人工智能、大數據技術以及云計算的飛速發展給社會各個層面帶來巨大改變，污水處理廠按照傳統運營管理模式已經跟不上社會發展需求。污水處理廠實現自動化、智慧化、信息化、遠程監控管理已經成為必然趨勢，也順應國家推廣的“智慧環保"理念。

1項目概況及存在問題

1.1 工程概況

2016年初，港區污水處理廠進行升級改造，污水處理工藝由A/O工藝變為兩級A/O+絮凝沉淀+砂濾的深度處理工藝，出水水質由GB8978-1996《污水綜合排放標準》中的二級標準提高到GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》B標準，尾水排入渤海灣，改造后設計處理水量為600m3/天。2017年后出水水質指標執行天津市地方標準DB12/599-2015《城鎮污水處理廠污染物排放標準》。

1.2污水系統存在問題及分析

隨著環保標準不斷提升，對污水處理廠的處理效率和穩定性提出更高要求。目前，港區污水處理出水水質按天津市DB12/599-2015《城鎮污水處理廠污染物排放標準》B標準執行。在實現污水廠穩定達標的前提下降低運營成本，提高經濟效益、社會效益和環境效益，就需要提高污水廠運行管理水平。通過智慧水務平臺建設，借助新一代信息化技術及云計算等處理手段，實現污水處理廠管理模式的整體優化與提升，同時達到節能減排的目的。

目前污水處理廠采取“預處理+生化+深度處理"三級處理工藝，工藝流程如圖1所示。預處理包括粗格柵、細格柵、隔油池、調節池；二級處理包括兩級A/O生化反應池、沉淀池；三級處理包括強化沉淀池、砂濾池和中間水池等。該工藝流程長，設備儀表多，污水系統無法實現實時監控，日常管理產生大量手工報表，如工藝記錄表、現場巡檢表、化驗室報表等，工作量大且容易出現錯漏。污水處理系統問題反應滯后、響應不及時導致出水水質不穩定。基于以上問題搭建的智慧水務平臺，可提高污水廠在感知、分析、決策、執行環節的智慧化水平，提高污水處理廠運行效率與管理水平，實現過程管理的準確化與精細化，同時實現了節能降耗、穩定運行。

圖1港區污水廠工藝流程圖

2智慧平臺總體構架

建設智慧水務平臺遵循以下原則：選擇目前國內領頭的方法、技術和設備；選擇成熟的技術保證系統穩定性和數據可靠性；能夠滿足污水廠未來持續發展的需求，智慧水務平臺具有可擴展性；業務流程可進行靈活設定和調整，具有良好可維護性；系統具有可靠的安全性，能夠合理規避網絡安全風險。

通過智慧水務平臺的建設，提升污水處理廠的自控水平，自控系統應達到污水處理智能化管控能力，實現對污水系統的遠程監控、技術指導、生產調度、數據挖掘、信息發布等功能；使廠區管理由分散轉向集中，由粗放型轉向精細化和智能化，從而提高整體管理水平、降低運營成本、提高核心競爭力。

3智慧水務系統搭建

污水處理廠智慧化管理是在自動化的基礎上，通過對污水水質、水量、水壓、及在線儀表的監測，結合物聯網、大數據等技術實現實時監控、分析污水系統運行狀況，并實時傳達到各相應運維部門，實現快速反應、科學決策。智慧化水務平臺詳細分析每一個工藝單元功能，找出控制的關鍵點，通過信息化設計，搭建智慧化自控平臺。港區污水廠的自控總體架構圖如圖2所示，功能及自控平臺如圖3所示。

圖2智慧水務處理平臺架構圖

圖3智慧水務自控功能系統圖

4功能實現

智慧水務平臺的搭建解決了污水廠低效率粗放型管理模式，實現了對整個污水處理系統的實時監控與運行狀況的在線分析、設備的全生命周期管理、系統運行問題的及時反饋與應答，同時降低運營成本。

