一、概述


依托于通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和軟件技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟，水務(wù)集團型企業(yè)迫切的需要徹底改變傳統落后的的分散式管理模式。網(wǎng)絡(luò )“覆蓋全國、遠程傳輸、實(shí)時(shí)在線(xiàn)”的優(yōu)良特性，完全滿(mǎn)足了把分散在各個(gè)不同地區的污水處理廠(chǎng)所有與運營(yíng)管理相關(guān)的數據信息、視頻信息實(shí)時(shí)上傳到運營(yíng)管理中心，中心完成實(shí)時(shí)的查看與控制、海量高精度數據的分析計算以及開(kāi)放式的信息發(fā)布與訪(fǎng)問(wèn)的技術(shù)需求，為企業(yè)管理的升級提供了可靠的技術(shù)保障，使企業(yè)管理由分散轉向集中，從而提高工作效率、降低運營(yíng)管理成本。


建設遠程運營(yíng)管理系統的主要目的如下：


> 通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò )通信傳輸線(xiàn)路與各廠(chǎng)級監控系統上位機組態(tài)軟件進(jìn)行連接，實(shí)現對各水廠(chǎng)的關(guān)鍵工藝數據、關(guān)鍵設備數據、工藝運行參數、設備運行參數、各監控點(diǎn)視頻等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控；


> 實(shí)現對各個(gè)污水處理廠(chǎng)處理水質(zhì)的監管，以保證出水水質(zhì)達到甚至高于國家污水排放標準，實(shí)現各個(gè)污水處理廠(chǎng)建設的最終目標。


> 建立基于數據庫、數據處理技術(shù)、分析技術(shù)，針對海量高精度數據進(jìn)行快速多維立體分析處理，找出企業(yè)生產(chǎn)成本消耗的根源，為科學(xué)決策管理提供輔助支持；


> 實(shí)現對各個(gè)污水處理廠(chǎng)固定資產(chǎn)設備的可視化管理和維護，對設備的工作狀態(tài)和發(fā)揮效能進(jìn)行分析和評估，以保證設備以最佳健康狀態(tài)運行工作，發(fā)揮最大的效能。


本解決方案主要針對水務(wù)集團、排水集團、BOT等關(guān)注污水處理廠(chǎng)運營(yíng)管理的單位，他們同時(shí)關(guān)注多個(gè)污水處理廠(chǎng)的運營(yíng)狀況，而這些污水處理廠(chǎng)通常分布在全國多個(gè)不同的省份城市。


二、行業(yè)應用現狀


目前已經(jīng)有部分污水運營(yíng)管理企業(yè)建設了類(lèi)似于遠程監控系統或者遠程管理系統，用以實(shí)現對所轄的污水廠(chǎng)進(jìn)行遠程監管。但是這些系統的建設存在著(zhù)嚴重的兩極分化情況，有些系統通過(guò)SCADA軟件平臺實(shí)現，偏重于現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據的集中監控，而SCADA軟件并不屬于運營(yíng)管理層面軟件，因此系統存在著(zhù)很大的運營(yíng)管理功能欠缺。有些系統則更偏向于OA系統的管理功能，這些系統往往是根據當時(shí)的需求由軟件廠(chǎng)商定制開(kāi)發(fā)或者企業(yè)自主研發(fā)，通過(guò)編寫(xiě)底層程序代碼開(kāi)發(fā)軟件的方式來(lái)實(shí)現，在系統擴展、功能需求變更時(shí)非常復雜或者根本無(wú)法實(shí)現變更和維護，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)全面的反應現場(chǎng)的運行狀態(tài)和遠程控制。


由于網(wǎng)絡(luò )通訊區域發(fā)展不平衡，導致了即使污水運營(yíng)管理企業(yè)建設了集中監控系統，也不能把所轄所有污水處理廠(chǎng)運行狀況的數據完整的在運營(yíng)管理中心進(jìn)行記錄。


