污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括信息感知模塊、信息傳輸模塊、智能處理模塊和應用管理模塊。其中，所述信息感知模塊用于為所述系統(tǒng)的智能處理模塊和應用管理模塊提供數(shù)據(jù)支撐；所述信息傳輸模塊用于從所述信息感知模塊獲取信息并傳送到所述智能處理模塊；所述智能處理模塊是所述系統(tǒng)的核心模塊，其用于將從所述信息感知模塊獲取的信息進行分析處理，并向所述應用管理模塊提供智能支持；所述應用管理模塊是所述系統(tǒng)與用戶的接口，其通過利用經(jīng)過所述智能處理模塊分析處理的信息，向用戶提供特定的業(yè)務應用服務。通過本發(fā)明的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對污水處理廠的全流程、精細化、標準化與數(shù)字化運營管理。
【專利說明】污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污水處理廠系統(tǒng)，尤其涉及一種基于系統(tǒng)集成技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]污水處理廠作為城市重要基礎設施之一，肩負著對城市污(廢)水的綜合處理以實現(xiàn)達標排放的責任。然而，現(xiàn)階段我國污水處理廠普遍存在著管理分散，不系統(tǒng)、不規(guī)范；沒有建立有效的數(shù)據(jù)監(jiān)管機制，信息處理及查詢不方便；監(jiān)控系統(tǒng)只監(jiān)不控，過程控制缺乏先進的智能控制算法支撐；運行異常診斷、事故應急分析與生產(chǎn)調(diào)度決策缺少科學依據(jù)；業(yè)務操作如巡檢、養(yǎng)護、維修等缺乏標準化作業(yè)流程指導；績效考核缺乏完善的評估體系與評估模式等問題。
[0003]出現(xiàn)上述問題的主要原因在于我國現(xiàn)有污水處理廠管理理念陳舊，管理方式、方法與管理手段落后。因此，從科學化與科技化管理理念出發(fā)，需要一個先進的系統(tǒng)將污水處理廠各類信息與作業(yè)流程進行整合與互聯(lián)，實現(xiàn)標準化、可視化、智能化、有效識別和統(tǒng)一管理。
[0004]近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和應用，為構建互聯(lián)互通的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)奠定了基礎。物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of things)是通過各種信息傳感設備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等，按約定的協(xié)議，將所有物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)具有“全面感知”、“可靠傳送”與“智能控制”等基本特征，已經(jīng)被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)園林、醫(yī)療保健、交通運輸、公共安全、環(huán)境保護等多個領域。美國、歐洲、日本、韓國等發(fā)達國家和地區(qū)十分重視物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，中國政府也將物聯(lián)網(wǎng)列為國家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，寫入“政府工作報告”。
[0005]現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)技術在污水處理廠管理中的應用還處于初級階段，即通過在線監(jiān)測儀表和PLC控制系統(tǒng)獲取基礎生產(chǎn)信息，并在局域網(wǎng)范圍內(nèi)實現(xiàn)對污水處理過程的實時監(jiān)視與控制。但是對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析和利用不足，不具備高級決策支持功能，也不具備工作流程的信息化管理功能，無法滿足污水處理行業(yè)未來發(fā)展對信息系統(tǒng)的功能需求。
[0006]本發(fā)明構建的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的特點在于，系統(tǒng)不僅運用各種專業(yè)傳感器全面獲取污水處理廠運行管理信息，通過互聯(lián)與共享，統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)的分析、處理與應用，并且在此基礎上借助系統(tǒng)集成技術，將數(shù)據(jù)挖掘、專家診斷、模型模擬等多種先進手段應用于污水處理廠運營管理過程，實現(xiàn)污水處理廠的智能控制、標準化管理與科學決策，能夠有效解決污水處理廠現(xiàn)存上述問題，提升污水處理廠的運營管理水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]簽于以上現(xiàn)有問題，本發(fā)明的目的在于提供一種污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于系統(tǒng)集成技術和互聯(lián)網(wǎng)技術，能夠?qū)崿F(xiàn)對污水處理廠的全流程、精細化、標準化與數(shù)字化運營管理。
