基于污水处理厂自动化控制系统的智慧水务应用的实现

1、前言

近年来，水资源污染问题的日益凸显，对人们正常的生产和生活用水产生严重影响，甚至会对人们健康构成威胁，因此，城市居民应对提高水资源的利用率和水资源的再生利用的问题重点关注，作为环保行业重要支柱的污水、废水处理行业在我国蓬勃发展，污水处理厂建设、运营、管理等方面技术得到极大改进。其中，自动化控制系统作为运营管理的重要组成部分也越来越得到重视。、人工成本的大幅度上升和企业自身盈利的需要，污水处理自动化、信息化及智能化技术的发展空间被打开。污水处理自动化技术主要通过先进的处理设备和自动化系统对污水进行处理，从而实现净化水质的目的。

当前，越来越多的城市开展了智慧城市的建设。智慧水务作为其中重要的组成部分，正日益引发关注。但到底该如何着手开展智慧水务建设？水务行业原有的各个环节应如何变革创新，以最大限度的发挥自动化控制系统在智慧水务中的作用。这些关键性的执行问题，我认为，现阶段关于智慧水务的探讨不能仅停留于概念层面，而要结合智慧城市的宏观目标，真正从“大数据智慧”的目标和内涵出发，客观务实地对污水处理自动化控制系统的智慧水务应用进行研究分析。

2、“智慧水务”的内涵

“智慧水务”利用现代先进技术，大量收集、深入挖掘水务信息，建立大数据云，广泛运用数据云，全面把握水务信息，提高水务管理的效率和质量。主要工作对象是城市供水、用水、耗水、排水、污水收集处理、再生水综合利用等。本文就是介绍智慧水务在污水处理的应用。“智慧水务”建设阶段主要处于“智慧城市”基础设施建设向智能化建设过渡的阶段，其主要特征体现在以下5个方面：

（1）更全面的感知。通过信息收集的全面性、信息处理的快速性，可以全面地把握全局的水务信息状况。

（2）更主动的服务。依靠先进的技术进行监测，及时发现问题，及时作出合理的方案，及时处理问题。

（3）更自动的控制。“智慧水务”控制沿用“工业4.0”的由集中式控制向分散式增强型控制发展的模式，在集中控制的模式条件下，可以分为防洪工程控制体系、水源工程控制体系、城市供水工程控制体系、城市排水工程控制体系和生态河湖工程控制体系，实现管理的自动化。

（4）更科学的决策。基于数据云，依靠智能仿真、智能诊断、智能预报、智能调度、智能控制和智能服务于一体，对水务做出科学的决策。

（5）更及时的应对。对突发的事件，基于智能化的监测、科学合理的决策，处理工作更加及时、可行。

3、污水处理自动化系统的现状和处理措施

近年来国内引进国外先进技术应用于污水厂的自动控制系统,已广泛采用集散式监控系统,应用了自动化程度较高的检侧仪表,各种新工艺、新设备也大量出现并得到应用,并且取得了良好的效果。但污水处理厂自动化控制系统还应该在以下方面更好地为水厂运营管理提供服务。

（1）污水处理工艺发展很快,一些复杂高效工艺的出现,要求自动化控制系统从经验式固定程序向智能化发展。特别是一些重要的工艺环节如絮凝加药、泵站调度、二次生化等采用先进的检测仪器和智能化的控制方式,不仅可以提高处理效果,而且可以获得明显的经济效益,对污水厂的经济运行意义重大。

（2）污水处理自动控制系统中采用了一些先进的自动化数据采集设备、仪表传感器、通讯总线技术，但自动化控制系统实施过程中往往注重控制功能和数据实时性的实施，对设备运行记录、水质参数、设备报警等信息只做到了简单的存储功能，缺乏对数据进行更深程度的统计分析。此类自动化控制系统应用很难对污水处理工艺调整及优化、节约能源等方面提供辅助决策帮助。