無(wú)論是用SCADA軟件平臺實(shí)現的集中監控系統還是定制開(kāi)發(fā)的運營(yíng)管理系統軟件都存在著(zhù)系統擴展難度大、工作量大的問(wèn)題，每增加一個(gè)污水處理廠(chǎng)，往往從底層數據采集、數據傳輸到中心數據展示、數據存儲和數據分析都要進(jìn)行一次工作量巨大的重復性工作，如果系統初期架構設計的不合理更會(huì )增加系統擴展的復雜性。


因此，污水處理運營(yíng)管理企業(yè)急需一套完整的、一體化的、模型化的、具有良好的擴展性和可維護性的污水處理廠(chǎng)遠程運營(yíng)管理平臺，集遠程數據采集傳輸、實(shí)時(shí)集中監控、高效數據存儲、靈活的數據分析、開(kāi)放的門(mén)戶(hù)系統于一身的系統解決方案。

三、需求分析


3.1水質(zhì)監管


建設污水處理廠(chǎng)的目的就是通過(guò)一級物理法和二級生物法和三級化學(xué)處理法對污水進(jìn)行處理，去除大顆粒雜物以及一些有害物質(zhì)，然后再將它排入河中，以減輕水體的自?xún)糌摀?。根據國家最新規定，?jīng)過(guò)污水處理廠(chǎng)處理后排放的水質(zhì)要達到國家一級A標準。如果出水水質(zhì)不能達到國家相關(guān)標準的規定，那么污水處理企業(yè)將會(huì )按照國家相關(guān)法律法規受到處罰。


因此，污水處理運營(yíng)企業(yè)最重要的工作就是要保證其所轄各個(gè)污水處理廠(chǎng)排放的污水水質(zhì)達到國家標準，并且通過(guò)其不斷的研究工作和經(jīng)驗積累，找出提高污水排放水質(zhì)的方法，改進(jìn)污水處理工藝和流程，盡量降低污水對人們生產(chǎn)生活和生存環(huán)境造成的影響。


污水處理運營(yíng)企業(yè)必須做到對所轄各個(gè)污水廠(chǎng)出水水質(zhì)的實(shí)時(shí)可視化監管，才能確保各個(gè)污水廠(chǎng)的正常運行，排水水質(zhì)達標。同時(shí)當發(fā)生排水水質(zhì)超標的事故之后，要能夠追溯到事故的原因和責任，從而能夠加以改善，切斷事故發(fā)生的根源。


3.2生產(chǎn)成本管理


對于企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理者來(lái)說(shuō)，需要詳細的了解企業(yè)運營(yíng)的投入和產(chǎn)出。而傳統的管理模式舉例來(lái)說(shuō)，管理者只能看出一個(gè)污水處理廠(chǎng)每月總的用電費用、總的用藥費用，并不清楚這些成本具體消耗在哪里，為什么同樣的規模同樣的工藝有的水廠(chǎng)運營(yíng)費用高而有的費用則比較低，想清楚明確的分析出這些內容需要耗費更多的人力物力和時(shí)間。


因此企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理者需要一套管理系統，它能夠清晰準確的計算出每個(gè)水廠(chǎng)每臺水泵、每臺鼓風(fēng)機以及其他設備在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，每處理1噸水所消耗的水、電、藥的成本，同樣的設備能耗高和能耗低的原因在哪里，讓經(jīng)營(yíng)管理者通過(guò)這些數據去決策如何改進(jìn)經(jīng)營(yíng)管理方式，保證生產(chǎn)成果的前提下最大化的降低成本。


運營(yíng)管理系統需要實(shí)時(shí)記錄所有污水處理廠(chǎng)的工藝數據、設備數據、工藝運行參數、設備運行參數等數據，并且能夠滿(mǎn)足對這些海量數據的快速分析處理，對于常規的計算可以按照設定算法和周期自動(dòng)完成，并且可以隨時(shí)按需查詢(xún)調用計算結果。


