基于私有云平臺(tái)的地下污水處理廠智慧綜合管控系統(tǒng)方案分析

趙瑜伯，王秀梅，張慶慶，王弘揚(yáng)，郭亮亮

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所有限公司，北京 100120）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展、工業(yè)生產(chǎn)能力激增，城市廢水排放量呈快速逐年上升態(tài)勢，污水處理已經(jīng)成為環(huán)境治理的重中之重。國家在“十二五”規(guī)劃中對城鎮(zhèn)污水處理提出了更高要求，強(qiáng)調(diào)污水處理自動(dòng)化、信息互聯(lián)化及智能工業(yè)化技術(shù)的發(fā)展，在“十四五”規(guī)劃中，又進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了污水處理廠的智慧化轉(zhuǎn)型。

中國的污水處理行業(yè)經(jīng)過40余年的建設(shè)與發(fā)展，現(xiàn)在擁有全球規(guī)模最大的市政廢水基礎(chǔ)設(shè)施，截至2020年我國污水年處理量增至556億立方米，污水處理率提高至97.86%。近年來的污水處理廠更多地采用地下箱體模式，對人員設(shè)備安全、自動(dòng)化水平提升、系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行提出了更高的要求。同時(shí)，污水廠管控也從單廠管控向集團(tuán)化管控轉(zhuǎn)變。針對這些變化，本文將著眼于信息融合和智慧化管控，全面闡述地下污水處理廠智慧綜合管控系統(tǒng)的構(gòu)建與配置。

1 從“自動(dòng)化”邁向“智慧化”

二十世紀(jì)九十年代是中國污水處理廠大規(guī)模建設(shè)階段，當(dāng)時(shí)的污水處理廠建設(shè)追求的是“自動(dòng)化”，將更多的工作重心和技術(shù)關(guān)注點(diǎn)放在了工藝設(shè)備自動(dòng)化控制方面，著眼于工藝優(yōu)化提升出水水質(zhì)、提高生產(chǎn)效率。隨著工業(yè)4.0在中國的落地和推廣，中國制造業(yè)從電氣化、信息化向著智能化、智慧化轉(zhuǎn)型，污水處理行業(yè)也隨之從單一污水廠的自動(dòng)化監(jiān)控向以水務(wù)集團(tuán)或整個(gè)地區(qū)為單位的智慧化水廠集群式管控的智慧水務(wù)模式進(jìn)發(fā)。

傳統(tǒng)的污水處理廠通常在中央控制室設(shè)置數(shù)據(jù)服務(wù)器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，它們通過廠區(qū)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與多個(gè)現(xiàn)地控制單元PLC的數(shù)據(jù)通訊，并通過SCADA監(jiān)控組態(tài)軟件將現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和工藝參數(shù)實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控畫面中，操作員可通過畫面中的功能按鍵或輸入域?qū)⑸a(chǎn)控制指令下達(dá)到具體的現(xiàn)場工藝設(shè)備，還可根據(jù)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)生成工藝參數(shù)趨勢圖、生產(chǎn)報(bào)表、故障報(bào)警等信息。這套自控系統(tǒng)基于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，與廠內(nèi)的辦公系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、資源和運(yùn)營管理系統(tǒng)等其它功能子系統(tǒng)保持著相對獨(dú)立、各自運(yùn)行的狀態(tài)。一些需要跨系統(tǒng)交互的數(shù)據(jù)，通常要經(jīng)過各部門相關(guān)技術(shù)人員的手工轉(zhuǎn)換，變?yōu)橥ㄓ玫募堎|(zhì)或電子文檔傳遞，協(xié)同性差、效率低。單個(gè)污水廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)處于“孤島”狀態(tài)，不支持遠(yuǎn)程訪問，無法與集團(tuán)或地區(qū)的水務(wù)集控監(jiān)管平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)整合分析、輔助整體決策等全區(qū)域?qū)用娴墓芸毓δ堋?/p>

