污水厂从自动化向智慧化管理“蜕变”研究

杨 义

（北京金控数据技术股份有限公司，北京 100070）

当前，很多污水厂在日常运行管理上观念陈旧，缺乏创新，仍延用过去传统的管理模式，依赖于技术人员的主观判断，很多业务仍采用纸质办公方式，缺少对设备巡检养护和安全生产过程的有效监管，严重制约了污水厂运行质量和管理效率的提升，造成资源浪费和生产成本虚高。因此，以自动化、智能化为核心，探索智慧化管理模式已逐渐成为现代污水处理行业发展趋势。

1 传统水厂运营模式

传统污水厂的建设从功能实用角度出发，考虑的是现场运维人员如何有效实现控制和监视。每个污水厂都设有PLC控制系统，并配置可视化的操作界面，污水处理设备控制采取手动、自动和遥控三种方式，使整个厂站的自动化控制不依赖于一个控制装置或系统，提高了控制系统的整体可靠性。工程师站和操作员站运行SCADA工业监控软件，可将数据信息转换为图形信息，方便管理者掌控和管理生产运营状况。传统污水厂的网络拓扑及系统架构、功能模块的设计目的在于为各层级用户提供相应岗位职责所需的应用系统功能[1]。

2 现代水厂的智慧运营模式

随着信息化技术的发展，水厂建设慢慢由增量模式逐渐转变为存量模式，很多集团公司管理区域内的多座污水厂，为了打破针对单个污水厂的传统单一管理方式，集中管理方式应运而生，该管理模式要求对辖区内所有厂站实现统一管理，由总控制中心对所有厂站进行全盘掌控。该运营模式以计算机的信息化和网络化作为企业信息化的手段，以开发、利用信息资源为信息化的核心，来实现厂站的数字化、自动化、网络化。通过信息共享机制，实现厂站的集中化管理、远程监控、无人值守、历史数据查询、手机APP等应用功能。

2.1 智慧水厂的概念

智慧水厂采用先进的管理思维和技术手段，提供一套应用于污水厂的集智能化控制、物联网接入采集、一体化中央监控、移动化管控平台、大数据分析和科学化决策于一体的自动化、智能化、智慧化污水厂整体管理方案，实现污水厂的少人、无人化运营管理。近年来，国内厂站不断引进国外先进技术应用于污水厂的自动控制系统，污水厂自动化控制系统的发展逐步进入了信息化、网络化、分散化的时代[2]。

2.2 智慧水厂运维优势

智慧水厂运维具有以下优势：

（1）集中式优化管理。系统采集各厂站的实时数据，并进行集中管理，实时存储，同时该系统还支持远程网络访问，突破了传统自控系统和组态软件的限制，把生产控制层和企业决策管理层结合起来，远程监控与信息管理相互渗透，形成一个多层次的信息化平台，最大限度地提升整体运营水平。

（2）远程监控、无人值守。采用信息化手段，实现远程监视管理。该系统采用分布式采集与集中管理相结合的方式弥补了传统自控系统和组态软件只能在本地查看和管理生产运行数据的不足，将原本分散于各地厂站的生产运行数据进行自动整合汇总，并进行实时存储和管理，加强统一监管，相比工作人员到现场监管，灵活度和有效性有较大的提升。

（3）统一远程调度。该系统采用以单个厂站为基础的管理方式，建设起统一的远程调度平台，通过监控厂站的监控屏，观察各组运行数据和设备数据，并由系统对报警和设备故障情况等进行上报，实现运营中心管理层的实时沟通，进而由管理层指派专家进行技术支持和现场维修，最终实现管理者对厂站生产管理的远程调度。运营中心管理层负责查看各厂站统计数据和汇总数据，更新生产和设备管理策略，做出关键的生产决策。

2.3 智慧水厂系统架构设计

水厂智慧化管理系统由五层架构组建而成。感知层由智能传感器对现场的实时数据进行数据采集；智能控制层由控制系统进行准确的闭环控制，实现厂站基础功能自动化；网络层负责对数据的网络链路传输，并保证数据的绝对安全；智能决策层负责对所有有效数据进行综合展示，结合现场的实际数据，给出合理化建议；大数据平台通过云服务器端的数据二次挖掘，存储用户的海量云数据是整个后台系统的总控制中心。

2.4 智慧水厂智慧决策的实现方式

智慧水厂不只是做一个软件平台就可以实现的，它要求设计者从设计之初就考虑到系统后期的发展空间和方向。智慧水厂是由传统厂站经技术升级改造而来，通过信息化软件技术的助力，全面综合地对系统进行软硬件升级，真正让用户达到对管理情况的全盘掌控和精准施策，并实现节省人力资源的目标。智慧决策的实现方式如下：

2.4.1 通过实现闭环控制，提高系统程控率

现有的控制系统，大部分还是以人力判断为基础，由工人根据实际工艺运行情况，凭经验进行相关参数的设定和模式切换，自动化水平偏低，运行反馈不能做到及时响应，造成人为操作的滞后性，偏离最佳控制模式和策略。而且这种系统对监控管理人员要求较高，对运行成本会造成浪费。在实现工艺闭环控制后，通过系统预案的设置就可以针对性解决问题，使系统响应更加科学及时，大大提高自动化控制水平，为无、少人值守提供强有力的控制策略支撑，提高系统的可靠性和安全性。

2.4.2 通过加强系统自诊断能力，提高闭环连续运转率

无人、少人值守要求系统具有强大的自诊断能力。发生故障后自动定位设备故障点，缩短系统的维修和恢复时间。而提高系统的自诊断能力，需要对现有的控制系统进行各工艺段的技术改造，主要包括：PLC程序和SCADA程序的自诊断能力的优化和提升、移动管控平台的实施。

2.4.3 通过各工艺段优化控制策略，提高控制品质达标率

采用基于模型预测的系列思想，构建起支持基于多方案选择的仿真工艺决策与优化的污水处理控制策略。在满足供水水质达标的基础上，优化运行参数，实现污水处理行业的运行精细化、决策精准化以及管理科学化。

3 建设水厂大数据分析及科学化决策平台

构建水厂大数据分析及科学化决策平台，必然要依托于云计算优势，对海量数据进行二次挖掘，按照各种算法及公式快速准确得到各类运行参数或统计分析数据。同时，采用专业的数据分析和报表集成工具对整个生产过程的数据进行统计，使各级管理和调度人员能够及时、准确、全面地了解和掌握实时数据和历史数据[3]。公司管理人员可以随时主动调取下属污水厂的各类运行报表，加强对下属各个分厂监管。

通过建立污水厂运行关键绩效指标评估机制，可以从管理质量、能耗分析、设备运行效率、运行工艺参数等多个方面定期对污水厂的运行管理状况进行综合性评定。通过信息系统，应用绩效评估指标体系，对污水厂业务管理数据进行统计分析。以多维度统计图表的方式展现绩效，识别污水厂运行管理薄弱环节，为污水厂运行管理优化提供丰富的数据，实现多个污水厂智能化、信息化运营管理。平台的建设使得本地厂站系统能够具有工业自动化软件控制的先期优势，同时，又具备信息化软件系统的智慧化分析功能，实现自动化与信息化的“两化融合”。智慧水厂集中管理可以降低生产运维成本，提高设备系统的可靠性，节能降耗，且提高企业的综合管理能力。

4 结语

综上所述，污水厂从原来的单独自动控制向智慧水厂集中运营管理转变，能够进一步提高水处理设备的可靠性，减少停机时间和延长生命周期。建立起集中少人、无人化厂级运营管理体系，能够在高效的人机交互模式下减少对污水厂内人力资源的需求。