3.3設備管理


污水處理廠(chǎng)整個(gè)工藝過(guò)程中包含的機械設備少則十幾種多達幾十種，例如大型的鼓風(fēng)機、轉刷、提升泵和一些小型的回流泵、加藥泵等，這些設備在工作過(guò)程中消耗著(zhù)大量的水、電等能源，同時(shí)也需要定期的維護保養、更換易損零部件等才能保證設備以健康、穩定、高效的狀態(tài)工作。


需要為設備建立完整的運行維護數據庫，用于記錄所有設備的運轉數據（設備運行電壓、電流、轉速、壓力、溫度等）、操作事件（啟動(dòng)、停止、上升、下降等操作，以及操作時(shí)所有跟設備運行相關(guān)的條件數據例如格柵前后液位差等）、報警事件（故障、超時(shí)等），存儲設備的基本信息和設備維修保養計劃及維護保養記錄。


通過(guò)對設備完整信息的記錄，實(shí)現對設備工作效力和能耗的分析，找出設備運行規律和影響設備運行的條件，建立更加合理的設備維護保養計劃，避免或者減少故障的發(fā)生，使設備始終保持最佳性能的工作狀態(tài)，為企業(yè)節約設備運行成本。

四、模型化的解決方案


4.1系統結構


污水處理廠(chǎng)遠程運營(yíng)管理系統包括“水務(wù)集團模型”、“生產(chǎn)運行監控系統”、“水質(zhì)監管系統”、“設備管理系統”、“成本管理系統”五個(gè)功能模塊，“水務(wù)集團模型”是整個(gè)系統的核心，各功能塊之間相互聯(lián)系而又分工明確。

> “水務(wù)集團模型”包含其運營(yíng)管理的各個(gè)污水處理廠(chǎng)的基本信息，包括污水處理廠(chǎng)的設計標準、規模、工藝流程、設備種類(lèi)和數量、每臺設備的功能和工作能力、所處理的水質(zhì)水量情況等，這些信息是對每個(gè)污水處理廠(chǎng)進(jìn)行管理的最基礎的數據，所有運營(yíng)管理都要基于這些信息進(jìn)行。

> “生產(chǎn)運行監控系統”是建設污水處理遠程運營(yíng)管理系統最基礎的部分，該系統實(shí)現對水務(wù)集團企業(yè)所轄的所有污水處理廠(chǎng)的可視化監控，實(shí)現對各水廠(chǎng)的關(guān)鍵工藝數據、關(guān)鍵設備數據、工藝運行參數、設備運行參數等情況進(jìn)行遠程數據采集傳輸和實(shí)時(shí)監控。


> “水質(zhì)監管系統”是對污水處理廠(chǎng)建設績(jì)效考核的最關(guān)鍵指標，一個(gè)污水處理廠(chǎng)的建設是否達到建設初衷要求，是否能夠真正的發(fā)揮作用，有沒(méi)有正常的運營(yíng)都由水質(zhì)監管系統來(lái)體現。


> “成本管理系統”對企業(yè)的管理者來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，通過(guò)成本管理系統可以清晰的了解各個(gè)污水處理廠(chǎng)運行過(guò)程中成本具體的消耗，哪些部分成本消耗大，為什么消耗大，通過(guò)哪些有效途徑可以降低成本的消耗，為企業(yè)創(chuàng )造更大的經(jīng)濟效益。


> “設備管理系統”主要的功能就是對污水處理廠(chǎng)少則十幾種多達幾十種的設備進(jìn)行統一的維護管理與運行狀態(tài)分析，其中包括設備的基本信息、維護檢修記錄、運行故障記錄、制定運行維護計劃、進(jìn)行運營(yíng)狀態(tài)及功效、能耗的分析。
根據污水處理廠(chǎng)遠程運營(yíng)績(jì)效管理系統的功能和系統組成構建出的污水處理廠(chǎng)遠程運營(yíng)管理系統架構，如圖2所示。

4.2解決方案亮點(diǎn)

