污水处理厂智慧管控平台的设计要点概述

孙展， 邢文雅

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司西安分公司）

1 工程概况

该项目采用具有脱氮除磷效率较高、耐冲击负荷、出水水质稳定、曝气充氧效率高运行费用较低的改良A2O 二级处理工艺；深度处理采用高密度澄清池+纤维束滤池+紫外线消毒的处理工艺；本项目建设污水厂智慧水务管理平台包含中央控制系统、安防监控系统、智慧应用开发等内容。

2 总体设计

2.1 建设要点

本次污水厂智慧化管理系统设计方案遵循更高效的数据整合、更全面的互联互通、更深入的智能化控制、更细致的智慧化管理等设计思路，可以概括为“两中心、六应用、一平台”具体包括。

1）智能运营中心

对污水厂所涉及的生产、管理、安防等系统进行整合，形成统一的展示、监控平台。对设备实现远程实时数据采集、设备远程维护、故障远程诊断分析，并实现设备管理集中化，客户服务响应自动化。

2）数据中心

数据中心负责管理污水厂各应用系统基础及业务数据，统一数据源，为上层智慧应用提供数据支持[1]。

3）智慧业务应用

以信息化推进生产规范化、管理科学化，开发部署安防管理、设备管理、能效管理、水质管理、统计报表、综合管理等业务应用系统，实现对污水厂生产经营活动的全程、统一、实时、动态的管理和监督。

4）基础框架平台

基础框架平台提供企业级快速开发解决方案，基于经典技术组合，使整体架构更加清晰、易于维护、易于扩展、安全稳定，让系统正专注于业务。

2.2 总体框架设计

污水厂智慧水务系统总体架构图（见图1），分主要为5 层，依次是前端感知层、网络传输层、数据平台层、应用软件层及终端展示层。

图1 系统总体架构

1）前端感知层

“前端感知层”包括污水厂SCADA自控系统、视频监控系统、周界防范系统用于前端生产数据、安防数据的采集。

2）网络传输层

“网络传输层”建设前端感知传输网络。前端感知传输网络采用园区有线网络的传输网方式，实现前端监测系统采集的数据回传到中心平台。网络可划分为控制专网和业务内网，控制专网用于厂区生产监测数据及控制信号的传输，业务内网用于厂区安防监控、业务管理数据的传输。

3）数据平台层

“数据平台层”实现数据汇聚、数据加工与处理、数据分析等功能，用于支撑上层应用[2]。

4）应用软件层

“应用软件层”由IOC 专题和业务应用系统组成。业务应用包括生产管理、设备维护、电耗管理、药耗管理、统计分析、水质管理。

5）终端展示层

“终端展示层”以大屏、桌面PC端形式对应用系统进行展示。

2.3 方案亮点

该系统采用了集中式数据采集系统将厂站的生产运行数据进行实时采集，进行集中管理，并实时存储，同时支持远程网络访问，突破了传统自控系统和组态软件的狭窄视野[3]，把生产控制层和企业决策管理层结合起来，远程监视与信息管理相互渗透，彼此结合，形成一个多层次、网络化的智慧水务管理系统，最大限度地提升了整体运营水平。

3 智慧应用开发

3.1 内网门户设计

3.1.1 概述

内网门户（对内业务应用门户）面向内部人员提供接入服务，是业务内网所有应用系统的统一门户，同时也是进行内部信息发布的平台。

3.1.2 软件功能

内网门户主要包括统一用户、单点登录、安全认证、权限整合、资源整合、应用集成、统一入口。

3.2 智能运营中心

建设污水厂智能运营中心，汇聚水厂各类生产综合总览（见图2），包括：监测数据、管理数据，集中展示水厂业务运行状况，并提供数据分析和实时图表（见图3），从而让管理者对水厂业务尽在掌握，最终实现可视、可控、可观。

图2 运营指挥中心综合总览图例

图3 运营指挥中心经营分析图例

3.3 生产调度中心

①生产运行工艺监控：污水厂生产工艺的整体展示，工艺状态的在线监控。

②进出厂流量监控：进水流量、出水流量数据的采集展示。

③设备运行状态：核心设备运行时间、停运时间等（提升泵、风机、加药间、脱泥机、消毒设备等）。

④电耗分析：年度、月度、日累计耗电量分析。

⑤药耗分析：年度、月度、日累计耗药量分析。

⑥水质监测：工艺生产过程中水质数据在线监测及异常预警[5]。

⑦厂区视频联动：同步展示设备运行数据和设备监控图像。

3.4 设备运维模块

①设备维护：设备基础信息、设备出厂日期及维护周期，并进行设备状态更新。②维护计划：根据设备维护要求制定维护计划。③设备维护：根据维护计划进行设备巡检，记录巡检结果。

④故障上报：巡检过程中、生产过程中发现的故障进行上报。

⑤维修工单：故障上报后产生维修工单，并跟踪执行。

⑥维护记录：巡检、维护、维修等记录查询[6]。

3.5 药耗及电耗管理模块

药耗管理包含药剂库存管理、加药记录管理、药耗监测分析、效能分析。

电耗管理模块主要包括用电概况、电力监控、效能分析等功能。

3.6 水质管理模块

水质是污水厂重要的生产数据，也是环保部门重点监控的数据，污水厂根据进水水质数据，采用对应的处理工艺进行处理，控制污水处理过程，以保证出水水质满足要求。水质管理是水质保障的核心系统，本系统实现水质监测参数管理、水质在线监测分析、人工水质检测管理、水质监测预警等管理功能。

3.7 统计分析模块

基于各业务系统数据分析，为水厂各角色人员提供生产运行、设备维护统计分析报表。

1）生产运行统计分析

处理量分析、水质分析、电耗分析、药耗分析。

2）设备在用、维护维修数量的统计分析

设备状态统计分析、维护工单统计分析、维护指标统计分析。

4 结语

在“新基建”及国家“十四五规划”的背景下，信息化、智慧化技术的应用，必将推动市政行业向智慧建造、智慧运维方向的转型发展。在污水处理厂设计过程中，通过在建设和运维过程中应用物联网、大数据等新一代信息化技术，实现了“环境友好、社会和谐、功能齐全、绿色高效”的生态水厂建设理念，做到了让水厂的运行变得高度智能、安全、高效和透明，并使其成为智慧城市的一部分。项目通过建设智慧管控平台，实时掌握水厂污水处理系统运行状况，远程进行生产调节、设备控制、诊断调度、线上填报生产运维报表等工作，为无人/少人运行，降低运维成本，稳定达标排放提供有力支撑。