智慧水廠就是要吸納大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)，從集團(tuán)化甚至全地區(qū)的角度去考慮污水處理廠的系統(tǒng)建設(shè)，將工藝設(shè)備監(jiān)控、資源管理、人員管理、生產(chǎn)運(yùn)營、安全防護(hù)等多個(gè)子系統(tǒng)均構(gòu)建于一個(gè)統(tǒng)一的私有云平臺(tái)上，通過對多源數(shù)據(jù)的整合、處理及分析實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息融合，使污水廠內(nèi)部各類信息可高度共享、高效交互、可綜合分析與管理，并為本區(qū)域智慧水務(wù)集中監(jiān)管平臺(tái)提供云端大數(shù)據(jù)儲(chǔ)備。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

地下污水處理廠智慧綜合管控系統(tǒng)從信息架構(gòu)角度自下而上橫向分為四層：感知控制層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、平臺(tái)層、智慧應(yīng)用層，從系統(tǒng)功能上縱向分為自動(dòng)化監(jiān)控、智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)（含視頻監(jiān)控和入侵報(bào)警系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、智能語音系統(tǒng)、無線對講系統(tǒng)、智能巡更系統(tǒng)等）、智慧化運(yùn)營管理系統(tǒng)（含無線信號覆蓋、人員定位、移動(dòng)應(yīng)用和信息管理系統(tǒng)）。如圖1所示：

圖1 地下污水處理廠智慧管控系統(tǒng)架構(gòu)

感知層作為整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)中的設(shè)備基礎(chǔ)層，包括現(xiàn)場PLC控制站、監(jiān)測儀表、受控成套設(shè)備、視頻安防系統(tǒng)及其它功能子系統(tǒng)的前端設(shè)備等，主要功能是執(zhí)行生產(chǎn)指令、完成生產(chǎn)任務(wù)、采集數(shù)據(jù)、獲取信息。

網(wǎng)絡(luò)通訊層以工業(yè)以太網(wǎng)和辦公以太網(wǎng)相融合的方式將現(xiàn)場感知設(shè)備與數(shù)據(jù)管理平臺(tái)設(shè)備連接起來，輔之以無線通訊網(wǎng)絡(luò)，形成一個(gè)覆蓋全廠的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，為全廠的信息交互提供傳輸通道。

平臺(tái)層是數(shù)據(jù)處理、存檔、管理、分析的功能層，也是整個(gè)智慧綜合管控系統(tǒng)的核心層。該層的設(shè)備配置方案可根據(jù)水廠數(shù)據(jù)規(guī)模和需求選擇：1）多服務(wù)器+客戶機(jī)配置模式、2）容錯(cuò)服務(wù)器+客戶機(jī)模式、3）私有云平臺(tái)虛擬機(jī)模式。容錯(cuò)服務(wù)器模式的重點(diǎn)在于通過硬件全冗余實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容錯(cuò)，而私有云平臺(tái)更關(guān)注多系統(tǒng)信息融合。私有云平臺(tái)也可通過部署虛擬機(jī)容錯(cuò)，但這屬于軟容錯(cuò)。

智慧應(yīng)用層是在平臺(tái)層完成整個(gè)污水廠數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)搭建的基礎(chǔ)上建立起來的、向用戶提供應(yīng)用服務(wù)的功能層。應(yīng)用層主要分為三個(gè)功能模塊：1）基于PLC和監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)自動(dòng)化監(jiān)控；2）基于視頻監(jiān)控和入侵報(bào)警、廣播、無線對講、門禁和智能語音、電子巡更等多源化感知設(shè)備的智能綜合監(jiān)控平臺(tái)；3）基于高精度人員定位、移動(dòng)APP應(yīng)用、多系統(tǒng)信息集成的智慧運(yùn)營管理平臺(tái)。

上述系統(tǒng)架構(gòu)將自動(dòng)化、信息化、智能化融合在一起，形成一個(gè)智慧綜合管控體系，實(shí)現(xiàn)污水處理廠少人或無人值守、智慧化管理運(yùn)營的目標(biāo)。

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

在整個(gè)污水處理廠智慧綜合管控系統(tǒng)架構(gòu)過程中，我們始終遵循的中心思想是一切要為信息“共享”與“協(xié)同”服務(wù)，這是因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)污水廠智慧化運(yùn)營的目標(biāo)，系統(tǒng)信息融合是一個(gè)核心任務(wù)。系統(tǒng)信息融合是建立在網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通的基礎(chǔ)上的，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是系統(tǒng)信息融合的數(shù)據(jù)通路，是整個(gè)系統(tǒng)的“骨骼”。智慧綜合管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 地下污水處理廠智慧化管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為三層：

