污水厂从自动化向智慧化管理“蜕变”探究

刘忠祥，解存福，丁查明，刘 杰

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381）

随着国家对环境保护问题日益重视，污水处理作为环保工程的重要组成部分，污水处理厂的建设和运营管理水平关注度越来越高。当前大部分污水处理厂基本实现了自动化的标准配置，但仅停留在集中监控和远程操作的常规控制层面。

1 传统水厂运营模式

在传统污水厂建设过程中，为了实现对水厂各工段工艺设备的设备控制及信号采集，通常采用分布式可编程控制器PLC作为现场控制站。现场控制站通常配备终端操作面板（如HMI），通过人机界面HMI可实现在线设定各种控制参数、在线编程，实时显示该处理工段的监控画面以及各种图形、曲线、表格、文字及报警等。

在配有现场控制站的同时，通常在中央控制室设置中央监控计算机及服务器，监控计算机配套运行SCADA工业监控组态软件，将采集的数据信息转化为相应的图形信息，可直观地显示全厂各工艺流程段的实时工况、各工艺参数的趋势画面，使操作人员及时掌握工程运行情况。中央监控系统主要完成全厂的管理、调度、集中操作、监视、系统功能组态、控制参数在线修改和设置、记录、报表生成及打印、故障报警及打印等功能。

传统污水处理厂自动化水平处于工业3.0时代，停留在数据的集中显示和远程操作的常规控制层面。随着以大数据、云平台及人工智能为代表的互联网技术飞速发展，现代社会已进入工业4.0时代，“智慧城市”“智慧水务”的概念应运而生，污水处理厂也逐渐由传统运营模式向现代运营模式转变。

2 现代水厂的智慧运营模式

随着信息技术的不断发展，传统的水厂运行模式效率难以满足当下社会的需求。因此，污水厂也在慢慢地对运行模式进行改革，开始从原来的增量模式转变为存量模式。即在传统的单一管理模式的基础上，很多的集团公司开始采用集中管理的方式，集中管理就是通过总控制中心来实现对某一地区内所有的污水处理厂的集中监控、调度及管理。这种统一化管理的基础就是信息化技术，以计算机信息为手段，利用好信息资源，从而实现污水处理厂的自动化、网络化、数字化。通过数据共享的方式来实现对污水处理厂的智慧化管理，即使没有工作人员监控，也能够实时了解到工艺设备的运行工况，通过开发手机APP等方式来实现对工艺设备的实时监控，同时还能够提供历史数据的查询服务，大大提高了污水处理厂的工作效率。

2.1 智慧水厂的概念

为了实现污水厂从自动化向智能化管理的转变，相关的专业人员提出了智慧水厂的概念。所谓的智慧水厂就是利用先进的管理思维和技术手段，来对污水处理厂进行集中化的管理。智慧水厂是以排（供）水工艺为基础，利用云计算、大数据、人工智能、物联网、互联网、BIM等技术，通过智能监测设备、数采仪表及通信网络等在线监测设备，实时感知城市排（供）水系统的运行状态，并采用可视化的方式有机整合排（供）水管理部门，形成“城市排（供）水物联网”，并可将海量水务信息进行及时分析与处理，并做出相应的处理结果，辅助决策建议，以更加精细和动态的方式管理排（供）水系统的整个生产、管理和服务流程，从而达到“智慧”的状态。

2.2 智慧水厂运维优势

和传统的污水处理厂相比，智慧水厂有着更多的优势，主要体现在以下几点：首先，集中式的优化管理。在智慧水厂运行过程当中，利用现代的信息技术来对污水厂的设备工作数据进行实时收集，并且集中管理。同时，智慧化管理还能够支持远程的网络访问，使生产控制层和企业决策管理层能够结合在一起，通过远程监控的方式来了解设备的运行工况，从而由上到下形成一个多层次的平台，通过信息技术的运用，使得运营水平得到大幅度的提升；其次，智慧水厂能够实现远程监控、无人值守，利用当前的信息化手段，可以减少污水处理厂运维人数，通过智能化的信息系统来对污水厂的设备工况进行远程监视。这一技术弥补了传统水厂只能在本地查看生产运行数据的缺陷，成功实现了对污水处理厂产生的数据进行自动整合汇总，这种管理模式更加灵活，而且工作效率得到了大幅度提升；最后，智慧水厂实现了统一的远程调度，系统以单个污水厂为基础，建立起了一个统一的远程调度平台，通过平台可以监测各组工艺设备运行工况。当设备发生故障时，发出声光警报，显示故障点和故障状态，可按照报警等级做出相应反应，记录故障的信息，并在显示画面上提示处理故障的方法，报警打印机自动打印故障记录。通过这种统一化的远程调度管理模式，能够提高水厂管理的效率，运营中心管理层能够获取到更多的设备工况数据，进而根据这些数据做出关键的生产决策。

2.3 智慧水厂系统架构设计

为了保证智慧水厂功能的实现，在设计架构时主要有5层架构组成，分别是感知层、智能控制层、网络层、智能决策层以及大数据平台。每层都有自己的功能，其中大数据平台主要是保存海量的用户数据以及对生产数据进行分析；智能决策层是对数据进行综合处理，并且结合数据中蕴含的信息制定合理化的决策；网络层是保护运行数据的安全；控制层是实现工厂的自动化；感知层是最为基础的，主要是收集实时的数据。

3 建设水厂大数据分析及科学化决策平台

要想实现污水厂从自动化向智慧化的转变，现代的信息技术是必不可少的，要以大数据分析技术为基础，依托云计算的优势，从而收集海量的数据信息，并且对这些数据信息进行分析，找出数据背后蕴含的信息。还需要利用专门的数据分析工具来对整个生产过程中的数据进行统计，从而根据这些生产信息数据来调度人员，公司的管理人员能够调取到下属的污水厂的运行数据报表，从而加强对下属各个分厂的管理。

为了提高污水厂的运行效率，还可以建立起一个绩效评估机制，从不同的角度来对水厂的运行情况进行综合评定。信息系统可以保证管理人员能够掌握最全面的信息，根据这些数据来对污水处理厂的运营情况进行分析，全方面地掌握水厂的工作绩效，数据中还会展现出污水厂运行过程中的不足之处。因此，利用数据还能够优化污水厂的运行管理，从而实现污水厂的智能化、信息化管理。

建设一个科学化的决策平台，能够在保障传统水厂优势的同时，还可以发挥现代信息技术的长处，既能够实现自动化，也能够实现信息化。这样能够使污水厂设备运行的可靠性得到提升，还能够在一定程度上降低生产能耗，同时企业的管理水平也能够得到大幅度提升。

4 结语

总而言之，在污水处理厂运行过程中，为了进一步提高污水处理的效率以及自动化系统的管理水平，越来越多污水处理厂正在试图提升自身的信息化管理水平，从而将自动化的控制转变为智慧化的控制，进一步提高污水处理设备的可靠性，进而能够减少停机时间以及延长设备的生命周期。通过智慧化的管理，可以建立起一个无人的运营管理体系，在此管理体系之下，不需要人工参与，能够最大可能地减少对人力资源的需求，在一定程度上能够降低污水处理厂的人力成本。