陳淑華， 黃曉萍， 孫廣立

(濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)有限公司南郊水廠(chǎng)，山東濟(jì)南250000)

智慧水廠(chǎng)是城市水務(wù)管理企業(yè)的新理念，通過(guò)在水廠(chǎng)運(yùn)行中融入新興技術(shù)，為城市供水的穩(wěn)定性和安全性提供更加有力的保障。智慧水廠(chǎng)運(yùn)管平臺(tái)的應(yīng)用，是對(duì)智慧水廠(chǎng)管理系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化。筆者以南康水廠(chǎng)為例，探究了智慧水廠(chǎng)運(yùn)管平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容。

1 水廠(chǎng)概況

城市供水是維持和保證城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基本條件之一，2017年濟(jì)南市南部城區(qū)供水量已達(dá)8×104m3/d。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)事業(yè)的發(fā)展，南部水廠(chǎng)供水能力不足的局面逐步顯現(xiàn)。為此，濟(jì)南水務(wù)集團(tuán)決定對(duì)原南康預(yù)處理水廠(chǎng)進(jìn)行改、擴(kuò)建，設(shè)計(jì)供水能力為11×104m3/d，并將大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)融入到水廠(chǎng)建設(shè)中，建造一座智慧化水廠(chǎng)。

在工藝方面，南康水廠(chǎng)對(duì)原有的氣浮池進(jìn)行改造，新建綜合凈水車(chē)間(上向流活性炭池、浸沒(méi)式膜濾池、清水池、潛水泵房、中和池、排水池)、綜合加藥間、污泥濃縮車(chē)間。

在運(yùn)維管控方面，南康水廠(chǎng)采用以DCS(集散型控制系統(tǒng))+IMS為核心的發(fā)展模式，建立了智慧水廠(chǎng)運(yùn)管平臺(tái)，對(duì)水廠(chǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。

2 廠(chǎng)區(qū)布置

南康水廠(chǎng)的整體布局如圖1所示，主要由氣浮池、臭氧接觸池和臭氧發(fā)生車(chē)間、清水調(diào)節(jié)池、泵房、綜合加藥間、生產(chǎn)廢水泵房、綜合凈水車(chē)間、污泥濃縮脫水綜合池、液氧站和辦公樓。

圖1 南康水廠(chǎng)布局Fig.1 Layout of Nankang Waterworks

每個(gè)車(chē)間都安裝攝像頭，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)覆蓋。10個(gè)車(chē)間一共84個(gè)攝像頭，辦公樓的中控室可監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)時(shí)顯示在中控室顯示屏上。此外，中控室還可對(duì)水量、電量、藥量進(jìn)行實(shí)時(shí)耗能監(jiān)測(cè)。

3 工藝管理與設(shè)備管控

3.1 工藝管理

工藝管理主要對(duì)水廠(chǎng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、分析，對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)指標(biāo)達(dá)標(biāo)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)挖掘，為不同層面的生產(chǎn)運(yùn)行管理者提供及時(shí)、豐富的生產(chǎn)運(yùn)行信息。分析工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行分組監(jiān)視并匯總統(tǒng)計(jì)分析，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題提前做出預(yù)警判斷并進(jìn)行工藝調(diào)整；針對(duì)出現(xiàn)的異常情況根據(jù)優(yōu)先級(jí)分級(jí)處理，方便查詢(xún)和跟蹤[1]。

工藝管理包括工藝可視化模塊、工藝調(diào)整模塊、報(bào)警管理模塊、運(yùn)行曲線(xiàn)模塊和交接班管理模塊。

3.1.1 工藝可視化模塊

根據(jù)水廠(chǎng)工藝流程情況，查看全廠(chǎng)或按工藝段進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)視頻、主要設(shè)備和生產(chǎn)報(bào)警等各項(xiàng)信息，按照工藝流程整體掌握廠(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)運(yùn)行情況，并可按照時(shí)間段進(jìn)行日期篩選查詢(xún)。

3.1.2 工藝調(diào)整模塊

實(shí)現(xiàn)工藝調(diào)整的審批管理和執(zhí)行，工藝調(diào)整單的錄入、審核、執(zhí)行反饋等信息的管理，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)下達(dá)工藝調(diào)整指令。