第一層：信息層，是指中央監(jiān)控管理設(shè)備與系統(tǒng)核心交換機(jī)之間的星型網(wǎng)絡(luò)。本圖中配置的軟硬件一體化私有云平臺(tái)虛擬出了多臺(tái)不同功能的服務(wù)器和監(jiān)控客戶端，并由瘦客戶機(jī)作為這些虛擬機(jī)的人機(jī)交互終端，通過系統(tǒng)核心交換機(jī)彼此聯(lián)通構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)信息層。該層為1000M快速以太網(wǎng)，傳輸介質(zhì)采用屏蔽雙絞線。

第二層：控制層為環(huán)形拓?fù)洌锌厥冶O(jiān)控計(jì)算機(jī)和各現(xiàn)場控制站PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)連接。考慮到控制層網(wǎng)絡(luò)斷網(wǎng)將直接導(dǎo)致水廠生產(chǎn)中斷以及地下水廠網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和故障排查相對不便，在控制層采用冗余雙環(huán)結(jié)構(gòu)來提升網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通的可靠性。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的單環(huán)光纖以太網(wǎng)也屬于控制層網(wǎng)絡(luò)，它將分布在廠區(qū)室內(nèi)外的視頻攝像機(jī)通過本地環(huán)網(wǎng)交換機(jī)彼此聯(lián)通?？刂茖訂?雙環(huán)網(wǎng)通訊速率為1000M、通訊介質(zhì)為單模光纖。

第三層：設(shè)備層，由現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)及智能儀表組成，根據(jù)具體設(shè)備的接口情況可選擇采用工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、串口等通信方式與本地控制單元進(jìn)行通信。

這種分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使生產(chǎn)過程中的信息能夠?qū)崟r(shí)集中到區(qū)域主控制器，當(dāng)其他區(qū)域發(fā)生故障時(shí)不影響本區(qū)域設(shè)備的現(xiàn)地運(yùn)行，使得控制危險(xiǎn)分散，提高系統(tǒng)可靠性。同時(shí)，各區(qū)域信息經(jīng)本地主控制站的整合傳送至上位監(jiān)控設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)信息集中管理以便遠(yuǎn)程對整個(gè)水廠進(jìn)行整體操作、管理和優(yōu)化。

除有線網(wǎng)絡(luò)的搭建之外，在污水廠地下箱體區(qū)域還應(yīng)布置移動(dòng)信號和WIFI信號的全區(qū)域覆蓋。另外，地下箱體空間封閉、管廊交錯(cuò)，導(dǎo)致人員迷失和毒害氣體聚積危險(xiǎn)系數(shù)增加，因此應(yīng)配置高精度人員定位系統(tǒng)。相較于藍(lán)牙、WiFi、RFID等定位方案，基于UWB無線高精定位技術(shù)的人員定位系統(tǒng)具有高精度（可達(dá)±10cm）、基站覆蓋半徑大（大于100米）、實(shí)時(shí)性好、低輻射、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，非常適用于地下污水處理廠這一特殊環(huán)境。

4 私有云平臺(tái)的建立

私有云平臺(tái)是整個(gè)平臺(tái)層的核心，它為污水處理廠智慧綜合管控系統(tǒng)提供一個(gè)處于防火墻之后的專有云環(huán)境，通過內(nèi)部操作建立數(shù)據(jù)中心，能夠更好地控制計(jì)算資源，方便地自定義資源，滿足污水廠特定的需求。私有云平臺(tái)是一個(gè)軟硬件一體化的系統(tǒng)，它允許多個(gè)用戶桌面以虛擬機(jī)的形式獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)共享CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)連接和存儲(chǔ)器等底層物理硬件資源。這種架構(gòu)將用戶彼此隔離開來，使每位用戶都擁有自己的操作系統(tǒng)，確保每個(gè)用戶的功能個(gè)性化，于此同時(shí)，可以對桌面實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的管控和高效集中運(yùn)維。

