鄉鎮污水處理智慧云管控系統的研究與實現

◎王徽

鄉鎮污水處理設施建設是現階段農村環境整治與保護的重要基礎工程之一，在全國范圍內的縣城、重點鎮全面建設起來。然而農村、鄉鎮生活污水普遍存在數量多、分布廣、規模小，分散廣等特點，污水處理廠跨地域大，人力、時間、費用消耗嚴重，整體運營效率低、缺乏有效監管及運行模式粗放。本文分析了鄉鎮污水處理智慧云管控系統的設計與應用，希望能夠確保鄉鎮污水處理系統科學、高效、安全、智慧運行。

一、智慧云管控系統功能設計

集中管控云平臺圍繞污水處理運營管控、智能分析服務、信息共享服務等管理需求，針對工藝監測、能源管控、消防管理、安防管理、網絡管理、設備運維管理、數據存儲、數據分析、數據仿真、智能運營決策支持、污水行業供應商管理、設備價格體系管理、政策與法規管理、技術管理、商業化交易等服務功能，為污水處理企業提供智能化、專業化的綜合管理服務，促進污水處理企業的信息化水平提升，設備、工藝工序的持續優化升級，綜合管理水平優化升級、降低企業運營成本，提高企業管理水平，同時為政府監管部門制定合理的政策、法規提供數據支撐。整個項目的總體架構見下圖所示。

圖1 項目總體框架圖

集中管控云平臺是以底層實際生產數據為基礎，結合智慧的分析、管理平臺，實現從生產至管理再到信息共享最后應用于生產的理念。如下圖所示：

圖2 公共服務平臺理念拓撲圖

如上圖所示，各污水處理廠數據采集至污水治理集中管控云平臺，經過智能分析處理，對生產控制系統進行優化，應用于實際生產指導；通過虛擬仿真系統，模擬現場污水處理生產過程，應用于人員崗前培訓、考核等；生產智能模塊、技術經驗、政策法規、貿易信息等通過信息共享平臺的整合，服務于各個污水處理廠。

二、建設方案

集中管控云平臺主要分為污水處理集中運營管控平臺、污水處理智能分析服務平臺、污水處理信息共享服務平臺及全局子系統四部分。

1.污水處理集中管控平臺。污水處理集中運營管控平臺是污水治理集中管控云平臺的基礎，分為在線監測子系統、能源管理子系統、消防管理子系統、安防管理子系統、網絡管理子系統、設備管理運維子系統、數據存儲管理子系統七大子系統。在線監測子系統主要針對污水處理生產工藝中使用的壓力、溫度變送器、流量計、電動閥門、變頻器、水質分析儀等設備，進行集中的數據采集與控制。能源管控子系統主要針對污水處理廠中的工藝設備、暖通、照明、機房等設備以及平臺數據中心相關設備，耗能情況進行集中的數據采集與控制。消防管理子系統主要針對污水處理廠涉及消防的消防控制器、煙感、溫感、壓力變送器、電動閥門、消防泵、聲光報警器等設備，以及平臺數據中心相關設備，進行集中的數據采集與控制。安防子系統主要針對污水處理廠包括視頻設備、門禁、入侵檢測、聲光報警器等設備，以及平臺數據中心相關設備，進行集中的數據采集與控制。網絡管理子系統主要針對污水處理廠數據從底層設備到公共服務平臺用到的所有網絡設備交換機、路由器、4G終端、服務器、工作站、DCS/PLC控制器、變頻器、RS 485通訊設備等設備，進行集中的設備運行狀態監測。設備管理運維子系統主要針對污水處理廠從感知層設備到公共服務平臺用到的所有硬件設備，設備品牌、型號、開始使用時間、質保到期時間、聯系人、設備運行時間、上一次維護時間-維護人、下一次維護時間-維護人等信息，進行集中的設備管理與維護。數據存儲子系統主要針對污水治理集中管控云平臺實時數據中心部署的存儲策略，冗余磁盤陣列掛載在主備冗余實時服務器上，實時服務器周期性自動推送歷史數據到磁盤陣列進行歸檔，磁盤陣列支持歸檔歷史數據在線解壓查詢、歷史數據趨勢查詢，支持 Raid0、1、5、6、10、50、60 多種陣列模式。

生產過程中使用的傳感器、分析儀器、自控設備、能耗設備、消防設備、安防設備、網絡設備等，通過專業的過程控制系統DCS/PLC進行數據集中，利用運營商網絡采用IPSec VPN數據驗證加密的方式將數據傳送至污水治理集中管控云平臺。平臺為污水處理企業提供專業的人機交互界面，用于查看現場實時生產數據、能耗數據、網絡信息、維護信息、報警信息、數據統計、導出報表等，支持在權限允許范圍內遠程操控現場設備，支持Web、APP等多種形式的數據訪問。在污水處理廠控制室配備兩臺服務器、兩臺工作站，可實現站內控制系統的本地操作控制，保證了在網絡中斷或故障情況下，仍然具備持續生產能力，提高了系統可靠性、穩定性。網絡恢復正常后，污水治理集中管控云平臺自動從現場服務器中將斷網期間缺失的數據取回，保證數據完整性。