[0008]為達到上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0009]一種污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，，所述系統(tǒng)是基于互聯(lián)網(wǎng)將各污水處理廠進行連接，其包括依次連接的信息感知模塊、信息傳輸模塊、智能處理模塊和應用管理模塊，其中，
[0010]信息感知模塊，用于為所述系統(tǒng)的智能處理模塊和應用管理模塊提供數(shù)據(jù)支撐，包括信息采集單元和過程控制指令執(zhí)行單元，所述信息采集單元采集和獲取系統(tǒng)中的污水處理信息，所述過程控制指令執(zhí)行單元進行實施運行過程中的智能控制；
[0011]信息傳輸模塊，從所述信息感知模塊獲取信息并將所獲取的信息傳送到所述智能處理模塊，包括獲取信息的信息獲取單兀和傳輸信息的信息傳輸單兀；
[0012]智能處理模塊，將從所述信息感知模塊獲取的信息進行分析處理，并為所述應用管理模塊提供智能支持；
[0013]應用管理模塊，是所述系統(tǒng)與客戶端的接口，通過經(jīng)過所述智能處理模塊分析處理的信息，向用戶提供相應的業(yè)務應用服務。
[0014]所述信息采集單元通過使用傳感設備來自動采集和獲取污水處理信息，其中，所述傳感設備包括在線監(jiān)測設備、信息采集設備、視頻監(jiān)視設備及過程控制設備，所述污水處理信息包括在線監(jiān)控數(shù)據(jù)、基礎業(yè)務數(shù)據(jù)、視頻影像數(shù)據(jù)。
[0015]所述信息傳輸單元通過VPN網(wǎng)絡，采用OPC通信協(xié)議或者SOAP通信協(xié)議進行信息傳輸，并采用數(shù)據(jù)壓縮或斷網(wǎng)續(xù)傳傳輸方法。
[0016]所述智能處理模塊包括數(shù)據(jù)倉庫、模擬分析單元和專家決策單元，其中，所述數(shù)據(jù)倉庫用于存儲從所述信息感知模塊獲取的各種信息，為所述應用分析模塊提供決策數(shù)據(jù)支持，所述模擬分析單元用于對獲取的各種污水處理信息進行智能分析和處理，所述專家決策單元用于對系統(tǒng)的運行環(huán)境進行識別、診斷、預報警并提供解決問題的策略和方法。
[0017]所述應用管理模塊包括遠程監(jiān)控單元、智能控制單元、業(yè)務管理單元、績效評估單元和決策支持單元，其中所述遠程監(jiān)控單元對污水處理廠運行過程的遠程同步進行實時監(jiān)控，所述智能控制單元對污水處理廠的整個工藝流程的智能化控制，所述業(yè)務管理單元污水處理廠的生產(chǎn)與設備業(yè)務的流程化、標準化、精細化與信息化管理，所述績效評估單元對污水處理廠的運行績效的綜合評估，以及所述決策支持單元為污水處理廠的運營管理者提供決策輔助。
[0018]所述遠程監(jiān)控單元將從所述信息感知模塊獲取的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)集成到云計算中心污水處理過程動態(tài)模擬畫面中，實時顯示生產(chǎn)運行過程的工藝參數(shù)和大型設備運行狀態(tài)信號，查詢運行趨勢曲線與運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，當發(fā)生運行異常時，發(fā)布預警和報警通知，并自動調(diào)取相應監(jiān)測點視頻影像。
[0019]所述智能控制單元依據(jù)從所述信息感知模塊獲取的污水處理過程信息，運用全流程智能控制算法模型，針對污水處理整個工藝流程實施智能控制，實現(xiàn)污水處理廠的穩(wěn)定運行與節(jié)能降耗。
[0020]所述業(yè)務管理單元進行數(shù)據(jù)填報管理、工藝巡檢管理、生產(chǎn)安全管理、設備資產(chǎn)管理、設備巡檢管理、設備養(yǎng)護管理和設備維修管理。
[0021]所述績效評估單元通過所述信息感知模塊獲取的數(shù)據(jù)進行指標計算，評估污水處理廠運行質(zhì)量、運行效率、運行能耗等各項績效表現(xiàn)。[0022]通過本發(fā)明的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，能夠?qū)⒀芯繀^(qū)域內(nèi)各種設備采集的污水處理廠運行管理信息，經(jīng)標準化處理后，通過以太網(wǎng)、無線網(wǎng)、移動網(wǎng)等互聯(lián)網(wǎng)絡實現(xiàn)信息互通與資源共享，并在安全保障機制下，通過云計算中心平臺，提供遠程監(jiān)控、智能控制、狀態(tài)預警、業(yè)務管理、績效評估、決策支持等綜合性管理與服務功能，實現(xiàn)對污水處理廠的全流程、精細化、標準化與數(shù)字化運營管理。與相關行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相比，本發(fā)明應用于污水處理廠運營管理這一特定領域，其在服務對象、感知內(nèi)容和對感知信息的利用方面均進行了更深層次的探索。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的結構框架圖。