3.1.3 報(bào)警管理模塊

主要記錄廠(chǎng)內(nèi)發(fā)生的各類(lèi)異常報(bào)警提醒記錄，能方便、快捷地查詢(xún)儀表和設(shè)備運(yùn)行情況的歷史報(bào)警信息，可根據(jù)日期和變量名進(jìn)行過(guò)濾查詢(xún)，為故障統(tǒng)計(jì)分析提供參考依據(jù)。

3.1.4 運(yùn)行曲線(xiàn)模塊

查看列表中所有變量在某段時(shí)間的趨勢(shì)圖，輸入開(kāi)始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間，單擊可繪制曲線(xiàn)。此外，還可進(jìn)行多曲線(xiàn)同時(shí)間段和不同時(shí)間段比較分析。

3.1.5 交接班管理模塊

主要查看廠(chǎng)內(nèi)各班組的交接班排班管理和交接班信息。運(yùn)行部管理人員可預(yù)先設(shè)定交接班安排，指定當(dāng)班人員和各個(gè)班次的運(yùn)行模式，可通過(guò)日期間隔、月歷的形式進(jìn)行查看。還可查看所有交接班情況，包括每個(gè)班次的當(dāng)班人員和運(yùn)行模式，以及這個(gè)班次當(dāng)班人員的巡檢記錄和故障上報(bào)明細(xì)。

3.2 設(shè)備管控

設(shè)備管控是設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理的重要手段，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、維護(hù)維修數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控和故障預(yù)警，從而保證設(shè)備維護(hù)維修的及時(shí)性和維護(hù)維修質(zhì)量的可靠性。此外，通過(guò)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)對(duì)各類(lèi)設(shè)備質(zhì)量進(jìn)行分析、對(duì)設(shè)備運(yùn)行成本進(jìn)行全生命周期的精細(xì)化管理，是智慧化水廠(chǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)保障[2]。

精細(xì)化的設(shè)備管控主要包括設(shè)備管理模塊、設(shè)備資產(chǎn)管理模塊、設(shè)備計(jì)劃管理模塊、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)模塊、設(shè)備維修管理模塊和設(shè)備統(tǒng)計(jì)分析模塊。

3.2.1 設(shè)備管理模塊

根據(jù)設(shè)備類(lèi)別、工藝區(qū)域和設(shè)備等級(jí)，查詢(xún)?cè)O(shè)備資產(chǎn)情況和各類(lèi)設(shè)備相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息，以日歷和曲線(xiàn)圖表等形式來(lái)展現(xiàn)設(shè)備數(shù)量、異常上報(bào)、各類(lèi)設(shè)備綜合指標(biāo)的情況。

3.2.2 設(shè)備資產(chǎn)管理模塊

建立了統(tǒng)一的設(shè)備臺(tái)賬和信息，規(guī)范公司設(shè)備資產(chǎn)管理，記錄設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)、屬性、附屬設(shè)備、設(shè)備備品備件、維修記錄和維護(hù)保養(yǎng)記錄等信息，使設(shè)備資產(chǎn)達(dá)到賬、物、卡相符。

3.2.3 設(shè)備計(jì)劃管理模塊

記錄設(shè)備檢修和維護(hù)保養(yǎng)的計(jì)劃管理。根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行情況，制定不同的設(shè)備檢修和維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃等，可根據(jù)設(shè)定的計(jì)劃日期和間隔周期自動(dòng)生成計(jì)劃工單，為設(shè)備的考核評(píng)估提供參考數(shù)據(jù)。同時(shí)，提供對(duì)工單執(zhí)行情況的跟蹤審核。

3.2.4 設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)模塊

可規(guī)范水廠(chǎng)設(shè)備維護(hù)管理，根據(jù)制定的維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃和設(shè)備保養(yǎng)流程，建立預(yù)防維護(hù)體系，實(shí)行設(shè)備的點(diǎn)檢和日常保養(yǎng)操作，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低支出成本，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.2.5 設(shè)備維修管理模塊