> 使用模型高度復用性和個(gè)性屬性設置功能，通過(guò)實(shí)時(shí)監控模型、水質(zhì)監管模型、成本管理模型和設備管理模型可以組建出一個(gè)獨立的污水處理廠(chǎng)遠程運營(yíng)管理模型，通過(guò)模型可以快速的生成工藝流程圖形畫(huà)面、各種分析管理報表、趨勢以及各種復雜計算對象，“一鍵生成”一個(gè)水廠(chǎng)的運營(yíng)管理系統實(shí)例對象。


> 覆蓋全面的污水處理行業(yè)模型，通過(guò)實(shí)時(shí)監控模型、水質(zhì)監管模型、成本管理模型、設備管理模型除了可以生成每個(gè)污水處理廠(chǎng)獨立管理系統外，也可以實(shí)現污水處理廠(chǎng)之間的水質(zhì)、成本、設備數據分析對比，把用戶(hù)系統建設和擴展的工作量降到最小化。


> 集遠程數據采集傳輸、實(shí)時(shí)集中監控、高效數據存儲、靈活的數據分析、開(kāi)放的門(mén)戶(hù)系統于一身，為污水運營(yíng)管理企業(yè)提供全方位的管理模式。

4.3解決方案介紹


4.3.1遠程生產(chǎn)運行監控


遠程生產(chǎn)運營(yíng)監控即在運營(yíng)中心實(shí)現對各個(gè)污水處理廠(chǎng)的可視化管理，系統通過(guò)數據采集模型、工藝流程圖模型相結合，把所有污水處理廠(chǎng)需要在中心監控的關(guān)鍵數據進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化顯示，讓管理者能夠隨時(shí)了解到每個(gè)污水處理廠(chǎng)當前運行狀況，及時(shí)發(fā)現存在的問(wèn)題和隱患，提高對各個(gè)污水處理廠(chǎng)管理的效率，并且能為集團企業(yè)減少管理成本，污水處理廠(chǎng)遠程生產(chǎn)運營(yíng)監控工藝流程圖如圖4所示。

4.3.2水質(zhì)監管

污水處理廠(chǎng)主要監測的水質(zhì)數據包括：進(jìn)水COD、進(jìn)水PH、進(jìn)水氨氮、進(jìn)水濁度、出水COD、出水含磷、出水含氮、出水濁度等。


每日進(jìn)入污水廠(chǎng)處理的總污水量和每日處理污水量，是考核污水處理廠(chǎng)處理能力的重要指標，也是污水處理廠(chǎng)運行管理中的一個(gè)重要基礎數據。處理質(zhì)量可按設計的不同處理工藝應達到的出水水質(zhì)進(jìn)行考核。污染物質(zhì)去除率也是衡量污水處理廠(chǎng)運營(yíng)效果的一個(gè)重要指標。


污水處理廠(chǎng)遠程運營(yíng)管理系統將各個(gè)污水處理廠(chǎng)的水質(zhì)數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、顯示和歷史記錄，在運營(yíng)管理中心可以實(shí)時(shí)監視各個(gè)污水處理廠(chǎng)實(shí)時(shí)變化動(dòng)畫(huà)、趨勢、報表。通過(guò)系統提供的水質(zhì)分析報表模型、水質(zhì)分析曲線(xiàn)模型，可以實(shí)現對某個(gè)污水處理廠(chǎng)或者污水處理廠(chǎng)之間的水質(zhì)對比分析和統計。例如，某污水處理廠(chǎng)一季度進(jìn)出水水質(zhì)分析統計報表，其中包括各個(gè)參數的最大最小值變化范圍、污染物質(zhì)去除率計算結果等如圖5所示。


4.3.3生產(chǎn)成本管理

城市污水處理廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中消耗的成本分析通常包括污泥處理部分。生產(chǎn)成本分析項目包括能源消耗費、藥劑費、固定資產(chǎn)基本折舊費、大修基金提存、日常維護檢修費、工資福利費等。


