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一、概述


依托于通信技術、網絡技術和軟件技術的不斷進步和成熟，水務集團型企業迫切的需要徹底改變傳統落后的的分散式管理模式。網絡“覆蓋全國、遠程傳輸、實時在線”的優良特性，完全滿足了把分散在各個不同地區的污水處理廠所有與運營管理相關的數據信息、視頻信息實時上傳到運營管理中心，中心完成實時的查看與控制、海量高精度數據的分析計算以及開放式的信息發布與訪問的技術需求，為企業管理的升級提供了可靠的技術保障，使企業管理由分散轉向集中，從而提高工作效率、降低運營管理成本。


建設遠程運營管理系統的主要目的如下：


> 通過各種網絡通信傳輸線路與各廠級監控系統上位機組態軟件進行連接，實現對各水廠的關鍵工藝數據、關鍵設備數據、工藝運行參數、設備運行參數、各監控點視頻等情況進行實時監控；


> 實現對各個污水處理廠處理水質的監管，以保證出水水質達到甚至高于國家污水排放標準，實現各個污水處理廠建設的最終目標。


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


> 實現對各個污水處理廠固定資產設備的可視化管理和維護，對設備的工作狀態和發揮效能進行分析和評估，以保證設備以最佳健康狀態運行工作，發揮最大的效能。


本解決方案主要針對水務集團、排水集團、BOT等關注污水處理廠運營管理的單位，他們同時關注多個污水處理廠的運營狀況，而這些污水處理廠通常分布在全國多個不同的省份城市。


二、行業應用現狀


目前已經有部分污水運營管理企業建設了類似于遠程監控系統或者遠程管理系統，用以實現對所轄的污水廠進行遠程監管。但是這些系統的建設存在著嚴重的兩極分化情況，有些系統通過SCADA軟件平臺實現，偏重于現場實時數據的集中監控，而SCADA軟件并不屬于運營管理層面軟件，因此系統存在著很大的運營管理功能欠缺。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的需求由軟件廠商定制開發或者企業自主研發，通過編寫底層程序代碼開發軟件的方式來實現，在系統擴展、功能需求變更時非常復雜或者根本無法實現變更和維護，同時也不能實時全面的反應現場的運行狀態和遠程控制。


由于網絡通訊區域發展不平衡，導致了即使污水運營管理企業建設了集中監控系統，也不能把所轄所有污水處理廠運行狀況的數據完整的在運營管理中心進行記錄。


無論是用SCADA軟件平臺實現的集中監控系統還是定制開發的運營管理系統軟件都存在著系統擴展難度大、工作量大的問題，每增加一個污水處理廠，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增加系統擴展的復雜性。


因此，污水處理運營管理企業急需一套完整的、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遠程運營管理平臺，集遠程數據采集傳輸、實時集中監控、高效數據存儲、靈活的數據分析、開放的門戶系統于一身的系統解決方案。

三、需求分析


3.1水質監管


建設污水處理廠的目的就是通過一級物理法和二級生物法和三級化學處理法對污水進行處理，去除大顆粒雜物以及一些有害物質，然后再將它排入河中，以減輕水體的自凈負擔。根據國家最新規定，經過污水處理廠處理后排放的水質要達到國家一級A標準。如果出水水質不能達到國家相關標準的規定，那么污水處理企業將會按照國家相關法律法規受到處罰。


因此，污水處理運營企業最重要的工作就是要保證其所轄各個污水處理廠排放的污水水質達到國家標準，并且通過其不斷的研究工作和經驗積累，找出提高污水排放水質的方法，改進污水處理工藝和流程，盡量降低污水對人們生產生活和生存環境造成的影響。


污水處理運營企業必須做到對所轄各個污水廠出水水質的實時可視化監管，才能確保各個污水廠的正常運行，排水水質達標。同時當發生排水水質超標的事故之后，要能夠追溯到事故的原因和責任，從而能夠加以改善，切斷事故發生的根源。


3.2生產成本管理


對于企業的經營管理者來說，需要詳細的了解企業運營的投入和產出。而傳統的管理模式舉例來說，管理者只能看出一個污水處理廠每月總的用電費用、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運營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間。


因此企業的經營管理者需要一套管理系統，它能夠清晰準確的計算出每個水廠每臺水泵、每臺鼓風機以及其他設備在整個生產過程中，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，讓經營管理者通過這些數據去決策如何改進經營管理方式，保證生產成果的前提下最大化的降低成本。


運營管理系統需要實時記錄所有污水處理廠的工藝數據、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完成，并且可以隨時按需查詢調用計算結果。


3.3設備管理


污水處理廠整個工藝過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，這些設備在工作過程中消耗著大量的水、電等能源，同時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、停止、上升、下降等操作，以及操作時所有跟設備運行相關的條件數據例如格柵前后液位差等）、報警事件（故障、超時等），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。


通過對設備完整信息的記錄，實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生，使設備始終保持最佳性能的工作狀態，為企業節約設備運行成本。

四、模型化的解決方案


4.1系統結構


污水處理廠遠程運營管理系統包括“水務集團模型”、“生產運行監控系統”、“水質監管系統”、“設備管理系統”、“成本管理系統”五個功能模塊，“水務集團模型”是整個系統的核心，各功能塊之間相互聯系而又分工明確。

