◎王徽

乡镇污水处理设施建设是现阶段农村环境整治与保护的重要基础工程之一，在全国范围内的县城、重点镇全面建设起来。然而农村、乡镇生活污水普遍存在数量多、分布广、规模小，分散广等特点，污水处理厂跨地域大，人力、时间、费用消耗严重，整体运营效率低、缺乏有效监管及运行模式粗放。本文分析了乡镇污水处理智慧云管控系统的设计与应用，希望能够确保乡镇污水处理系统科学、高效、安全、智慧运行。

一、智慧云管控系统功能设计

集中管控云平台围绕污水处理运营管控、智能分析服务、信息共享服务等管理需求，针对工艺监测、能源管控、消防管理、安防管理、网络管理、设备运维管理、数据存储、数据分析、数据仿真、智能运营决策支持、污水行业供应商管理、设备价格体系管理、政策与法规管理、技术管理、商业化交易等服务功能，为污水处理企业提供智能化、专业化的综合管理服务，促进污水处理企业的信息化水平提升，设备、工艺工序的持续优化升级，综合管理水平优化升级、降低企业运营成本，提高企业管理水平，同时为政府监管部门制定合理的政策、法规提供数据支撑。整个项目的总体架构见下图所示。

图1 项目总体框架图

集中管控云平台是以底层实际生产数据为基础，结合智慧的分析、管理平台，实现从生产至管理再到信息共享最后应用于生产的理念。如下图所示：

图2 公共服务平台理念拓扑图

如上图所示，各污水处理厂数据采集至污水治理集中管控云平台，经过智能分析处理，对生产控制系统进行优化，应用于实际生产指导；通过虚拟仿真系统，模拟现场污水处理生产过程，应用于人员岗前培训、考核等；生产智能模块、技术经验、政策法规、贸易信息等通过信息共享平台的整合，服务于各个污水处理厂。

二、建设方案

集中管控云平台主要分为污水处理集中运营管控平台、污水处理智能分析服务平台、污水处理信息共享服务平台及全局子系统四部分。

1.污水处理集中管控平台。污水处理集中运营管控平台是污水治理集中管控云平台的基础，分为在线监测子系统、能源管理子系统、消防管理子系统、安防管理子系统、网络管理子系统、设备管理运维子系统、数据存储管理子系统七大子系统。在线监测子系统主要针对污水处理生产工艺中使用的压力、温度变送器、流量计、电动阀门、变频器、水质分析仪等设备，进行集中的数据采集与控制。能源管控子系统主要针对污水处理厂中的工艺设备、暖通、照明、机房等设备以及平台数据中心相关设备，耗能情况进行集中的数据采集与控制。消防管理子系统主要针对污水处理厂涉及消防的消防控制器、烟感、温感、压力变送器、电动阀门、消防泵、声光报警器等设备，以及平台数据中心相关设备，进行集中的数据采集与控制。安防子系统主要针对污水处理厂包括视频设备、门禁、入侵检测、声光报警器等设备，以及平台数据中心相关设备，进行集中的数据采集与控制。网络管理子系统主要针对污水处理厂数据从底层设备到公共服务平台用到的所有网络设备交换机、路由器、4G终端、服务器、工作站、DCS/PLC控制器、变频器、RS 485通讯设备等设备，进行集中的设备运行状态监测。设备管理运维子系统主要针对污水处理厂从感知层设备到公共服务平台用到的所有硬件设备，设备品牌、型号、开始使用时间、质保到期时间、联系人、设备运行时间、上一次维护时间-维护人、下一次维护时间-维护人等信息，进行集中的设备管理与维护。数据存储子系统主要针对污水治理集中管控云平台实时数据中心部署的存储策略，冗余磁盘阵列挂载在主备冗余实时服务器上，实时服务器周期性自动推送历史数据到磁盘阵列进行归档，磁盘阵列支持归档历史数据在线解压查询、历史数据趋势查询，支持 Raid0、1、5、6、10、50、60 多种阵列模式。

生产过程中使用的传感器、分析仪器、自控设备、能耗设备、消防设备、安防设备、网络设备等，通过专业的过程控制系统DCS/PLC进行数据集中，利用运营商网络采用IPSec VPN数据验证加密的方式将数据传送至污水治理集中管控云平台。平台为污水处理企业提供专业的人机交互界面，用于查看现场实时生产数据、能耗数据、网络信息、维护信息、报警信息、数据统计、导出报表等，支持在权限允许范围内远程操控现场设备，支持Web、APP等多种形式的数据访问。在污水处理厂控制室配备两台服务器、两台工作站，可实现站内控制系统的本地操作控制，保证了在网络中断或故障情况下，仍然具备持续生产能力，提高了系统可靠性、稳定性。网络恢复正常后，污水治理集中管控云平台自动从现场服务器中将断网期间缺失的数据取回，保证数据完整性。

