◎王徽

鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)是現(xiàn)階段農(nóng)村環(huán)境整治與保護(hù)的重要基礎(chǔ)工程之一，在全國范圍內(nèi)的縣城、重點(diǎn)鎮(zhèn)全面建設(shè)起來。然而農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水普遍存在數(shù)量多、分布廣、規(guī)模小，分散廣等特點(diǎn)，污水處理廠跨地域大，人力、時間、費(fèi)用消耗嚴(yán)重，整體運(yùn)營效率低、缺乏有效監(jiān)管及運(yùn)行模式粗放。本文分析了鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理智慧云管控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，希望能夠確保鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)科學(xué)、高效、安全、智慧運(yùn)行。

一、智慧云管控系統(tǒng)功能設(shè)計

集中管控云平臺圍繞污水處理運(yùn)營管控、智能分析服務(wù)、信息共享服務(wù)等管理需求，針對工藝監(jiān)測、能源管控、消防管理、安防管理、網(wǎng)絡(luò)管理、設(shè)備運(yùn)維管理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)仿真、智能運(yùn)營決策支持、污水行業(yè)供應(yīng)商管理、設(shè)備價格體系管理、政策與法規(guī)管理、技術(shù)管理、商業(yè)化交易等服務(wù)功能，為污水處理企業(yè)提供智能化、專業(yè)化的綜合管理服務(wù)，促進(jìn)污水處理企業(yè)的信息化水平提升，設(shè)備、工藝工序的持續(xù)優(yōu)化升級，綜合管理水平優(yōu)化升級、降低企業(yè)運(yùn)營成本，提高企業(yè)管理水平，同時為政府監(jiān)管部門制定合理的政策、法規(guī)提供數(shù)據(jù)支撐。整個項目的總體架構(gòu)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(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合智慧的分析、管理平臺，實現(xiàn)從生產(chǎn)至管理再到信息共享最后應(yīng)用于生產(chǎn)的理念。如下圖所示：

圖2 公共服務(wù)平臺理念拓?fù)鋱D

如上圖所示，各污水處理廠數(shù)據(jù)采集至污水治理集中管控云平臺，經(jīng)過智能分析處理，對生產(chǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，應(yīng)用于實際生產(chǎn)指導(dǎo)；通過虛擬仿真系統(tǒng)，模擬現(xiàn)場污水處理生產(chǎn)過程，應(yīng)用于人員崗前培訓(xùn)、考核等；生產(chǎn)智能模塊、技術(shù)經(jīng)驗、政策法規(guī)、貿(mào)易信息等通過信息共享平臺的整合，服務(wù)于各個污水處理廠。

二、建設(shè)方案

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

1.污水處理集中管控平臺。污水處理集中運(yùn)營管控平臺是污水治理集中管控云平臺的基礎(chǔ)，分為在線監(jiān)測子系統(tǒng)、能源管理子系統(tǒng)、消防管理子系統(tǒng)、安防管理子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)、設(shè)備管理運(yùn)維子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲管理子系統(tǒng)七大子系統(tǒng)。在線監(jiān)測子系統(tǒng)主要針對污水處理生產(chǎn)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(zhì)分析儀等設(shè)備，進(jìn)行集中的數(shù)據(jù)采集與控制。能源管控子系統(tǒng)主要針對污水處理廠中的工藝設(shè)備、暖通、照明、機(jī)房等設(shè)備以及平臺數(shù)據(jù)中心相關(guān)設(shè)備，耗能情況進(jìn)行集中的數(shù)據(jù)采集與控制。消防管理子系統(tǒng)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(shè)備，以及平臺數(shù)據(jù)中心相關(guān)設(shè)備，進(jìn)行集中的數(shù)據(jù)采集與控制。安防子系統(tǒng)主要針對污水處理廠包括視頻設(shè)備、門禁、入侵檢測、聲光報警器等設(shè)備，以及平臺數(shù)據(jù)中心相關(guān)設(shè)備，進(jìn)行集中的數(shù)據(jù)采集與控制。網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)主要針對污水處理廠數(shù)據(jù)從底層設(shè)備到公共服務(wù)平臺用到的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交換機(jī)、路由器、4G終端、服務(wù)器、工作站、DCS/PLC控制器、變頻器、RS 485通訊設(shè)備等設(shè)備，進(jìn)行集中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測。設(shè)備管理運(yùn)維子系統(tǒng)主要針對污水處理廠從感知層設(shè)備到公共服務(wù)平臺用到的所有硬件設(shè)備，設(shè)備品牌、型號、開始使用時間、質(zhì)保到期時間、聯(lián)系人、設(shè)備運(yùn)行時間、上一次維護(hù)時間-維護(hù)人、下一次維護(hù)時間-維護(hù)人等信息，進(jìn)行集中的設(shè)備管理與維護(hù)。數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)主要針對污水治理集中管控云平臺實時數(shù)據(jù)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(wù)器上，實時服務(wù)器周期性自動推送歷史數(shù)據(jù)到磁盤陣列進(jìn)行歸檔，磁盤陣列支持歸檔歷史數(shù)據(jù)在線解壓查詢、歷史數(shù)據(jù)趨勢查詢，支持 Raid0、1、5、6、10、50、60 多種陣列模式。