其中估算能源消耗費用、藥劑費、日常維護檢修費等費用分析要基于各個(gè)污水處理廠(chǎng)上傳到污水處理運營(yíng)管理中心的生產(chǎn)數據進(jìn)行。


污水處理廠(chǎng)消耗的能源主要是指電能，污水處理廠(chǎng)的鼓風(fēng)機、轉刷、水泵都屬于高能耗設備，其耗電量占整個(gè)污水廠(chǎng)耗電量的比例高達80%。通過(guò)污水處理廠(chǎng)遠程運營(yíng)績(jì)效管理系統的能耗分析功能，分析出各個(gè)設備的能耗比例和能耗變化趨勢，可以為運營(yíng)管理工程師提供改進(jìn)設備使用方法、改進(jìn)工藝的依據，以達到節能降耗的目標。


污水處理廠(chǎng)另一主要消耗為藥劑，例如絮凝劑等，絮凝劑的投加以往都根據水廠(chǎng)工程師的經(jīng)驗進(jìn)行，沒(méi)有嚴格的標準。通過(guò)對投加藥劑量的記錄和不同劑量水質(zhì)的變化趨勢的分析，即可得出在不同水質(zhì)、水溫、季節等情況下投加藥量的最佳值，這樣即可避免投加藥量不夠或者是過(guò)量浪費。


污水處理廠(chǎng)遠程運營(yíng)管理系統提供豐富的成本分析報表、曲線(xiàn)、棒圖、餅圖模型，用戶(hù)可根據需求選擇對應的模型生成成本分析對象，靈活方便的完成各種復雜的數據分析。

4.3.4設備管理


污水處理廠(chǎng)的所有設備都有它的運行、操作、保養、維修規律，只有按照規定的工況和運轉規律，正確地操作和維修保養，才能使設備處于良好的技術(shù)狀態(tài)。同時(shí)，機械設備在長(cháng)時(shí)期運行過(guò)程中，因摩擦、高溫、潮濕和各種化學(xué)效應的作用，不可避免地造成零部件的磨損、配合失調、技術(shù)狀態(tài)逐漸惡化、作業(yè)效果逐漸下降，因此還必須準確、及時(shí)、快速、高質(zhì)量地拆修，以使設備恢復性能，處于良好的工作狀態(tài)。


設備管理包括設備的基本信息管理、設備運行管理和設備維護管理三個(gè)部分。


設備基本信息包括：設備名稱(chēng)、設備編號、設備型號、生產(chǎn)廠(chǎng)家、生產(chǎn)日期、設備類(lèi)別、設備規格、同類(lèi)設備數量、設備負責人、所屬污水處理廠(chǎng)、所屬工藝、設備保養維護技術(shù)手冊資料等信息。設備基本信息管理包括：錄入、修改、刪除、查詢(xún)設備及設備相關(guān)信息。


設備運行管理主要包括的內容：設備運行日志、設備運行統計、設備運行分析等功能。


設備維護管理的主要內容是：設備故障記錄、設備故障統計分析、設備維護保養計劃和設備維護保養記錄。


污水處理廠(chǎng)遠程運營(yíng)管理系統提供針對各種不同設備特征的設備管理模型，設備管理模型中包含著(zhù)設備所有的相關(guān)信息，為管理人員了解設備運行狀況、工作效率、成本消耗等變化提供各種數據信息。如圖6所示，設備維護計劃提醒表。


五、結束語(yǔ)

亞控科技模型化的污水處理廠(chǎng)遠程運營(yíng)管理系統解決方案，為用戶(hù)提供全新的信息化管理系統開(kāi)發(fā)模式，讓用戶(hù)可以快速的組態(tài)創(chuàng )建信息化系統并且易于維護和擴展，為污水運營(yíng)企業(yè)提供功能強大的可視化在線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程監控、生產(chǎn)成果管理、成產(chǎn)成本管理、設備維護等功能，為管理者決策提供支持，降低企業(yè)運營(yíng)成本。