從圖3可見，私有云平臺(tái)的硬件環(huán)境由超融合模式的多臺(tái)服務(wù)器和瘦客戶機(jī)搭建，圖中配置了4臺(tái)服務(wù)器分別執(zhí)行生產(chǎn)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)管理、信息管理和綜合監(jiān)控管理的功能，服務(wù)器和虛擬客戶機(jī)配置了對應(yīng)的瘦機(jī)作為訪問終端。私有云平臺(tái)上可運(yùn)行VMware或其它平臺(tái)軟件來完成虛擬機(jī)定義及管理。

圖3 地下污水處理廠智慧管控系統(tǒng)私有云架構(gòu)示意圖

污水處理廠私有云平臺(tái)采用ServerSAN這種主流存儲(chǔ)虛擬化方案，用大硬盤服務(wù)器代替磁盤陣列等專用存儲(chǔ)設(shè)備，將服務(wù)器硬盤存儲(chǔ)空間作為共享存儲(chǔ)資源池向云平臺(tái)各虛擬客戶機(jī)提供類似Server/Client模式的存儲(chǔ)服務(wù)。

私有云平臺(tái)系統(tǒng)軟件可實(shí)現(xiàn)服務(wù)器管理、用戶管理、虛擬桌面部署、虛擬服務(wù)器部署、實(shí)時(shí)運(yùn)行管理等功能。

一體化云平臺(tái)的虛擬桌面模板可以支持同時(shí)封裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的運(yùn)行狀態(tài)，并且運(yùn)營人員可以隨時(shí)隨地根據(jù)已保存好的模板，將此模板進(jìn)行批量發(fā)布，并且可以確保所有桌面具備相同的桌面與應(yīng)用程序運(yùn)行狀態(tài)。

平臺(tái)軟件還提供簡單一體化的管理門戶將所有管理功能集成在一個(gè)統(tǒng)一的控制臺(tái)中進(jìn)行，每臺(tái)私有云平臺(tái)服務(wù)器都在管理員門戶中可見，系統(tǒng)管理員可以查看其使用統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)空間消耗、后臺(tái)進(jìn)程、當(dāng)前運(yùn)行的虛擬桌面及其它更多的系統(tǒng)管理信息。系統(tǒng)管理員可以基于虛機(jī)模板創(chuàng)建新的虛機(jī)(VirtualMachines)，能夠調(diào)整其內(nèi)存使用、附加磁盤和共享文件夾、觀察使用統(tǒng)計(jì)以及其他更多的虛機(jī)管理信息。超級用戶可以重新分配已有的虛機(jī)給新的使用者，甚至觀察虛機(jī)內(nèi)部發(fā)生的情況。

私有云平臺(tái)集成了私有云網(wǎng)盤功能，通過該功能，水廠各部門間可快速進(jìn)行文件交換、文件分享、多用戶文件協(xié)作等功能，提高辦公效率，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)同。

5 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

地下污水處理廠全部位于地下封閉式箱體內(nèi)，特殊的環(huán)境條件要求其自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)必須具備高技術(shù)可靠性、高運(yùn)行穩(wěn)定性、設(shè)備易維護(hù)性、系統(tǒng)易操作性及完善的人員安全保障。因此，地下污水處理廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在硬件配置上需要強(qiáng)調(diào)以下特征：1）PLC主站采用冗余CPU配置；2）所有PLC模塊選用帶有防腐涂層的產(chǎn)品；3）網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)均做冗余配置；4）主干雙環(huán)網(wǎng)和現(xiàn)地單環(huán)網(wǎng)構(gòu)成以太網(wǎng)“一網(wǎng)到底”的控制網(wǎng)絡(luò)（參見圖2）；5）配置智能巡檢機(jī)器人，對封閉式生物反應(yīng)池進(jìn)行環(huán)境參數(shù)和曝氣狀態(tài)的視頻采集，并可與自控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