生產(chǎn)過程中使用的傳感器、分析儀器、自控設(shè)備、能耗設(shè)備、消防設(shè)備、安防設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，通過專業(yè)的過程控制系統(tǒng)DCS/PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)集中，利用運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)采用IPSec VPN數(shù)據(jù)驗證加密的方式將數(shù)據(jù)傳送至污水治理集中管控云平臺。平臺為污水處理企業(yè)提供專業(yè)的人機(jī)交互界面，用于查看現(xiàn)場實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)信息、維護(hù)信息、報警信息、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、導(dǎo)出報表等，支持在權(quán)限允許范圍內(nèi)遠(yuǎn)程操控現(xiàn)場設(shè)備，支持Web、APP等多種形式的數(shù)據(jù)訪問。在污水處理廠控制室配備兩臺服務(wù)器、兩臺工作站，可實現(xiàn)站內(nèi)控制系統(tǒng)的本地操作控制，保證了在網(wǎng)絡(luò)中斷或故障情況下，仍然具備持續(xù)生產(chǎn)能力，提高了系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常后，污水治理集中管控云平臺自動從現(xiàn)場服務(wù)器中將斷網(wǎng)期間缺失的數(shù)據(jù)取回，保證數(shù)據(jù)完整性。

2.污水處理智能分析服務(wù)平臺。污水處理智能分析服務(wù)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(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、污水行業(yè)數(shù)據(jù)仿真子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)智能分析、數(shù)據(jù)預(yù)測子系統(tǒng)、智能運(yùn)營決策支持子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)五大子系統(tǒng)。平臺架構(gòu)如下圖所示：

圖3 智能分析服務(wù)平臺物理架構(gòu)

中間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是污水處理智能分析服務(wù)平臺的基礎(chǔ)，作為實時數(shù)據(jù)庫的鏡像數(shù)據(jù)庫，確保所有應(yīng)用軟件、大數(shù)據(jù)分析均在中間數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行，保障實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)安全。中間數(shù)據(jù)庫為平臺數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)、數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)支持。中間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)利用 DDE、SQL、ODBC、OPC、Oracle Golden Gate等接口技術(shù)手段，實現(xiàn)與實時服務(wù)器中實時數(shù)據(jù)毫秒級同步，提供豐富的API第三方編程接口。污水行業(yè)數(shù)據(jù)仿真子系統(tǒng)以中間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，針對污水處理過程各個工藝流程及全站污水處理工藝進(jìn)行模擬仿真，開發(fā)智能化軟件程序，達(dá)到展示學(xué)習(xí)、崗前培訓(xùn)、考核的實用性效果。數(shù)據(jù)智能分析、數(shù)據(jù)預(yù)測子系統(tǒng)以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)智能分析、數(shù)據(jù)預(yù)測、數(shù)據(jù)智能預(yù)警功能，包括經(jīng)驗值提取、生產(chǎn)實時在線預(yù)測、能耗預(yù)測、數(shù)據(jù)異常預(yù)警、生產(chǎn)預(yù)測告警等智能運(yùn)營決策支持子系統(tǒng)偏重于為污水處理的生產(chǎn)過程提供實用性指導(dǎo)。通過大數(shù)據(jù)分析對污水處理關(guān)鍵工藝建模，在線實時數(shù)據(jù)周期性導(dǎo)入驗證，實現(xiàn)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝改進(jìn)與優(yōu)化、生產(chǎn)工藝控制參數(shù)智能優(yōu)化、生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能降耗智能優(yōu)化，可定制決策數(shù)據(jù)內(nèi)容、自定義周期推送等數(shù)據(jù)存儲子系統(tǒng)主要針對污水治理集中管控云平臺中間數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，中間數(shù)據(jù)庫服務(wù)器周期性自動推送歷史數(shù)據(jù)到磁盤陣列進(jìn)行歸檔，磁盤陣列支持歸檔歷史數(shù)據(jù)在線解壓查詢、歷史數(shù)據(jù)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(wù)平臺。污水處理信息共享服務(wù)平臺以互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)與行業(yè)信息整合為基礎(chǔ)，為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠提供與污水處理行業(yè)相關(guān)的綜合性服務(wù)平臺。主要包括行業(yè)供應(yīng)商管理子系統(tǒng)、行業(yè)設(shè)備價格體系管理子系統(tǒng)、行業(yè)政策與法規(guī)管理子系統(tǒng)、行業(yè)技術(shù)管理子系統(tǒng)、行業(yè)商業(yè)化交易子系統(tǒng)五大子系統(tǒng)。平臺架構(gòu)如下圖所示：

