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)生產運行、資產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驗進行了總結。
一、引言
近年來，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)作為信息技術的發(fā)展方向，目前已經逐步在各行各業(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構上具備天然的優(yōu)勢，從信息的采集和現(xiàn)場的調度上有強烈的行業(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，對污水處理的過程數(shù)據(jù)和調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、相關信息關聯(lián)、公共功能構件化、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。將使用面向對象動態(tài)建模和自動應用生成等模型驅動和構件化平臺技術對客戶的未來業(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，最大限度地提高系統(tǒng)可靠性。
（二）智慧水務架構的預期目標
引入云計算、大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)技術，充分利用信息化和高性能計算等先進技術和理念，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、智能調度、輔助提升”功能，為用戶的日常調度工作以及領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)質量管理。重點在曝氣系統(tǒng)加強質量管控，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、內回流、深床進水、初沉污泥、化學污泥、脫水機流量、均質池進泥、中水廠、反沖洗、回用水、水源空調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)一調度，大大提升調度人員的工作效率。同時通過對數(shù)據(jù)的關聯(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配設備運行臺時，避免設備空載運行，降低生產過程中的電耗。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)的運轉情況，同時可以結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)結構化，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：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，使出水水質達標、運維成本最低，保證了運行安全、出水水質達標。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。