CN103546536A - 污水处理厂物联网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理厂物联网系统，其特征在于，所述系统包括信息感知模块、信息传输模块、智能处理模块和应用管理模块。其中，所述信息感知模块用于为所述系统的智能处理模块和应用管理模块提供数据支撑；所述信息传输模块用于从所述信息感知模块获取信息并传送到所述智能处理模块；所述智能处理模块是所述系统的核心模块，其用于将从所述信息感知模块获取的信息进行分析处理，并向所述应用管理模块提供智能支持；所述应用管理模块是所述系统与用户的接口，其通过利用经过所述智能处理模块分析处理的信息，向用户提供特定的业务应用服务。通过本发明的系统，能够实现对污水处理厂的全流程、精细化、标准化与数字化运营管理。

Description

污水处理厂物联网系统

技术领域

本发明涉及一种污水处理厂系统，尤其涉及一种基于系统集成技术和互联网技术的污水处理厂物联网系统。

背景技术

污水处理厂作为城市重要基础设施之一，肩负着对城市污（废）水的综合处理以实现达标排放的责任。然而，现阶段我国污水处理厂普遍存在着管理分散，不系统、不规范；没有建立有效的数据监管机制，信息处理及查询不方便；监控系统只监不控，过程控制缺乏先进的智能控制算法支撑；运行异常诊断、事故应急分析与生产调度决策缺少科学依据；业务操作如巡检、养护、维修等缺乏标准化作业流程指导；绩效考核缺乏完善的评估体系与评估模式等问题。

出现上述问题的主要原因在于我国现有污水处理厂管理理念陈旧，管理方式、方法与管理手段落后。因此，从科学化与科技化管理理念出发，需要一个先进的系统将污水处理厂各类信息与作业流程进行整合与互联，实现标准化、可视化、智能化、有效识别和统一管理。

近年来，物联网技术的发展和应用，为构建互联互通的污水处理厂物联网系统奠定了基础。物联网(The Internet of things)是通过各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等，按约定的协议，将所有物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网具有“全面感知”、“可靠传送”与“智能控制”等基本特征，已经被广泛应用于工业生产、农业园林、医疗保健、交通运输、公共安全、环境保护等多个领域。美国、欧洲、日本、韩国等发达国家和地区十分重视物联网技术的发展，中国政府也将物联网列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”。

现阶段，物联网技术在污水处理厂管理中的应用还处于初级阶段，即通过在线监测仪表和PLC控制系统获取基础生产信息，并在局域网范围内实现对污水处理过程的实时监视与控制。但是对生产数据的分析和利用不足，不具备高级决策支持功能，也不具备工作流程的信息化管理功能，无法满足污水处理行业未来发展对信息系统的功能需求。

本发明构建的污水处理厂物联网系统的特点在于，系统不仅运用各种专业传感器全面获取污水处理厂运行管理信息，通过互联与共享，统一进行数据的分析、处理与应用，并且在此基础上借助系统集成技术，将数据挖掘、专家诊断、模型模拟等多种先进手段应用于污水处理厂运营管理过程，实现污水处理厂的智能控制、标准化管理与科学决策，能够有效解决污水处理厂现存上述问题，提升污水处理厂的运营管理水平。

发明内容

签于以上现有问题，本发明的目的在于提供一种污水处理厂物联网系统，该系统基于系统集成技术和互联网技术，能够实现对污水处理厂的全流程、精细化、标准化与数字化运营管理。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种污水处理厂物联网系统，，所述系统是基于互联网将各污水处理厂进行连接，其包括依次连接的信息感知模块、信息传输模块、智能处理模块和应用管理模块，其中，

信息感知模块，用于为所述系统的智能处理模块和应用管理模块提供数据支撑，包括信息采集单元和过程控制指令执行单元，所述信息采集单元采集和获取系统中的污水处理信息，所述过程控制指令执行单元进行实施运行过程中的智能控制；

信息传输模块，从所述信息感知模块获取信息并将所获取的信息传送到所述智能处理模块，包括获取信息的信息获取单元和传输信息的信息传输单元；

智能处理模块，将从所述信息感知模块获取的信息进行分析处理，并为所述应用管理模块提供智能支持；

应用管理模块，是所述系统与客户端的接口，通过经过所述智能处理模块分析处理的信息，向用户提供相应的业务应用服务。

所述信息采集单元通过使用传感设备来自动采集和获取污水处理信息，其中，所述传感设备包括在线监测设备、信息采集设备、视频监视设备及过程控制设备，所述污水处理信息包括在线监控数据、基础业务数据、视频影像数据。

所述信息传输单元通过VPN网络，采用OPC通信协议或者SOAP通信协议进行信息传输，并采用数据压缩或断网续传传输方法。

所述智能处理模块包括数据仓库、模拟分析单元和专家决策单元，其中，所述数据仓库用于存储从所述信息感知模块获取的各种信息，为所述应用分析模块提供决策数据支持，所述模拟分析单元用于对获取的各种污水处理信息进行智能分析和处理，所述专家决策单元用于对系统的运行环境进行识别、诊断、预报警并提供解决问题的策略和方法。