2.污水处理智能分析服务平台。污水处理智能分析服务平台是污水治理集中管控云平台的核心，是平台智能化的大脑。主要包括中间数据库数据采集子系统、污水行业数据仿真子系统、数据智能分析、数据预测子系统、智能运营决策支持子系统、数据存储子系统五大子系统。平台架构如下图所示：

图3 智能分析服务平台物理架构

中间数据库数据采集子系统是污水处理智能分析服务平台的基础，作为实时数据库的镜像数据库，确保所有应用软件、大数据分析均在中间数据库中进行，保障实时生产数据安全。中间数据库为平台数据分析、数据仿真系统、数据应用软件提供数据支持。中间数据库数据采集子系统利用 DDE、SQL、ODBC、OPC、Oracle Golden Gate等接口技术手段，实现与实时服务器中实时数据毫秒级同步，提供丰富的API第三方编程接口。污水行业数据仿真子系统以中间数据库数据为基础，针对污水处理过程各个工艺流程及全站污水处理工艺进行模拟仿真，开发智能化软件程序，达到展示学习、岗前培训、考核的实用性效果。数据智能分析、数据预测子系统以大数据分析为基础，实现生产数据智能分析、数据预测、数据智能预警功能，包括经验值提取、生产实时在线预测、能耗预测、数据异常预警、生产预测告警等智能运营决策支持子系统偏重于为污水处理的生产过程提供实用性指导。通过大数据分析对污水处理关键工艺建模，在线实时数据周期性导入验证，实现系统生产工艺改进与优化、生产工艺控制参数智能优化、生产系统节能降耗智能优化，可定制决策数据内容、自定义周期推送等数据存储子系统主要针对污水治理集中管控云平台中间数据库数据中心部署的存储策略，冗余磁盘阵列挂载在主备冗余中间数据库服务器上，中间数据库服务器周期性自动推送历史数据到磁盘阵列进行归档，磁盘阵列支持归档历史数据在线解压查询、历史数据趋势查询，支持 Raid0、1、5、6、10、50、60多种阵列模式。

3.污水处理信息共享服务平台。污水处理信息共享服务平台以互联网大数据与行业信息整合为基础，为各乡镇污水处理厂提供与污水处理行业相关的综合性服务平台。主要包括行业供应商管理子系统、行业设备价格体系管理子系统、行业政策与法规管理子系统、行业技术管理子系统、行业商业化交易子系统五大子系统。平台架构如下图所示：

图4 信息共享服务平台框架图

行业供应商管理子系统为污水处理企业提供行业内供应商查询、分析对比等信息服务。主要包括常用供应商名录、核心产品信息、历史供货项目信息、联系人信息、各供应商产品优劣对比信息等。行业设备价格体系管理子系统为污水处理企业提供行业内常用设备选型、成本预算、分析对比等信息服务。包括设备价格对比、设备市场占有率、用户反馈信息等。行业政策与法规管理子系统为污水处理企业提供行业内政策与法规信息服务。主要包括行业最新政策与法规信息推送服务、行业现行政策与法规信息查询服务、行业政策与法规走向分析服务等行业技术管理子系统为污水处理企业提供行业内关键技术信息服务。主要包括行业成熟技术案例查询、行业内常用技术手段对比分析、行业前沿技术推送服务等行业商业化交易管理子系统为污水处理企业商业化交易提供服务平台。建立标准化交易流程、平台交易信息库及售后服务信息库。

4.全局子系统。全局子系统主要包括用户管理子系统和移动终端运营管理子系统两大部分。为用户提供统一的平台整合利用。

用户管理子系统主要功能包括系统用户管理、系统消息管理、系统权限管理，系统用户管理为三大核心系统平台提供统一的用户管理；系统消息管理提供消息推送、个性化消息定制、用户系统登录、操作记录查询等服务；系统权限管理用于平台统一的用户权限管理、操作权限设定等服务；移动终端运营管理子系统主要功能包括基于手机、平板的APP应用，电脑端Web发布的在线实时生产数据移动端远程查看；基于时间查询、曲线对比的历史数据曲线查询；定制报表、报表导出；预警值设定、报警信息屏蔽等用户个性化设定。

三、结束语

综上所述，针对乡镇污水处理站数量多、分布广、数量小等特点，本文提出了乡镇污水处理智慧云管控系统的功能设计，并据此详细论述了智慧云管控系统的建设方案，从污水处理集中运营管控平台、污水处理智能分析服务平台、污水处理信息共享服务平台及全局子系统四部分详细阐述了系统的建设内容。在系统的建设过程中充分利用互联网、物联网、人工智能等新一代信息技术，对各污水处理厂站进行集中管控，实现乡村污水处理专业化、站区看守无人化、人员管理规范化、运营管理智能化、响应机制快速化。