[0024]圖2是本發(fā)明的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的硬件結構圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發(fā)明的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行詳細介紹。
[0027]圖1是本發(fā)明的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的結構框架圖。如圖1所示，本發(fā)明的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括依次連接的信息感知模塊、信息傳輸模塊、智能處理模塊和應用管理模塊。其中，信息感知模塊，用于為系統(tǒng)的智能處理模塊和應用管理模塊提供數(shù)據(jù)支撐，信息傳輸模塊，用于從所述信息感知模塊獲取信息并傳送到所述智能處理模塊，智能處理模塊，用于將從所述信息感知模塊獲取的信息進行分析處理，并向所述應用管理模塊提供智能支持，應用管理模塊，通過利用經(jīng)過所述智能處理模塊分析處理的信息，向用戶提供特定的業(yè)務應用服務。
[0028]圖2是本發(fā)明的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構圖。下面結合圖2 (同時參照圖1)對這四個模塊進行詳細說明。
[0029](I)信息感知模塊
[0030]信息感知模塊主要用于采集相關污水處理信息，包括信息采集單元和過程控制指令執(zhí)行單元，所述信息采集單元用于采集和獲取系統(tǒng)中的污水處理信息，所述過程控制指令執(zhí)行單元用于實施運行過程中的智能控制。
[0031]上述信息采集單元通過使用傳感設備來采集和獲取污水處理信息，為污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能層與應用層提供數(shù)據(jù)支撐。其中，傳感設備包括在線監(jiān)測設備、信息采集設備、視頻監(jiān)視設備及過程控制設備，所述污水處理信息包括在線監(jiān)控數(shù)據(jù)、基礎業(yè)務數(shù)據(jù)、視頻影像數(shù)據(jù)。
[0032]上述在線監(jiān)測設備包括流量計、液位計、壓力計、水質(zhì)自動監(jiān)測儀及水質(zhì)自動采樣器等，用于采集在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括流量、液位、化學耗氧量(CODcr)、氨氮、溶解氧、懸浮物、氧化還原電位等；
[0033]上述信息采集設備包括計算機、PDA、手機等，用于采集污水處理廠基礎屬性數(shù)據(jù)，包括處理工藝、建設規(guī)模、執(zhí)行標準、設備資產(chǎn)等，和人工填報的業(yè)務數(shù)據(jù)，包括化驗數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)、設備巡檢數(shù)據(jù)、設備養(yǎng)護數(shù)據(jù)、設備維修數(shù)據(jù)等；
[0034]上述視頻監(jiān)視設備包括設攝像機、球機等，用于采集污水處理廠視頻影像信息；[0035]上述過程控制設備包括PLC控制器等，用于存儲程序與執(zhí)行操作指令，實施污水處理過程的智能控制。
[0036](2)信息傳輸模塊
[0037]信息傳輸模塊用于從所述信息感知模塊獲取信息并傳送到所述智能處理模塊，包括信息獲取單元和信息傳輸單元。其中，信息傳輸單元以有線通信或無線通信的方式通過VPN網(wǎng)絡，采用OPC通信協(xié)議或者SOAP通信協(xié)議對所述信息進行傳輸，并采用數(shù)據(jù)壓縮或斷網(wǎng)續(xù)傳傳輸保障機制來保證信息傳輸?shù)母咝?、安全性與完整性。
[0038](3)智能處理模塊
[0039]智能處理模塊是系統(tǒng)的核心模塊，負責將從所述信息感知模塊獲取的信息進行標準化統(tǒng)一處理、統(tǒng)一分析與深度挖掘，并運用數(shù)據(jù)倉庫、模擬分析、專家決策等技術向應用分析模塊提供各類業(yè)務服務的智能支持，包括數(shù)據(jù)倉庫、模擬分析單元和專家決策單元。其中，數(shù)據(jù)倉庫用于存儲從所述信息感知模塊獲取的各種信息，為應用分析模塊提供決策數(shù)據(jù)支持，所述模擬分析單元用于對獲取的各種污水處理信息進行智能分析和處理，所述專家決策單元用于對系統(tǒng)的運行環(huán)境進行識別、診斷、預報警并提供解決問題的策略和方法。
[0040]進一步地，數(shù)據(jù)倉庫是一個面向主題的、集成的、相對穩(wěn)定的、反映歷史變化的數(shù)據(jù)集合，用于支持管理決策；
[0041]模擬分析技術以IWA活性污泥模型(ASM1，ASM2，ASM2D和ASM3)、二沉池模型為基礎，對污水處理過程各種工況進行靜態(tài)和動態(tài)模擬，以安全運行與節(jié)能降耗為目標，探尋工藝參數(shù)優(yōu)化策略；
[0042]專家決策技術以污水處理領域?qū)＜抑R庫為基礎，采用檢索比對、推理判斷、方案選優(yōu)等決策機制，對污水處理廠運行環(huán)境進行識別、診斷、預報警等并提供一定的解決問題的策略和方法。
[0043](4)應用分析模塊
[0044]應用管理模塊是系統(tǒng)與用戶的接口，它通過利用經(jīng)過所述智能處理模塊分析處理的信息，向用戶提供特定的業(yè)務應用服務，包括遠程監(jiān)控單元、智能控制單元、業(yè)務管理單元、績效評估單元和決策支持單元。