（1）智慧水務平臺的搭建能夠實時在線監控各運行單元的水質、水量變化情況，監控范圍不再局限于中控室，可實現技術人員隨時隨地掌控整個系統的運行現狀。

（2）智慧水務平臺的搭建實現了整個處理系統中設備的全生命周期管理，實時監控保證了設備問題能及時發現和維修響應，避免重大問題的發生發展，變被動發現為主動警報，同時實現任務執行痕跡追溯。

（3）智慧水務平臺的搭建實現了工藝運行的實時監控、分析和反饋，特別是針對突發事故的及時響應。例如通過對進水水質（TN、TP、COD及其敏感水質指標）的實時監控，可自動生成水質數據信息繪制數據歷史曲線圖，實現對平均值等的同比及環比分析以及與化驗數據的比對分析。也可依據對主要設備和工藝參數異常狀態的警報管理及時將不合格進水切換進事故池，以避免沖擊整個污水處理系統。

（4）智慧水務平臺的搭建實現了污水處理系統的節能降耗，通過對水質、水量、監測數據與泵、鼓風機及加藥系統的信號聯動管理，實現了準確曝氣的風機控制系統、營養鹽及其他藥劑的準確控制加藥系統、準確的污泥齡優化及排泥系統等。智慧平臺的建設實現了各子系統功能的優化，達到了節能降耗的目的。例如，通過智慧平臺對進水TN、TP及COD等數據的實時監控，利用模型的分析計算實現營養鹽加藥量的準確投加，不但節能降耗，同時保障了生化系統的穩定運行。

（5）智慧水務平臺的搭建優化、簡化、智能化綜合生產管理，包括值班管理、巡檢管理、報表管理和庫存管理。智慧平臺能夠自動生成視圖版排班計劃，對班組人員的管理更加直觀方便。在線自動生成巡檢計劃和巡檢任務，巡檢過程發現的異常問題可通過文字、視頻、圖片的形式及時上報；自動生成如水質、水量、能耗、設備情況的報表，降低人工投入和人為誤差；具備倉庫物料查詢、入庫、出庫、調拔、盤點等功能，實現倉庫物料的全生命周期管理。

（6）智慧水務平臺的搭建實現了設備的全生命周期管理，包括設備檔案、設備維修、設備保養都可通過智慧平臺快速獲取相關數據和信息

（7）智慧水務平臺的搭建可實現污水廠員工的考勤及績效管理，領導可據此合理安排員工的工作量，自動生成績效考核數據，支持績效的多個維度統計分析。

（8）智慧水務平臺提供了包括安全檢查、安全培訓、應急事件、安全文檔等一整套安全管理體系，實現了對整個污水廠的智能化安全管理。

（9）智慧水務平臺的移動App可實現污水廠運營管控的大部分功能，App端生產人員通過視頻通話+增強現實標記的方式實現遠程求助技術支持。通過圖像識別和AR技術對污水廠主要實景設備和工藝節點實現數據信息疊加（如設備基本信息、維修狀況、監測數據、警報信息等）。

5 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

5.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

5.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統

5.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常警報等數據。

5.4.2電能質量監測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

5.4.3電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測和警報。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

5.4.4能耗管理

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

5.4.5智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

5.4.6電氣安全

①電氣火災監測：監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

②消防應急照明和疏散指示：根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

③消防設備電源監測：監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

④防火門監控系統：防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出警報信號，能指示警報部位并保存警報信息，保障了電氣安全的可靠性。

5.4.7 環境監測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

5.4.8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

5.4.9工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

6 相關平臺部署硬件選型清單

7結語

搭建智慧水務管理系統的污水廠與傳統污水廠相比，在工作方式、工藝控制和運營成本等方面具有較大優勢。污水廠的儀表實時監控數據、化驗數據、設備運行實時狀態及視頻監控實時采集并上傳至智慧水務平臺，借助大數據技術、先進的計算機與通信技術，可實時掌握污水廠生產運營實際狀態，并可隨時調取各環節歷史數據，及時了解能耗、藥劑消耗及倉庫物質等情況。不但提高了污水廠的管理效率，增強了整個污水系統運行的穩定性，同時實現了節能降耗的綠色環保目標。項目實施后，污水廠出水水質得到有效保障，管理水平大幅提升，帶來了顯著的經濟效益和社會效益。

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