圖4 信息共享服務(wù)平臺框架圖

行業(yè)供應(yīng)商管理子系統(tǒng)為污水處理企業(yè)提供行業(yè)內(nèi)供應(yīng)商查詢、分析對比等信息服務(wù)。主要包括常用供應(yīng)商名錄、核心產(chǎn)品信息、歷史供貨項目信息、聯(lián)系人信息、各供應(yīng)商產(chǎn)品優(yōu)劣對比信息等。行業(yè)設(shè)備價格體系管理子系統(tǒng)為污水處理企業(yè)提供行業(yè)內(nèi)常用設(shè)備選型、成本預(yù)算、分析對比等信息服務(wù)。包括設(shè)備價格對比、設(shè)備市場占有率、用戶反饋信息等。行業(yè)政策與法規(guī)管理子系統(tǒng)為污水處理企業(yè)提供行業(yè)內(nèi)政策與法規(guī)信息服務(wù)。主要包括行業(yè)最新政策與法規(guī)信息推送服務(wù)、行業(yè)現(xiàn)行政策與法規(guī)信息查詢服務(wù)、行業(yè)政策與法規(guī)走向分析服務(wù)等行業(yè)技術(shù)管理子系統(tǒng)為污水處理企業(yè)提供行業(yè)內(nèi)關(guān)鍵技術(shù)信息服務(wù)。主要包括行業(yè)成熟技術(shù)案例查詢、行業(yè)內(nèi)常用技術(shù)手段對比分析、行業(yè)前沿技術(shù)推送服務(wù)等行業(yè)商業(yè)化交易管理子系統(tǒng)為污水處理企業(yè)商業(yè)化交易提供服務(wù)平臺。建立標(biāo)準(zhǔn)化交易流程、平臺交易信息庫及售后服務(wù)信息庫。

4.全局子系統(tǒng)。全局子系統(tǒng)主要包括用戶管理子系統(tǒng)和移動終端運(yùn)營管理子系統(tǒng)兩大部分。為用戶提供統(tǒng)一的平臺整合利用。

用戶管理子系統(tǒng)主要功能包括系統(tǒng)用戶管理、系統(tǒng)消息管理、系統(tǒng)權(quán)限管理，系統(tǒng)用戶管理為三大核心系統(tǒng)平臺提供統(tǒng)一的用戶管理；系統(tǒng)消息管理提供消息推送、個性化消息定制、用戶系統(tǒng)登錄、操作記錄查詢等服務(wù)；系統(tǒng)權(quán)限管理用于平臺統(tǒng)一的用戶權(quán)限管理、操作權(quán)限設(shè)定等服務(wù)；移動終端運(yùn)營管理子系統(tǒng)主要功能包括基于手機(jī)、平板的APP應(yīng)用，電腦端Web發(fā)布的在線實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)移動端遠(yuǎn)程查看；基于時間查詢、曲線對比的歷史數(shù)據(jù)曲線查詢；定制報表、報表導(dǎo)出；預(yù)警值設(shè)定、報警信息屏蔽等用戶個性化設(shè)定。

三、結(jié)束語

綜上所述，針對鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理站數(shù)量多、分布廣、數(shù)量小等特點(diǎn)，本文提出了鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理智慧云管控系統(tǒng)的功能設(shè)計，并據(jù)此詳細(xì)論述了智慧云管控系統(tǒng)的建設(shè)方案，從污水處理集中運(yùn)營管控平臺、污水處理智能分析服務(wù)平臺、污水處理信息共享服務(wù)平臺及全局子系統(tǒng)四部分詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容。在系統(tǒng)的建設(shè)過程中充分利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)，對各污水處理廠站進(jìn)行集中管控，實現(xiàn)鄉(xiāng)村污水處理專業(yè)化、站區(qū)看守?zé)o人化、人員管理規(guī)范化、運(yùn)營管理智能化、響應(yīng)機(jī)制快速化。