[0045]I)遠程監(jiān)控單元
[0046]遠程監(jiān)控單元用以實現(xiàn)對污水處理廠運行過程的遠程同步的實時監(jiān)控，包括過程監(jiān)控子單元、曲線查詢子單元、運行統(tǒng)計子單元、視頻監(jiān)視子單元。它將從信息感知模塊獲取的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)集成到云計算中心污水處理過程動態(tài)模擬畫面中，實時顯示生產(chǎn)運行過程重要工藝參數(shù)和大型設備運行狀態(tài)信號，支持查詢運行趨勢曲線與運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，當發(fā)生運行異常時，及時發(fā)布預警和報警通知，并自動調(diào)取相應監(jiān)測點視頻影像，還可啟動專家決策系統(tǒng)進行風險預測分析，發(fā)揮監(jiān)控、報警、診斷聯(lián)動作用。
[0047]2)智能控制單元
[0048]智能控制單元用以實現(xiàn)對污水處理廠的整個工藝流程的智能化控制，包括進水泵站控制子單元、鼓風曝氣控制子單元、除磷加藥控制子單元。它依據(jù)從信息感知模塊獲取的污水處理過程信息，運用全流程智能控制算法模型，針對污水處理整個工藝流程特別是重點工藝單元，如進水泵站單元、鼓風曝氣單元、化學除磷單元等實施智能控制，實現(xiàn)污水處理廠的穩(wěn)定運行與節(jié)能降耗。[0049]3)業(yè)務管理單元
[0050]業(yè)務管理單元用以實現(xiàn)對污水處理廠生產(chǎn)與設備管理業(yè)務流與信息流的標準化，通過業(yè)務特征分析將信息感知模塊業(yè)務數(shù)據(jù)采集流程與作業(yè)流程相結合，實現(xiàn)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)報批、生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)工藝巡檢、生產(chǎn)運行調(diào)度、生產(chǎn)安全管理、設備資產(chǎn)管理、設備巡檢管理、設備養(yǎng)護管理、設備維修管理等各項業(yè)務從計劃制定、工單生成、工單提醒，到工單派發(fā)、回單反饋、工單審核、工單統(tǒng)計等完整作業(yè)流程的精細化、數(shù)字化管理，包括數(shù)據(jù)填報管理子單元、工藝巡查管理子單元、生產(chǎn)安全管理子單元、設備資產(chǎn)管理子單元、設備巡檢管理子單元、設備養(yǎng)護管理子單元、設備維修管理子單元。
[0051]4)績效評估單元
[0052]績效評估單元用于對污水處理廠運行績效，通過構建績效評估指標體系，應用信息感知模塊獲取的各項數(shù)據(jù)進行指標計算，評估污水處理廠運行質(zhì)量、運行效率、運行能耗等各項績效表現(xiàn)，逐層鉆取剖析問題指標影響因素，挖掘績效提升潛力與最佳途徑，輔助管理者推動污水處理廠運行管理技術水平持續(xù)向前發(fā)展；包括運行質(zhì)量評估子單元、運行效率評估子單元、運行能耗評估子單元。
[0053]5)決策支持單元
[0054]決策支持單元在信息感知模塊獲取海量監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)的基礎上，運用模擬分析、專家診斷、數(shù)據(jù)挖掘等技術向決策者提供決策支持，一方面可依據(jù)實際處理工藝構建仿真模型模擬污水處理過程，通過反復試驗找尋最優(yōu)運行方案，為管理者制定工藝運行參數(shù)調(diào)整決策方案提供理論依據(jù)；另一方面可根據(jù)污水處理工程領域內(nèi)專家經(jīng)驗和專業(yè)基礎理論構建專家知識庫，對污水處理過程中出現(xiàn)的異常狀況進行推理分析和甄別診斷，為決策者提供故障解決方案，幫助決策者不斷提高決策水平和質(zhì)量，包括工藝優(yōu)化子單元、運行診斷子單元。
[0055]此外，信息感知模塊構成污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的污水處理廠端，智能處理模塊和應用分析模塊構成系統(tǒng)的云計算中心，云計算中心是一個采用分布式計算和虛擬技術搭建的超級計算中心，通過建立網(wǎng)絡服務器集群向污水處理廠運營管理用戶提供數(shù)據(jù)存儲、分析、科學計算等基礎服務以及績效評估、決策支持等智能服務。
[0056]圖3是本發(fā)明的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的硬件結構圖。如圖3所示，在污水處理廠端設置在線數(shù)據(jù)服務器、視頻服務器和智能控制設備，分別負責信息感知模塊在線數(shù)據(jù)的緩存、視頻數(shù)據(jù)的存儲和智能控制指令的下發(fā)。在信息傳輸模塊，通過交換機將各廠端服務器與互聯(lián)網(wǎng)相聯(lián)，并在公司總部與下屬污水處理廠之間建立VPN網(wǎng)絡，采用有線或無線的通信方式，將信息感知模塊獲取的各類數(shù)據(jù)向公司總部云計算中心數(shù)據(jù)服務器傳輸。云計算中心數(shù)據(jù)服務器集群向智能處理模塊和應用管理模塊提供數(shù)據(jù)存儲、分析、科學計算等服務。
[0057]下面參考圖1、圖2、圖3，以某水務公司為例來構建污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