2.污水處理智能分析服務平臺。污水處理智能分析服務平臺是污水治理集中管控云平臺的核心，是平臺智能化的大腦。主要包括中間數據庫數據采集子系統、污水行業數據仿真子系統、數據智能分析、數據預測子系統、智能運營決策支持子系統、數據存儲子系統五大子系統。平臺架構如下圖所示：

圖3 智能分析服務平臺物理架構

中間數據庫數據采集子系統是污水處理智能分析服務平臺的基礎，作為實時數據庫的鏡像數據庫，確保所有應用軟件、大數據分析均在中間數據庫中進行，保障實時生產數據安全。中間數據庫為平臺數據分析、數據仿真系統、數據應用軟件提供數據支持。中間數據庫數據采集子系統利用 DDE、SQL、ODBC、OPC、Oracle Golden Gate等接口技術手段，實現與實時服務器中實時數據毫秒級同步，提供豐富的API第三方編程接口。污水行業數據仿真子系統以中間數據庫數據為基礎，針對污水處理過程各個工藝流程及全站污水處理工藝進行模擬仿真，開發智能化軟件程序，達到展示學習、崗前培訓、考核的實用性效果。數據智能分析、數據預測子系統以大數據分析為基礎，實現生產數據智能分析、數據預測、數據智能預警功能，包括經驗值提取、生產實時在線預測、能耗預測、數據異常預警、生產預測告警等智能運營決策支持子系統偏重于為污水處理的生產過程提供實用性指導。通過大數據分析對污水處理關鍵工藝建模，在線實時數據周期性導入驗證，實現系統生產工藝改進與優化、生產工藝控制參數智能優化、生產系統節能降耗智能優化，可定制決策數據內容、自定義周期推送等數據存儲子系統主要針對污水治理集中管控云平臺中間數據庫數據中心部署的存儲策略，冗余磁盤陣列掛載在主備冗余中間數據庫服務器上，中間數據庫服務器周期性自動推送歷史數據到磁盤陣列進行歸檔，磁盤陣列支持歸檔歷史數據在線解壓查詢、歷史數據趨勢查詢，支持 Raid0、1、5、6、10、50、60多種陣列模式。

3.污水處理信息共享服務平臺。污水處理信息共享服務平臺以互聯網大數據與行業信息整合為基礎，為各鄉鎮污水處理廠提供與污水處理行業相關的綜合性服務平臺。主要包括行業供應商管理子系統、行業設備價格體系管理子系統、行業政策與法規管理子系統、行業技術管理子系統、行業商業化交易子系統五大子系統。平臺架構如下圖所示：

圖4 信息共享服務平臺框架圖

行業供應商管理子系統為污水處理企業提供行業內供應商查詢、分析對比等信息服務。主要包括常用供應商名錄、核心產品信息、歷史供貨項目信息、聯系人信息、各供應商產品優劣對比信息等。行業設備價格體系管理子系統為污水處理企業提供行業內常用設備選型、成本預算、分析對比等信息服務。包括設備價格對比、設備市場占有率、用戶反饋信息等。行業政策與法規管理子系統為污水處理企業提供行業內政策與法規信息服務。主要包括行業最新政策與法規信息推送服務、行業現行政策與法規信息查詢服務、行業政策與法規走向分析服務等行業技術管理子系統為污水處理企業提供行業內關鍵技術信息服務。主要包括行業成熟技術案例查詢、行業內常用技術手段對比分析、行業前沿技術推送服務等行業商業化交易管理子系統為污水處理企業商業化交易提供服務平臺。建立標準化交易流程、平臺交易信息庫及售后服務信息庫。

4.全局子系統。全局子系統主要包括用戶管理子系統和移動終端運營管理子系統兩大部分。為用戶提供統一的平臺整合利用。

用戶管理子系統主要功能包括系統用戶管理、系統消息管理、系統權限管理，系統用戶管理為三大核心系統平臺提供統一的用戶管理；系統消息管理提供消息推送、個性化消息定制、用戶系統登錄、操作記錄查詢等服務；系統權限管理用于平臺統一的用戶權限管理、操作權限設定等服務；移動終端運營管理子系統主要功能包括基于手機、平板的APP應用，電腦端Web發布的在線實時生產數據移動端遠程查看；基于時間查詢、曲線對比的歷史數據曲線查詢；定制報表、報表導出；預警值設定、報警信息屏蔽等用戶個性化設定。

三、結束語

綜上所述，針對鄉鎮污水處理站數量多、分布廣、數量小等特點，本文提出了鄉鎮污水處理智慧云管控系統的功能設計，并據此詳細論述了智慧云管控系統的建設方案，從污水處理集中運營管控平臺、污水處理智能分析服務平臺、污水處理信息共享服務平臺及全局子系統四部分詳細闡述了系統的建設內容。在系統的建設過程中充分利用互聯網、物聯網、人工智能等新一代信息技術，對各污水處理廠站進行集中管控，實現鄉村污水處理專業化、站區看守無人化、人員管理規范化、運營管理智能化、響應機制快速化。