)功能互操作、跨部門(mén)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(tái)上予以一體化實(shí)現(xiàn)。


考慮布局平臺(tái)化功能原則。將使用面向?qū)ο髣?dòng)態(tài)建模和自動(dòng)應(yīng)用生成等模型驅(qū)動(dòng)和構(gòu)件化平臺(tái)技術(shù)對(duì)客戶(hù)的未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展需要提供全方位支持。使得一般的用戶(hù)需求變化和應(yīng)用擴(kuò)充通過(guò)修改模型即可實(shí)現(xiàn),無(wú)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(kāi)發(fā)體系,包括各種層次的API編程模型和構(gòu)件庫(kù),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(zhǎng)期積累的先進(jìn)的管理思想和模式引入該項(xiàng)目中,通過(guò)信息化手段實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)管理的提升,避免成為現(xiàn)有手工系統(tǒng)的簡(jiǎn)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(jí)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(kù)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(dòng)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(tái),整合和升級(jí)現(xiàn)有的各類(lèi)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(duì)污水處理運(yùn)營(yíng)各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的“一個(gè)平臺(tái)、全面分析、智能調(diào)度、輔助提升”功能,為用戶(hù)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(guò)對(duì)污水處理各個(gè)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(guò)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(tái)建設(shè)


(一)污水處理廠(chǎng)自動(dòng)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(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行升級(jí)完善。根據(jù)讀取速度,設(shè)定關(guān)鍵點(diǎn)位存儲(chǔ)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(chǔ)。對(duì)非現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了移動(dòng)端錄入開(kāi)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(duì)安裝位置不具備采樣代表性的儀表進(jìn)行位置變更。


全過(guò)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(chǎng)、反沖洗、回用水、水源空調(diào)進(jìn)水以及各類(lèi)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(wèn)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(chǔ)。確保PLC的關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠及時(shí)恢復(fù)和完整。過(guò)程儀表中的分析儀表和流量?jī)x表以及控制點(diǎn)位的數(shù)據(jù)高質(zhì)量傳輸和存儲(chǔ),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(kāi)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(hào)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(kāi)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(dòng)控制。


(二)污水處理廠(chǎng)平臺(tái)建設(shè)方向


綜合調(diào)度、精簡(jiǎn)運(yùn)維。通過(guò)系統(tǒng)建設(shè),將污水處理各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)一預(yù)警,同時(shí)通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)分析,進(jìn)行輔助判斷,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)測(cè)、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(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析和深入挖掘,可以為用戶(hù)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(guò)對(duì)污水處理各個(gè)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(guò)分析還可以合理調(diào)配設(shè)備運(yùn)行臺(tái)時(shí),避免設(shè)備空載運(yùn)行,降低生產(chǎn)過(guò)程中的電耗。通過(guò)對(duì)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(yíng)成本。


統(tǒng)一監(jiān)測(cè)、統(tǒng)一預(yù)警。對(duì)污水處理各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測(cè),統(tǒng)一預(yù)警。將監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)預(yù)警,同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)分析,對(duì)用戶(hù)進(jìn)行操作提示。通過(guò)對(duì)污水處理的整體監(jiān)測(cè),可以通過(guò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看污水處理各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,同時(shí)可以結(jié)合移動(dòng)端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),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(guò)系統(tǒng)的建設(shè),可以將污水處理過(guò)程中的監(jiān)測(cè)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(chǔ)在數(shù)據(jù)中間,建立起污水處理的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。當(dāng)數(shù)據(jù)積累到一定的量級(jí)之后,可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。一方面通過(guò)大數(shù)據(jù)分析,可以為用戶(hù)的業(yè)務(wù)管理提供輔助,另一方面可以通過(guò)大數(shù)據(jù)分析,降低企業(yè)的運(yùn)行成本,通過(guò)真實(shí)直觀的數(shù)據(jù),反映出津沽污水處理廠(chǎng)在污水處理方面對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn),體現(xiàn)出污水處理的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


設(shè)備管理。實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)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(duì)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(guò)對(duì)設(shè)備的分析來(lái)輔助用戶(hù)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(yíng)成本。


數(shù)據(jù)可視化。通過(guò)大數(shù)據(jù)可視化可以幫助用戶(hù)了解數(shù)據(jù)的所反應(yīng)的本質(zhì)問(wèn)題或發(fā)現(xiàn)未知信息,為用戶(hù)決策提供科學(xué)依據(jù)。


移動(dòng)應(yīng)用。云后臺(tái)會(huì)不斷學(xué)習(xí)和分析,根據(jù)用戶(hù)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(hù)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(duì)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(dòng)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(duì)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(chǎng)運(yùn)行的自動(dòng)化、信息化、智能化水平,減少了污水廠(chǎng)的能耗、藥耗,降低運(yùn)維人工成本,極大提高了管理效率。


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