[0058]某水務公司總部位于安徽合肥，其下轄污水處理廠36座，分布于全國8個省市地區(qū)，總處理能力達178.38萬噸/日，服務總人口 554萬人，服務總面積649.31平方公里。水務公司在下轄各污水處理廠本地配有生產(chǎn)運行自控系統(tǒng)，在水務公司總部建有遠控中心，通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對下轄其中9座污水處理廠運行過程的遠程實時監(jiān)視?，F(xiàn)有遠控系統(tǒng)在污水處理廠運營管理過程中發(fā)揮了一定的作用。[0059]然而，隨著城市的發(fā)展與污水處理業(yè)務量的增長，現(xiàn)有系統(tǒng)逐漸暴露出缺陷與不足，主要表現(xiàn)在:
[0060](I)現(xiàn)有系統(tǒng)功能單一、不全面、不完善，僅能實現(xiàn)對污水處理廠在線數(shù)據(jù)的采集與顯示，對數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析能力薄弱，無法有效地進行決策支持；
[0061](2)系統(tǒng)采用C/S架構，安裝部署繁瑣，更新維護復雜，信息資源共享能力差；
[0062](3)主要的生產(chǎn)與設備管理業(yè)務如工藝巡檢、設備養(yǎng)護等仍采用紙質(zhì)表單流轉(zhuǎn)方式，反饋速度慢，過程監(jiān)管力弱，業(yè)務決策缺少歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)支持；
[0063](4)運行參數(shù)調(diào)節(jié)采用簡單PID控制(如時序控制、液位控制等)或人工經(jīng)驗判斷，控制算法不專業(yè)、不科學、精度低、可靠性差；
[0064](5)運行績效采用事后評估，過程指導意義不強，科學決策輔助手段應用少，事故應急能力差。
[0065]因此，需要構建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將污水處理廠各類信息進行采集、互連與共享，建立符合污水處理業(yè)務流程的標準化信息管理平臺，運用數(shù)據(jù)挖掘、模擬分析與專家診斷等先進技術手段輔助科學決策，提升污水處理廠運營管理水平。
[0066]針對上述情況，對該水務公司的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行構建，具體構建步驟如下:
[0067]步驟一，構建污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息感知模塊
[0068]對水務公司下轄36座污水處理廠實施在線監(jiān)測設備、信息采集設備、視頻監(jiān)視設備和過程控制設備的選型、布點、安裝、調(diào)試等，進行在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、基礎業(yè)務數(shù)據(jù)、視頻影像數(shù)據(jù)的采集和過程控制執(zhí)行。對于已經(jīng)具備自控系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)的污水處理廠可通過已有系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和過程控制執(zhí)行。
[0069]污水處理廠主要工藝設施包括:粗格柵間、進水泵房、細格柵間、沉砂池、生物池、二沉池、消毒池、鼓風機房、污泥泵房、加藥間、脫水機房等；其他配套設施包括:高低壓配電室、中央控制室、現(xiàn)場控制站、綜合辦公樓等。
[0070](I)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)采集
[0071]從各污水處理廠采集的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)包括:儀表檢測數(shù)據(jù)和設備運行數(shù)據(jù)。儀表檢測數(shù)據(jù)包括:流量、液位、壓力、酸堿度(pH)、化學耗氧量(CODcr)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)、懸浮物濃度(SS)、溶解氧(D0)、混合液懸浮固體濃度(MLSS)、氧化還原電位(ORP)等；設備運行數(shù)據(jù)主要包括設備啟停信號、設備報警信號等。
[0072]在污水處理廠重點位置布設在線檢測儀表，在污水處理廠進水口與出水口分別安裝流量計，在污水處理廠的進水口(進水提升泵房后)及出水口分別安裝在線水質(zhì)檢測儀表，包括PH分析儀、CODcr分析儀、NH3-N分析儀、TN/TP分析儀、SS分析儀等，在提升泵房、污泥泵房泵井安裝液位計，在鼓風機房供氣管安裝壓力計，在生物池安裝在線水質(zhì)檢測儀表，包括ORP分析儀、DO分析儀、MLSS分析儀等；
[0073]本發(fā)明僅從總體上規(guī)定了各廠需要安裝的在線檢測儀表及需要采集的數(shù)據(jù)，各污水處理廠可視處理工藝、經(jīng)濟條件等因素，適當進行調(diào)整；
[0074]采集到的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)通過污水處理廠控制網(wǎng)傳輸至污水廠在線數(shù)據(jù)服務器，再通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸至公司總部云計算中心服務器。