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

> “生產運行監控系統”是建設污水處理遠程運營管理系統最基礎的部分，該系統實現對水務集團企業所轄的所有污水處理廠的可視化監控，實現對各水廠的關鍵工藝數據、關鍵設備數據、工藝運行參數、設備運行參數等情況進行遠程數據采集傳輸和實時監控。


> “水質監管系統”是對污水處理廠建設績效考核的最關鍵指標，一個污水處理廠的建設是否達到建設初衷要求，是否能夠真正的發揮作用，有沒有正常的運營都由水質監管系統來體現。


> “成本管理系統”對企業的管理者來說是至關重要的，通過成本管理系統可以清晰的了解各個污水處理廠運行過程中成本具體的消耗，哪些部分成本消耗大，為什么消耗大，通過哪些有效途徑可以降低成本的消耗，為企業創造更大的經濟效益。


> “設備管理系統”主要的功能就是對污水處理廠少則十幾種多達幾十種的設備進行統一的維護管理與運行狀態分析，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、進行運營狀態及功效、能耗的分析。
根據污水處理廠遠程運營績效管理系統的功能和系統組成構建出的污水處理廠遠程運營管理系統架構，如圖2所示。

4.2解決方案亮點

> 使用模型高度復用性和個性屬性設置功能，通過實時監控模型、水質監管模型、成本管理模型和設備管理模型可以組建出一個獨立的污水處理廠遠程運營管理模型，通過模型可以快速的生成工藝流程圖形畫面、各種分析管理報表、趨勢以及各種復雜計算對象，“一鍵生成”一個水廠的運營管理系統實例對象。


> 覆蓋全面的污水處理行業模型，通過實時監控模型、水質監管模型、成本管理模型、設備管理模型除了可以生成每個污水處理廠獨立管理系統外，也可以實現污水處理廠之間的水質、成本、設備數據分析對比，把用戶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、實時集中監控、高效數據存儲、靈活的數據分析、開放的門戶系統于一身，為污水運營管理企業提供全方位的管理模式。

4.3解決方案介紹


4.3.1遠程生產運行監控


遠程生產運營監控即在運營中心實現對各個污水處理廠的可視化管理，系統通過數據采集模型、工藝流程圖模型相結合，把所有污水處理廠需要在中心監控的關鍵數據進行實時可視化顯示，讓管理者能夠隨時了解到每個污水處理廠當前運行狀況，及時發現存在的問題和隱患，提高對各個污水處理廠管理的效率，并且能為集團企業減少管理成本，污水處理廠遠程生產運營監控工藝流程圖如圖4所示。

4.3.2水質監管

污水處理廠主要監測的水質數據包括：進水COD、進水PH、進水氨氮、進水濁度、出水COD、出水含磷、出水含氮、出水濁度等。


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


污水處理廠遠程運營管理系統將各個污水處理廠的水質數據進行實時采集、顯示和歷史記錄，在運營管理中心可以實時監視各個污水處理廠實時變化動畫、趨勢、報表。通過系統提供的水質分析報表模型、水質分析曲線模型，可以實現對某個污水處理廠或者污水處理廠之間的水質對比分析和統計。例如，某污水處理廠一季度進出水水質分析統計報表，其中包括各個參數的最大最小值變化范圍、污染物質去除率計算結果等如圖5所示。


4.3.3生產成本管理

城市污水處理廠生產過程中消耗的成本分析通常包括污泥處理部分。生產成本分析項目包括能源消耗費、藥劑費、固定資產基本折舊費、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污水處理廠上傳到污水處理運營管理中心的生產數據進行。


污水處理廠消耗的能源主要是指電能，污水處理廠的鼓風機、轉刷、水泵都屬于高能耗設備，其耗電量占整個污水廠耗電量的比例高達80%。通過污水處理廠遠程運營績效管理系統的能耗分析功能，分析出各個設備的能耗比例和能耗變化趨勢，可以為運營管理工程師提供改進設備使用方法、改進工藝的依據，以達到節能降耗的目標。


污水處理廠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工程師的經驗進行，沒有嚴格的標準。通過對投加藥劑量的記錄和不同劑量水質的變化趨勢的分析，即可得出在不同水質、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量浪費。


污水處理廠遠程運營管理系統提供豐富的成本分析報表、曲線、棒圖、餅圖模型，用戶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狀態。同時，機械設備在長時期運行過程中，因摩擦、高溫、潮濕和各種化學效應的作用，不可避免地造成零部件的磨損、配合失調、技術狀態逐漸惡化、作業效果逐漸下降，因此還必須準確、及時、快速、高質量地拆修，以使設備恢復性能，處于良好的工作狀態。


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部分。


設備基本信息包括：設備名稱、設備編號、設備型號、生產廠家、生產日期、設備類別、設備規格、同類設備數量、設備負責人、所屬污水處理廠、所屬工藝、設備保養維護技術手冊資料等信息。設備基本信息管理包括：錄入、修改、刪除、查詢設備及設備相關信息。


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。


污水處理廠遠程運營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設備所有的相關信息，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

亞控科技模型化的污水處理廠遠程運營管理系統解決方案，為用戶提供全新的信息化管理系統開發模式，讓用戶可以快速的組態創建信息化系統并且易于維護和擴展，為污水運營企業提供功能強大的可視化在線生產過程監控、生產成果管理、成產成本管理、設備維護等功能，為管理者決策提供支持，降低企業運營成本。