（3）利用污水处理厂自动化控制系统采集到的基础数据进行统计分析。对污水处理厂的进、产、排三个主要环节进行监控，将下属提升泵站和污水处理厂的水量、水位、水质、电耗、药耗、设备状态等信息实时传送到远端云计算平台，通过云计算平台进行收集、整合、分析和处理，建立各个环节的相互规约模型，分析生产环节水、电、药的消耗与处理水排水、生产、排放之间的隐含关系找出污水处理厂的优化生产过程管理方案，实现对污水处理企业生产过程的实时控制与精细化管理，达到规范管理、节能降耗、减员增效的目的。

（4）污水处理厂设备、仪器维修、维护无信息依据。污水处理自动控制系统中记录了设备仪表的报警信息。可作为设备需要紧急处理依据，对于设备的日常维护信息没有记录，例如：机械设备的机油更换、pH计、污泥浓度计、泥位计等仪器均有严格的使用维护要求,包括接触探头的定期清洗、标定,设备损耗维修等等均无记录。但自动化控制系统可以清晰准确的记录每台机械设备的累积运行时间，这就需要自动化控制系统与设备管理系统共享信息，使每个设备的累积运行时间服务于设备的日常维修与维护，为设备资产管理系统提供基础数据。

（5）自动化控制系统的设计应该依据污水厂的规模、工艺复杂程度合理地选择控制系统。使自控水平、设备水平与工艺水平相适应,控制系统结构要力求简明,避免复杂的控制模式造成系统可靠性下降的问题。针对污水处理工艺特点,研究优化控制机理,开发与主导工艺相适应的污水处理厂集散式自动化控制系统。

4、智慧水务系统及实现内容

4.1大数据全数字化
针对我国现有排水系统信息化发展不均衡、系统功能不完善，应用系统缺少统筹规划利用程度底、共享程度低等不足，大数据全数字化自控系统已经不仅仅限于自动化，重要的还在于基于污水处理厂运营管理体制的信息化与智能化技术应用。大数据应用实践创新主要体现在工业自动化设备的大数据收集，监控操作以及大数据管理运行维护的趋势分析。主要分三个方面：

4.1.1数据收集

将单一水厂或数个水厂自动化系统中的仪表读数与运行数据（包含水量、水位、水质、电耗、药耗、设备状态与环境条件等信息）做远程传输监控，减少人工收集可能的失误，提高资讯准确性。

4.1.2监控操作

由中控室与外部连接对运行设备进行操控；运用监控录像或报警判断所需操作模式；利用云计算平台搭配移动式设备，实现现场报警，人机合一的现场加远端的监控模式。

4.1.3数据分析

设定运行数据的历史数据趋势，以图形界面提高直观比较；水质数据与运行模式和原废水变化的交叉分析；报警处理的过程追踪与统计分析未来故障前兆之预警。

4.2云平台化常态管理

大数据的应用需求将以服务方式通过平台的管理得到满足。利用云计算的弹性资源等特性，污水处理厂可以通过多层次信息化平台将设备维护、企业资产管理、财务ERP、OA平台、监控平台、GIS、采购、知识库等不同模块讯息平台有机衔接到一个完整的污水管控云平台，实现实时线上和线下O2O的工作流程对接，明确职责分配与考核标准，提高整体效率。利用云计算平台，把所有污水管理的共性功能和服务聚集成平台，利用平台便利性提升资讯处理效率，从被动维护转换成主动性维护，提升设备和污水运行设备的可靠性。

4.3经营模式创新

形成“水物联网”，从人人互联、物物互联、产品与服务互联，到公众与政府互联，通过风险评估与客观事实记录辅佐决策，事先统一污水处理全产业链的风险矩阵参数定义、评估方法以及结构的对应处理原则，转变经营模式，避免主观、感观式判断，降低无效损耗、闲置设备维护成本，在有限资源基础下发挥最大效益。