[0075](2)基礎業(yè)務數(shù)據(jù)采集[0076]采集的基礎業(yè)務數(shù)據(jù)主要包括:污水處理廠基礎屬性數(shù)據(jù)和業(yè)務管理數(shù)據(jù)；
[0077]利用污水處理廠辦公設備如臺式計算機、筆記本計算機等在系統(tǒng)初始階段進行污水處理廠基礎信息的錄入，包括污水處理廠的建設時間、建設規(guī)模、處理工藝、執(zhí)行標準、設施設備資產(chǎn)等，并隨時進行信息更新；
[0078]利用污水處理廠辦公設備以及其他移動終端如平板電腦、PDA、手機等定期進行污水處理廠運行數(shù)據(jù)的填報，包括化驗數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，和生產(chǎn)與設備業(yè)務管理工單信息的填報，包括生產(chǎn)巡檢信息、設備巡檢信息、設備養(yǎng)護信息、設備維修信息等；采集到的基礎業(yè)務數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)直接傳輸至公司總部云計算中心數(shù)據(jù)服務器。
[0079](3)視頻影像數(shù)據(jù)采集
[0080]采集的視頻影像數(shù)據(jù)主要包括:污水處理廠辦公樓、廠門口及周邊的實時視頻圖像和污水處理各生產(chǎn)環(huán)節(jié)現(xiàn)場及設備的實時視頻圖像；
[0081]視頻攝像機的安裝位置:污水處理廠綜合辦公樓、廠大門口、格柵間、進水泵房、生物池、二沉池、鼓風機房、脫水機房、加藥間、配電機房、控制室等；
[0082]視頻設備包括:視頻攝像機、硬盤錄像機、視頻服務器、視頻電纜、攝像機支架等；
[0083]采集到的視頻數(shù)據(jù)通過視頻電纜傳輸至污水處理廠視頻服務器，再通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸至公司總部云計算中心數(shù)據(jù)服務器。
[0084](4)過程控制指令執(zhí)行
[0085]在污水處理廠中央控制室安裝智能控制設備，用于實施污水處理全流程的智能控制。智能控制設備由核心控制器、UPS電源、支架、控制柜構成；核心控制器存儲污水處理過程智能控制算法，接收從應用管理模塊發(fā)出的控制指令，通過控制電纜向污水處理設備傳輸控制信號，控制污水處理設備運行。
[0086]步驟二，構建污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傳輸模塊
[0087]在水務公司總部與各污水處理廠之間建立VPN網(wǎng)絡，采用有線或無線的通信方式，將位于各污水處理廠端的信息感知模塊獲取的各類數(shù)據(jù)向位于公司總部的云計算中心數(shù)據(jù)服務器傳輸。
[0088]對傳輸數(shù)據(jù)進行標準化編碼與壓縮處理，以減少傳輸所占帶寬，提高傳輸效率；
[0089]采用斷網(wǎng)續(xù)傳技術作為傳輸保障機制，在數(shù)據(jù)傳輸過程中實時檢測網(wǎng)絡環(huán)境，一旦檢測到故障，將信息感知模塊獲取的數(shù)據(jù)臨時存儲于污水處理廠端本地數(shù)據(jù)服務器，待網(wǎng)絡恢復后，再一次性將緩存數(shù)據(jù)上傳至云計算中心數(shù)據(jù)服務器，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性、完整性和高效性。
[0090]步驟三，構建污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)智能模塊
[0091]對從信息感知模塊獲取的各類數(shù)據(jù)進行標準化編碼與存儲，運用數(shù)據(jù)挖掘、模型分析、專家診斷等技術向應用管理模塊各類服務提供智能支持。
[0092](I)建設數(shù)據(jù)倉庫
[0093]對從信息感知模塊獲取的各類數(shù)據(jù)進行抽取、凈化、轉(zhuǎn)換、清理與有效集成，按照應用層各單元主題的需要進行歸納整理與數(shù)據(jù)重組，以星型模型和雪花模型進行數(shù)據(jù)組織模型構建，建立面向主題的多維數(shù)據(jù)庫存儲方式，同時集成各種數(shù)據(jù)挖掘分析方法，提供海量數(shù)據(jù)快速檢索查詢與分析計算服務，為應用管理提供決策數(shù)據(jù)支持；
[0094](2)集成污水處理模型[0095]采用基于動態(tài)鏈接庫(DLL)的集成方式，將國際水協(xié)IWA活性污泥模型(ASM1，ASM2，ASM2D和ASM3)和二沉池模型與應用模塊緊密集成開發(fā)，作為污水處理過程模擬分析的基礎計算模型，為應用管理提供決策模型支持；
[0096](3)集成智能控制算法模型
[0097]集成污水處理全流程協(xié)同控制算法及單元控制算法，包括泵站動態(tài)編組控制算法、溶解氧穩(wěn)定控制算法、除磷加藥精確控制算法等，為應用管理提供決策控制算法支持；
[0098](4)集成專家知識庫
[0099]集成污水處理領域?qū)＜抑R庫，在知識庫中存放以計算機能夠接受并進行處理的符號和方式表示的專家知識、經(jīng)驗、書本知識及常識，供系統(tǒng)推理判斷和求解問題時使用，為應用管理提供決策專家支持。
[0100]模型和數(shù)據(jù)庫在系統(tǒng)建設初期創(chuàng)立，在隨后的系統(tǒng)應用過程中通過機器學習不斷修改、擴充和完善。