地下污水處理廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的軟件配置特征為：1）采用Server/Client模式的上位監(jiān)控組態(tài)軟件配置，生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)于服務(wù)器的組態(tài)軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，各操作員站監(jiān)控畫面的數(shù)據(jù)來源于服務(wù)器I/O Server而非本地；2）上位監(jiān)控組態(tài)軟件配置WEB發(fā)布功能，具有訪問權(quán)限的辦公室計(jì)算機(jī)或移動(dòng)終端可以通過網(wǎng)頁瀏覽實(shí)時(shí)的生產(chǎn)狀況；3）數(shù)據(jù)服務(wù)器中配置工業(yè)實(shí)時(shí)/歷史Historian數(shù)據(jù)庫，將上位組態(tài)軟件中采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為歷史數(shù)據(jù)以備生產(chǎn)管理長期數(shù)據(jù)回溯、檢索查詢、報(bào)表統(tǒng)計(jì)；4）系統(tǒng)應(yīng)用軟件編程要考慮兩個(gè)方面：一部分是本系統(tǒng)所需的生產(chǎn)信息監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)，另一部分是與上層信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互所需的數(shù)據(jù)接口定義與規(guī)范，要根據(jù)上層數(shù)據(jù)庫的需求提供WEB SERVICE、XML、OPC、ODBC等多種接口方式。

6 智能綜合監(jiān)控平臺(tái)

地下污水處理廠智能綜合監(jiān)控平臺(tái)是自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的重要補(bǔ)充。它拓展了自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)觀察、控制手段的廣度，通過視頻探知、安全探知（火災(zāi)探測、入侵探測、門禁）等新的觀察手段，增加自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性、可靠性，并通過視頻畫面、聲音光亮（語音、聲光報(bào)警器）等，展示探知的結(jié)果。

地下污水處理廠智能綜合監(jiān)控平臺(tái)包括視頻監(jiān)控和入侵報(bào)警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、智能語音系統(tǒng)、無線對講系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)將信息匯總到智能綜合監(jiān)控平臺(tái)，在該共用平臺(tái)下進(jìn)行自動(dòng)聯(lián)動(dòng)、集中控制和統(tǒng)一管理。平臺(tái)通過對各子系統(tǒng)的信息進(jìn)行綜合分析來實(shí)現(xiàn)針對不同場景的多系統(tǒng)協(xié)同響應(yīng)。

地下污水處理廠智能綜合監(jiān)控平臺(tái)具有如下特征：

1）各功能子系統(tǒng)的高度融合：子系統(tǒng)被視為平臺(tái)功能模塊，通過平臺(tái)統(tǒng)一管理實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)行，達(dá)成各系統(tǒng)信息融合，最終改變子系統(tǒng)“信息孤島”的狀態(tài)。平臺(tái)對各子系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理、集中存儲(chǔ)，通過KEY值關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)一處錄入多處使用。

2）智能化的運(yùn)行管理：平臺(tái)對操作員提供一站式運(yùn)行管理服務(wù)，操作員可實(shí)時(shí)獲知系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)提示信息高效定位并解決問題，保障整個(gè)平臺(tái)的正常運(yùn)行。

3）智能化的擴(kuò)展：平臺(tái)基于模塊化設(shè)計(jì)，新的子系統(tǒng)可插接式接入，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜項(xiàng)目的便捷搭建，避免以往各子系統(tǒng)分別設(shè)置自己的服務(wù)器或主控計(jì)算機(jī)、各自運(yùn)行子系統(tǒng)管理軟件的冗雜情況，使一線人員的監(jiān)控工作變得簡捷明了。

4）智能化的應(yīng)用：安防產(chǎn)品“智能化”的概念提出多年，傳統(tǒng)的圖像識(shí)別和圖像處理算法仍然存在著識(shí)別準(zhǔn)確率低、環(huán)境適應(yīng)性差、識(shí)別種類少等問題，嚴(yán)重限制了智能應(yīng)用的普及。污水處理廠智能綜合監(jiān)控平臺(tái)以各類功能與應(yīng)用整合和集成為核心，實(shí)現(xiàn)單純的圖像監(jiān)控向基于深度學(xué)習(xí)算法的車牌識(shí)別、人臉識(shí)別、音頻識(shí)別等智能應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛拓展與延伸。

5）開放的對接模式：本平臺(tái)基于軟件集成框架和統(tǒng)一規(guī)范，通過Web Service及http接口提供基礎(chǔ)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用接口的開放，支持第三方應(yīng)用快速集成，接口遵循RESTful規(guī)范。平臺(tái)通過動(dòng)態(tài)新增設(shè)備接入驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對第三方設(shè)備的接入，為多品牌、多品種的監(jiān)控設(shè)備集成提供了非常順暢的資源交互環(huán)境。

7 智慧運(yùn)營管理平臺(tái)