可規(guī)范水廠(chǎng)維修管理流程，根據(jù)故障報(bào)修和維修計(jì)劃，實(shí)施設(shè)備檢修和報(bào)修，消除設(shè)備故障隱患并記錄設(shè)備維修實(shí)施情況。提供對(duì)工單執(zhí)行情況的跟蹤和維修統(tǒng)計(jì)，便于設(shè)備維修的考核評(píng)估，保障設(shè)備完好。

3.2.6 設(shè)備統(tǒng)計(jì)分析模塊

記錄設(shè)備運(yùn)行情況，生成設(shè)備利用率、設(shè)備故障率和設(shè)備完好率等統(tǒng)計(jì)報(bào)表。統(tǒng)計(jì)報(bào)表可以體現(xiàn)對(duì)設(shè)備管理的考核指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)，并可方便在線(xiàn)查看、導(dǎo)出和打印[3]。

4 巡檢管理

巡檢管理主要是對(duì)水廠(chǎng)運(yùn)行人員的巡檢進(jìn)行監(jiān)督管理，包括制定巡檢任務(wù)計(jì)劃，每日定時(shí)下發(fā)任務(wù)和工作指令，同時(shí)對(duì)其任務(wù)完成情況進(jìn)行記錄和考核，分為日常巡檢模塊和設(shè)備巡檢模塊。

日常巡檢記錄可按月或按日查看，系統(tǒng)會(huì)顯示日常巡檢任務(wù)的巡檢情況、巡檢路線(xiàn)圖、任務(wù)完成率和巡檢任務(wù)數(shù)量。

設(shè)備巡檢記錄可查看各個(gè)廠(chǎng)區(qū)的所有設(shè)備巡檢情況，系統(tǒng)會(huì)顯示設(shè)備巡檢任務(wù)的巡檢情況、巡檢路線(xiàn)圖、任務(wù)完成率和設(shè)備巡檢任務(wù)的設(shè)備點(diǎn)檢情況。

對(duì)巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的、無(wú)法處理的異常情況進(jìn)行上報(bào)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)置自動(dòng)推送到相關(guān)負(fù)責(zé)人處理。

5 總結(jié)與展望

① 基于智慧水廠(chǎng)的運(yùn)行管理，建立智慧化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，能夠?yàn)樗畯S(chǎng)運(yùn)營(yíng)中的安全管理、生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)巡檢、設(shè)備管理、日常辦公等關(guān)鍵業(yè)務(wù)，提供統(tǒng)一信息管理平臺(tái)，匯集企業(yè)實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、工藝信息、日常管理等相關(guān)數(shù)據(jù)并統(tǒng)一管理，進(jìn)而開(kāi)展統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)挖掘。此外，還能提供及時(shí)、豐富的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，輔助分析決策，促進(jìn)企業(yè)規(guī)范管理、節(jié)能降耗、減員增效和精細(xì)化管理。

② 根據(jù)南康水廠(chǎng)運(yùn)管平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用情況以及對(duì)未來(lái)智慧化水廠(chǎng)的規(guī)劃，后期水廠(chǎng)運(yùn)管平臺(tái)將增加能耗管理模塊和手機(jī)app功能。能耗管理模塊主要通過(guò)水廠(chǎng)各工藝單元與關(guān)鍵設(shè)備的電能計(jì)量監(jiān)測(cè)，結(jié)合水廠(chǎng)自控系統(tǒng)和在線(xiàn)儀表數(shù)據(jù)、化驗(yàn)數(shù)據(jù)等，分析全廠(chǎng)能耗構(gòu)成，從而優(yōu)化運(yùn)行值班模式，實(shí)現(xiàn)水廠(chǎng)節(jié)能降耗[4]。手機(jī)app功能模塊可以接收運(yùn)管平臺(tái)下發(fā)的工藝調(diào)度單、巡檢任務(wù)，根據(jù)執(zhí)行情況對(duì)任務(wù)進(jìn)行反饋并可上傳圖片完成情況描述，同時(shí)實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)內(nèi)設(shè)備測(cè)量點(diǎn)和主要參數(shù)的監(jiān)測(cè)與顯示，實(shí)現(xiàn)上報(bào)異常故障和顯示設(shè)備故障的功能。