[0101]步驟四，構建污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應用模塊
[0102]根據(jù)污水處理廠運營管理需求構建軟件系統(tǒng)，向用戶提供特定的專業(yè)應用服務。主要建設遠程監(jiān)控單元、智能控制單元、業(yè)務管理單元、績效評估單元、決策支持單元等5個單元。
[0103](I)遠程監(jiān)控單元
[0104]通過構建遠程監(jiān)控單元，實現(xiàn)水務公司對下屬各污水處理廠運行過程的遠程同步實時監(jiān)控。主要包括過程監(jiān)控、狀態(tài)預警、曲線查詢、運行統(tǒng)計、視頻監(jiān)視等功能。
[0105]基于存儲于中心數(shù)據(jù)服務器中的各類在線監(jiān)控數(shù)據(jù)，利用WCF通訊接口服務，在污水處理過程動態(tài)模擬畫面中實時顯示在線儀表檢測數(shù)據(jù)和設備運行數(shù)據(jù)；提供報警數(shù)據(jù)在線檢測與發(fā)布；提供工藝參數(shù)運行曲線查詢；提供設備運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與查詢；利用流媒體服務器，提供視頻影像數(shù)據(jù)查詢與顯示。
[0106](2)智能控制單元
[0107]通過構建智能控制單元，實現(xiàn)對污水處理廠整個工藝流程的智能化控制。重點包括進水泵站控制、鼓風曝氣控制、除磷加藥控制等功能。
[0108]基于智能模塊中的污水處理過程智能控制算法，結合從信息感知模塊獲取的運行數(shù)據(jù)，在線分析各工藝單元運行工況，自動輸出智能控制指令，包括提升泵啟停與頻率調(diào)節(jié)指令、供氣管路閥門開度調(diào)節(jié)指令、鼓風機啟停與頻率調(diào)節(jié)指令、加藥泵頻率調(diào)節(jié)指令等，從而優(yōu)化各工藝參數(shù)運行，降低污水處理過程的物能消耗?？刂浦噶钔ㄟ^傳輸模塊下發(fā)至各污水廠內(nèi)智能控制設備，再通過控制電纜向污水處理設備傳輸控制信號，控制污水處理設備運行。
[0109](3)業(yè)務管理單元
[0110]通過構建業(yè)務管理單元，實現(xiàn)對污水處理廠生產(chǎn)與設備業(yè)務的流程化、標準化、精細化與信息化管理。主要包括數(shù)據(jù)填報管理、工藝巡檢管理、生產(chǎn)安全管理、設備資產(chǎn)管理、設備巡檢管理、設備養(yǎng)護管理、設備維修管理等功能。
[0111]數(shù)據(jù)填報管理采用數(shù)據(jù)填報、數(shù)據(jù)審批、數(shù)據(jù)上報的作業(yè)流程；工藝巡檢管理和設備巡檢、養(yǎng)護、維修管理采用計劃制定、工單生成、工單派發(fā)、回單反饋、工單審批、工單完成的作業(yè)流程。系統(tǒng)通過云計算引擎自動對業(yè)務數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總，并以分析圖表的方式進行集中展示。
[0112](4)績效評估單元
[0113]通過構建績效評估單元，實現(xiàn)對污水處理廠運行績效的綜合評估。主要包括運行質(zhì)量評估、運行效率評估、運行能耗評估等功能。
[0114]在全面考慮污水處理企業(yè)的社會效益、經(jīng)濟效益、內(nèi)部運作規(guī)范性因素下，通過績效評估單元構建基于績效評估指標體系進行評估指標值計算，生成綜合評估報告，針對各個評估主題中的問題指標采用多維分析、逐層鉆取等方式，為管理者剖析問題根本原因，分析比對績效改進方法與成本，輔助提升污水處理廠運行績效表現(xiàn)。
[0115](5)決策支持單元
[0116]通過構建決策支持單元，運用模型分析、專家診斷等先進技術為污水處理廠運營管理者提供決策輔助。主要包括:工藝優(yōu)化、運行診斷等功能。
[0117]基于智能模塊中的污水處理模型，根據(jù)污水處理廠實際處理工藝和歷史運行數(shù)據(jù)構建仿真模型，對不同工況進行靜態(tài)和動態(tài)模擬計算，通過模型驗證得到工藝參數(shù)優(yōu)化控制策略，為智能控制單元提供模型數(shù)據(jù)支持?；谥悄苣K中的專家知識庫，針對污水處理廠運行數(shù)據(jù)進行診斷分析，對運行異常進行預警，并生成故障解決方案。
[0118]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0119](I)將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于污水處理廠運營管理中，實現(xiàn)污水處理廠運行信息全部電子化收集，包括過程監(jiān)控數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、業(yè)務管理數(shù)據(jù)等，為統(tǒng)計分析與應用決策積累寶貴的數(shù)據(jù)基礎；
[0120](2)將信息流程設計與業(yè)務流程需求充分結合，實現(xiàn)系統(tǒng)應用流程標準化，是將信息系統(tǒng)服務于污水處理廠管理的一種有效模式；
[0121](3)在物聯(lián)網(wǎng)技術基礎上集成其他多項先進技術，包括模擬分析、專家診斷、數(shù)據(jù)挖掘、智能控制等，實現(xiàn)對污水處理廠多角度、深層次專業(yè)化管理，提升管理水平和決策高度。