5、智慧水务系统未来的发展方向和实施经验

5.1利用大数据技术开展污水处理自动化控制智慧水务建设

水务行业正面临宏观外部环境的挑战。一是水资源稀缺和水污染日益严重，亟须借助科技手段应对严重的危机；二是城市的污水处理正发展为“智慧化”的新范式，城市的“智慧”特征更突出：一方面，管理者通过运用各类新兴技术手段来满足城市内污水处理需求；另一方面，城市内不同业务部门之间乃至各城市之间需有效贯通，通过数据的智慧化分析、信息整合和数据挖掘，更好地实现污水处理自动化控制智慧水务的应用。

5.2增强污水处理数据采集能力，奠定智慧水务的感知基础

水行业信息十分密集。为有效地采集数据、丰富信息流，必须不断地研发、改进技术以增强设备的采集能力，加大流量、水质、水压等方面各类新型传感设备的应用部署和普及。

5.3通过数据资产的有效积累和处理应用，实现智慧水务

如何应用大数据技术开展污水处理智慧水务建设？我们可以借鉴其他污水处理厂开展智慧大数据建设的一些经验。

5.4数据智慧水务系统的未来发展趋势

智慧水务可以促进水务与如火如荼的智慧城市“互联网+”创新相融合。比如，智慧水务可以成为寻常百姓日常生活中的“智能单元”，为生活带来更多的便利与可能。这类应用场景需要不断地创造诞生、普及扩散、井喷发展。智慧水务与智慧城市的融合，甚至可以给国家大政方针政策的决断提供可靠的依据。

总之，动态、精细、个性、洞察和科学决策、开放、融合、创新等等这些都是智慧水务的应有之义。而要实现这些目标，智慧水务的建设就必须依赖先进的大数据技术。

大数据是推进智慧水务建设的核心问题。如果缺乏大数据分析处理，智慧水务的“大脑”就不够发达，“智商”就不够高，能力就不够强。大数据处理、挖掘模型等技术相对通用，但产生融合智慧的基础数据，却需要一点一滴地积累。当前建设智慧水务，积累有效的“海量数据”已成为当务之急。

6、实现智慧水务给污水处理自动化控制带来的的好处

6.1有助于科学的处理污水

水务行业复杂而多变，各种现象背后，往往是多种因素相互作用的综合结果。在以往，更多是依赖资深员工的专家经验来分析和解决各类问题。但这类经验难以沉淀、提炼和复制，更难以量化推广。建设智慧水务，不仅能实现“过去凭专家级的经验才能获取的对未来的预测，现在通过数据分析也能做到”的目标，而且有助于打破认知局限，破除经验的混沌性和局限性，从具体中抽象出规律，从规律中推断一些具体的结果，从而达到预测、预警，并提供多个具体操作建议，改善污水处理自动化控制系统整体运行的科学性。

6.2有助于实现更精细、更差异化的污水处理

污水处理自动化控制系统实现智慧水务的应用可以对不同地区、不同场景的污水进行针对性的污水处理。目前工业用户已经在要求更精细、动态的污水处理监测和管理服务。所以若是应用智慧水务在污水处理中可以实现更精细和差异化的污水处理。

结束语

近年来，自动控制系统在污水处理中得以广泛应用，这样有利于降低因人为因素所造成的安全隐患，提升污水处理效率，使其满足国家规定的排放标准。但自动控制系统在应用过程中仍存在诸多不足之处，因此要加强部门和机构之间的合作，把智慧水务应用于污水处理自动控制系统，这样污水处理问题便能更好的解决，为我国水资源短缺问题做出贡献。

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在当前如火如荼的智慧城市建设中，智慧水务是其中重要的组成部分。多年来，开天源公司一直致力于利用信息技术实现对水资源的高效利用，同时结合公司在水质预警、自动化机械、安防监控等领域丰富的经验，开天源先后开发出智慧水务移动终端、智能调度管理系统、管网漏损分析系统、客户服务信息系统等一系列解决城市供水、排水、污水处理、水厂监测等环节的产品，逐步形成一套拥有自主核心技术的智慧水务整体解决方案，帮助水务企业打破企业内部乃至行业上下游的“信息孤岛”难题，实现对生产、、运营、服务等业务环节的高效管理，从而为智慧城市建设增添助力。