污水廠從自動化向智慧化管理“蛻變”探究

劉忠祥，解存福，丁查明，劉 杰

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300381）

隨著國家對環境保護問題日益重視，污水處理作為環保工程的重要組成部分，污水處理廠的建設和運營管理水平關注度越來越高。當前大部分污水處理廠基本實現了自動化的標準配置，但僅停留在集中監控和遠程操作的常規控制層面。

1 傳統水廠運營模式

在傳統污水廠建設過程中，為了實現對水廠各工段工藝設備的設備控制及信號采集，通常采用分布式可編程控制器PLC作為現場控制站。現場控制站通常配備終端操作面板（如HMI），通過人機界面HMI可實現在線設定各種控制參數、在線編程，實時顯示該處理工段的監控畫面以及各種圖形、曲線、表格、文字及報警等。

在配有現場控制站的同時，通常在中央控制室設置中央監控計算機及服務器，監控計算機配套運行SCADA工業監控組態軟件，將采集的數據信息轉化為相應的圖形信息，可直觀地顯示全廠各工藝流程段的實時工況、各工藝參數的趨勢畫面，使操作人員及時掌握工程運行情況。中央監控系統主要完成全廠的管理、調度、集中操作、監視、系統功能組態、控制參數在線修改和設置、記錄、報表生成及打印、故障報警及打印等功能。

傳統污水處理廠自動化水平處于工業3.0時代，停留在數據的集中顯示和遠程操作的常規控制層面。隨著以大數據、云平臺及人工智能為代表的互聯網技術飛速發展，現代社會已進入工業4.0時代，“智慧城市”“智慧水務”的概念應運而生，污水處理廠也逐漸由傳統運營模式向現代運營模式轉變。

2 現代水廠的智慧運營模式

隨著信息技術的不斷發展，傳統的水廠運行模式效率難以滿足當下社會的需求。因此，污水廠也在慢慢地對運行模式進行改革，開始從原來的增量模式轉變為存量模式。即在傳統的單一管理模式的基礎上，很多的集團公司開始采用集中管理的方式，集中管理就是通過總控制中心來實現對某一地區內所有的污水處理廠的集中監控、調度及管理。這種統一化管理的基礎就是信息化技術，以計算機信息為手段，利用好信息資源，從而實現污水處理廠的自動化、網絡化、數字化。通過數據共享的方式來實現對污水處理廠的智慧化管理，即使沒有工作人員監控，也能夠實時了解到工藝設備的運行工況，通過開發手機APP等方式來實現對工藝設備的實時監控，同時還能夠提供歷史數據的查詢服務，大大提高了污水處理廠的工作效率。

2.1 智慧水廠的概念

為了實現污水廠從自動化向智能化管理的轉變，相關的專業人員提出了智慧水廠的概念。所謂的智慧水廠就是利用先進的管理思維和技術手段，來對污水處理廠進行集中化的管理。智慧水廠是以排（供）水工藝為基礎，利用云計算、大數據、人工智能、物聯網、互聯網、BIM等技術，通過智能監測設備、數采儀表及通信網絡等在線監測設備，實時感知城市排（供）水系統的運行狀態，并采用可視化的方式有機整合排（供）水管理部門，形成“城市排（供）水物聯網”，并可將海量水務信息進行及時分析與處理，并做出相應的處理結果，輔助決策建議，以更加精細和動態的方式管理排（供）水系統的整個生產、管理和服務流程，從而達到“智慧”的狀態。

2.2 智慧水廠運維優勢

和傳統的污水處理廠相比，智慧水廠有著更多的優勢，主要體現在以下幾點：首先，集中式的優化管理。在智慧水廠運行過程當中，利用現代的信息技術來對污水廠的設備工作數據進行實時收集，并且集中管理。同時，智慧化管理還能夠支持遠程的網絡訪問，使生產控制層和企業決策管理層能夠結合在一起，通過遠程監控的方式來了解設備的運行工況，從而由上到下形成一個多層次的平臺，通過信息技術的運用，使得運營水平得到大幅度的提升；其次，智慧水廠能夠實現遠程監控、無人值守，利用當前的信息化手段，可以減少污水處理廠運維人數，通過智能化的信息系統來對污水廠的設備工況進行遠程監視。這一技術彌補了傳統水廠只能在本地查看生產運行數據的缺陷，成功實現了對污水處理廠產生的數據進行自動整合匯總，這種管理模式更加靈活，而且工作效率得到了大幅度提升；最后，智慧水廠實現了統一的遠程調度，系統以單個污水廠為基礎，建立起了一個統一的遠程調度平臺，通過平臺可以監測各組工藝設備運行工況。當設備發生故障時，發出聲光警報，顯示故障點和故障狀態，可按照報警等級做出相應反應，記錄故障的信息，并在顯示畫面上提示處理故障的方法，報警打印機自動打印故障記錄。通過這種統一化的遠程調度管理模式，能夠提高水廠管理的效率，運營中心管理層能夠獲取到更多的設備工況數據，進而根據這些數據做出關鍵的生產決策。

2.3 智慧水廠系統架構設計

為了保證智慧水廠功能的實現，在設計架構時主要有5層架構組成，分別是感知層、智能控制層、網絡層、智能決策層以及大數據平臺。每層都有自己的功能，其中大數據平臺主要是保存海量的用戶數據以及對生產數據進行分析；智能決策層是對數據進行綜合處理，并且結合數據中蘊含的信息制定合理化的決策；網絡層是保護運行數據的安全；控制層是實現工廠的自動化；感知層是最為基礎的，主要是收集實時的數據。

3 建設水廠大數據分析及科學化決策平臺

要想實現污水廠從自動化向智慧化的轉變，現代的信息技術是必不可少的，要以大數據分析技術為基礎，依托云計算的優勢，從而收集海量的數據信息，并且對這些數據信息進行分析，找出數據背后蘊含的信息。還需要利用專門的數據分析工具來對整個生產過程中的數據進行統計，從而根據這些生產信息數據來調度人員，公司的管理人員能夠調取到下屬的污水廠的運行數據報表，從而加強對下屬各個分廠的管理。

為了提高污水廠的運行效率，還可以建立起一個績效評估機制，從不同的角度來對水廠的運行情況進行綜合評定。信息系統可以保證管理人員能夠掌握最全面的信息，根據這些數據來對污水處理廠的運營情況進行分析，全方面地掌握水廠的工作績效，數據中還會展現出污水廠運行過程中的不足之處。因此，利用數據還能夠優化污水廠的運行管理，從而實現污水廠的智能化、信息化管理。

建設一個科學化的決策平臺，能夠在保障傳統水廠優勢的同時，還可以發揮現代信息技術的長處，既能夠實現自動化，也能夠實現信息化。這樣能夠使污水廠設備運行的可靠性得到提升，還能夠在一定程度上降低生產能耗，同時企業的管理水平也能夠得到大幅度提升。

4 結語

總而言之，在污水處理廠運行過程中，為了進一步提高污水處理的效率以及自動化系統的管理水平，越來越多污水處理廠正在試圖提升自身的信息化管理水平，從而將自動化的控制轉變為智慧化的控制，進一步提高污水處理設備的可靠性，進而能夠減少停機時間以及延長設備的生命周期。通過智慧化的管理，可以建立起一個無人的運營管理體系，在此管理體系之下，不需要人工參與，能夠最大可能地減少對人力資源的需求，在一定程度上能夠降低污水處理廠的人力成本。