[0122]本發(fā)明的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有全面感知、智能集成、應用開放等特征，實現(xiàn)污水處理廠信息收集、運行監(jiān)管、業(yè)務調(diào)度、決策評估一體化管理；使污水處理廠的運營管理向精細化、標準化、智能化管理方向邁進。
【權利要求】
1.一種污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)將各污水處理廠進行連接，其包括依次連接的信息感知模塊、信息傳輸模塊、智能處理模塊和應用管理模塊，其中， 信息感知模塊，用于為所述系統(tǒng)的智能處理模塊和應用管理模塊提供數(shù)據(jù)支撐，包括信息采集單元和過程控制指令執(zhí)行單元，所述信息采集單元采集和獲取系統(tǒng)中的污水處理信息，所述過程控制指令執(zhí)行單元進行實施運行過程中的智能控制； 信息傳輸模塊，從所述信息感知模塊獲取信息并將所獲取的信息傳送到所述智能處理模塊，包括獲取信息的信息獲取單元和傳輸信息的信息傳輸單元； 智能處理模塊，將從所述信息感知模塊獲取的信息進行分析處理，并為所述應用管理模塊提供智能支持； 應用管理模塊，是所述系統(tǒng)與客戶端的接口，通過經(jīng)過所述智能處理模塊分析處理的信息，向用戶提供相應的業(yè)務應用服務。
2.根據(jù)權利要求1所述的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述信息采集單元通過使用傳感設備來自動采集和獲取污水處理信息，其中，所述傳感設備包括在線監(jiān)測設備、信息采集設備、視頻監(jiān)視設備及過程控制設備，所述污水處理信息包括在線監(jiān)控數(shù)據(jù)、基礎業(yè)務數(shù)據(jù)、視頻影像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述信息傳輸單元通過VPN網(wǎng)絡，采用OPC通信協(xié)議或者SOAP通信協(xié)議進行信息傳輸，并采用數(shù)據(jù)壓縮或斷網(wǎng)續(xù)傳傳輸方法。
4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述智能處理模塊包括數(shù)據(jù)倉庫、模擬分析單元和專家決策單元，其中，所述數(shù)據(jù)倉庫用于存儲從所述信息感知模塊獲取的各種信息，為所述應用分析模塊提供決策數(shù)據(jù)支持，所述模擬分析單元用于對獲取的各種污水處理信息進行智能分析和處理，所述專家決策單元用于對系統(tǒng)的運行環(huán)境進行識別、診斷、預報警并提供解決問題的策略和方法。
5.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述應用管理模塊包括遠程監(jiān)控單元、智能控制單元、業(yè)務管理單元、績效評估單元和決策支持單元，其中所述遠程監(jiān)控單元對污水處理廠運行過程的遠程同步進行實時監(jiān)控，所述智能控制單元對污水處理廠的整個工藝流程的智能化控制，所述業(yè)務管理單元對污水處理廠的生產(chǎn)與設備業(yè)務的流程化、標準化、精細化與信息化管理，所述績效評估單元對污水處理廠的運行績效的綜合評估，以及所述決策支持單元為污水處理廠的運營管理者提供決策輔助。
6.根據(jù)權利要求5所述的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述遠程監(jiān)控單元將從所述信息感知模塊獲取的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)集成到云計算中心污水處理過程動態(tài)模擬畫面中，實時顯示生產(chǎn)運行過程的工藝參數(shù)和大型設備運行狀態(tài)信號，查詢運行趨勢曲線與運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，當發(fā)生運行異常時，發(fā)布預警和報警通知，并自動調(diào)取相應監(jiān)測點視頻影像。
7.根據(jù)權利要求5所述的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制單元依據(jù)從所述信息感知模塊獲取的污水處理過程信息，運用全流程智能控制算法模型，針對污水處理整個工藝流程實施智能控制，實現(xiàn)污水處理廠的穩(wěn)定運行與節(jié)能降耗。
8.根據(jù)權利要求5所述的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述業(yè)務管理單元進行數(shù)據(jù)填報管理、工藝巡檢管理、生產(chǎn)安全管理、設備資產(chǎn)管理、設備巡檢管理、設備養(yǎng)護管理和設備維修管理。
9.根據(jù)權 利要求5所述的污水處理廠物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述績效評估單元通過所述信息感知模塊獲取的數(shù)據(jù)進行指標計算，評估污水處理廠運行質(zhì)量、運行效率、運行能耗等各項績效表現(xiàn)。
【文檔編號】H04L29/08GK103546536SQ201310381463
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權日:2013年8月28日
【發(fā)明者】霍志華, 王浩昌, 孫艷, 趙冬泉, 李萬東 申請人:北京清控人居環(huán)境研究院有限公司