污水處理廠智慧運(yùn)營管理平臺(tái)是建立在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，它通過對廠內(nèi)各個(gè)功能子系統(tǒng)集成到私有云平臺(tái)的大量多源化數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)分析處理，做出相應(yīng)的輔助決策建議，使整個(gè)生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程達(dá)到“智慧”狀態(tài)。

生產(chǎn)控制前端感知設(shè)備是運(yùn)營平臺(tái)信息數(shù)據(jù)來源的主要入口，數(shù)據(jù)感知包含污水處理廠內(nèi)各種在線儀表、設(shè)備、傳感器、攝像頭、RFID、設(shè)備二維碼銘牌等數(shù)據(jù)，通過PLC硬件和工控軟件可進(jìn)行設(shè)備的集中監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集基于MIC（移動(dòng)+互聯(lián)+云計(jì)算）技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，利用智能通訊網(wǎng)關(guān)將廠站內(nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)按照工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)接入標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接入。采集后數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在私有云數(shù)據(jù)中心，可通過客戶端的訪問提供各種數(shù)據(jù)應(yīng)用及服務(wù)支持。

平臺(tái)運(yùn)營管理功能可根據(jù)不同權(quán)限的用戶、按不同場景劃分提供多種應(yīng)用及服務(wù)，包括生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)趨勢分析、統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成、設(shè)備資產(chǎn)管理、巡檢、維修養(yǎng)護(hù)、辦公流程審批等功能。同時(shí)也可集成視頻監(jiān)控、電子門禁、人員定位等系統(tǒng)進(jìn)行資源整合，提升整廠安防能力。

平臺(tái)可通過大量積累生產(chǎn)運(yùn)行、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)深入挖掘各類數(shù)據(jù)間的關(guān)系，合理利用數(shù)據(jù)，發(fā)掘數(shù)據(jù)潛在的價(jià)值。決策支持層可為管理層運(yùn)營提供科學(xué)的輔助決策支持，從而實(shí)現(xiàn)污水處理廠的智慧化運(yùn)營。

平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)如圖4所示：

圖4 智慧運(yùn)營管理平臺(tái)框架結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)框架自上而下主要分成三個(gè)層級：1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與服務(wù)層：數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行管理與數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)；應(yīng)用程序的發(fā)布，包括計(jì)算機(jī)端的管理程序的運(yùn)行與發(fā)布、WEB程序運(yùn)行與發(fā)布、移動(dòng)端的APP程序發(fā)布、微信小程序的運(yùn)行與發(fā)布；數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及系統(tǒng)容錯(cuò)的管理；2）系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)層：業(yè)務(wù)功能的管理，包括設(shè)備檔案、設(shè)備點(diǎn)巡檢、設(shè)備維保管理、報(bào)警事件管理、消息發(fā)布、報(bào)表管理與查詢統(tǒng)計(jì)輸出等；基礎(chǔ)功能的運(yùn)行，系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理，以及系統(tǒng)運(yùn)行所必需的其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等，例如人員信息、設(shè)備編碼、場地信息、工藝過程；系統(tǒng)安全與配置管理，系統(tǒng)日志、人員權(quán)限，系統(tǒng)菜單配置等；外圍系統(tǒng)接口與擴(kuò)充管理，用于系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口與數(shù)據(jù)交互管理，包括門禁、語音、廣播、人員定位、視頻接入、狀態(tài)信息接入等；3）用戶操作層：服務(wù)于現(xiàn)場操作人員層面，通過使用智能手機(jī)的APP或微信小程序、PAD設(shè)備以及普通計(jì)算機(jī)的瀏覽器，實(shí)現(xiàn)對于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的人工采集，數(shù)據(jù)展示與人機(jī)交互等功能。

8 結(jié)語

本文系統(tǒng)性地闡述了基于私有云平臺(tái)的地下污水處理廠智慧綜合管控系統(tǒng)的構(gòu)建方案，對系統(tǒng)的各重要組成部分給出了具體的功能描述和設(shè)備配置。文中所給出的方案已經(jīng)在北京、上海、河北、昆明等地的多個(gè)地下污水處理廠中得到了實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)實(shí)踐證實(shí)是完善的可行的，對污水處理廠的智慧化生產(chǎn)運(yùn)營實(shí)現(xiàn)具有指導(dǎo)意義。