所述应用管理模块包括远程监控单元、智能控制单元、业务管理单元、绩效评估单元和决策支持单元，其中所述远程监控单元对污水处理厂运行过程的远程同步进行实时监控，所述智能控制单元对污水处理厂的整个工艺流程的智能化控制，所述业务管理单元污水处理厂的生产与设备业务的流程化、标准化、精细化与信息化管理，所述绩效评估单元对污水处理厂的运行绩效的综合评估，以及所述决策支持单元为污水处理厂的运营管理者提供决策辅助。

所述远程监控单元将从所述信息感知模块获取的在线监测数据集成到云计算中心污水处理过程动态模拟画面中，实时显示生产运行过程的工艺参数和大型设备运行状态信号，查询运行趋势曲线与运行统计数据，当发生运行异常时，发布预警和报警通知，并自动调取相应监测点视频影像。

所述智能控制单元依据从所述信息感知模块获取的污水处理过程信息，运用全流程智能控制算法模型，针对污水处理整个工艺流程实施智能控制，实现污水处理厂的稳定运行与节能降耗。

所述业务管理单元进行数据填报管理、工艺巡检管理、生产安全管理、设备资产管理、设备巡检管理、设备养护管理和设备维修管理。

所述绩效评估单元通过所述信息感知模块获取的数据进行指标计算，评估污水处理厂运行质量、运行效率、运行能耗等各项绩效表现。

通过本发明的污水处理厂物联网系统，能够将研究区域内各种设备采集的污水处理厂运行管理信息，经标准化处理后，通过以太网、无线网、移动网等互联网络实现信息互通与资源共享，并在安全保障机制下，通过云计算中心平台，提供远程监控、智能控制、状态预警、业务管理、绩效评估、决策支持等综合性管理与服务功能，实现对污水处理厂的全流程、精细化、标准化与数字化运营管理。与相关行业物联网相比，本发明应用于污水处理厂运营管理这一特定领域，其在服务对象、感知内容和对感知信息的利用方面均进行了更深层次的探索。

附图说明

图1是本发明的污水处理厂物联网系统的结构框架图。

图2是本发明的污水处理厂物联网系统的网络架构图。

图3是本发明的污水处理厂物联网系统的硬件结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的污水处理厂物联网系统进行详细介绍。

图1是本发明的污水处理厂物联网系统的结构框架图。如图1所示，本发明的污水处理厂物联网系统包括依次连接的信息感知模块、信息传输模块、智能处理模块和应用管理模块。其中，信息感知模块，用于为系统的智能处理模块和应用管理模块提供数据支撑，信息传输模块，用于从所述信息感知模块获取信息并传送到所述智能处理模块，智能处理模块，用于将从所述信息感知模块获取的信息进行分析处理，并向所述应用管理模块提供智能支持，应用管理模块，通过利用经过所述智能处理模块分析处理的信息，向用户提供特定的业务应用服务。

图2是本发明的污水处理厂物联网系统的网络架构图。下面结合图2（同时参照图1）对这四个模块进行详细说明。

(1)信息感知模块

信息感知模块主要用于采集相关污水处理信息，包括信息采集单元和过程控制指令执行单元，所述信息采集单元用于采集和获取系统中的污水处理信息，所述过程控制指令执行单元用于实施运行过程中的智能控制。

上述信息采集单元通过使用传感设备来采集和获取污水处理信息，为污水处理厂物联网系统的智能层与应用层提供数据支撑。其中，传感设备包括在线监测设备、信息采集设备、视频监视设备及过程控制设备，所述污水处理信息包括在线监控数据、基础业务数据、视频影像数据。

上述在线监测设备包括流量计、液位计、压力计、水质自动监测仪及水质自动采样器等，用于采集在线监测数据，包括流量、液位、化学耗氧量（CODcr）、氨氮、溶解氧、悬浮物、氧化还原电位等；

上述信息采集设备包括计算机、PDA、手机等，用于采集污水处理厂基础属性数据，包括处理工艺、建设规模、执行标准、设备资产等，和人工填报的业务数据，包括化验数据、运行数据、设备巡检数据、设备养护数据、设备维修数据等；

上述视频监视设备包括设摄像机、球机等，用于采集污水处理厂视频影像信息；

上述过程控制设备包括PLC控制器等，用于存储程序与执行操作指令，实施污水处理过程的智能控制。

(2)信息传输模块

信息传输模块用于从所述信息感知模块获取信息并传送到所述智能处理模块，包括信息获取单元和信息传输单元。其中，信息传输单元以有线通信或无线通信的方式通过VPN网络，采用OPC通信协议或者SOAP通信协议对所述信息进行传输，并采用数据压缩或断网续传传输保障机制来保证信息传输的高效性、安全性与完整性。

(3)智能处理模块

智能处理模块是系统的核心模块，负责将从所述信息感知模块获取的信息进行标准化统一处理、统一分析与深度挖掘，并运用数据仓库、模拟分析、专家决策等技术向应用分析模块提供各类业务服务的智能支持，包括数据仓库、模拟分析单元和专家决策单元。其中，数据仓库用于存储从所述信息感知模块获取的各种信息，为应用分析模块提供决策数据支持，所述模拟分析单元用于对获取的各种污水处理信息进行智能分析和处理，所述专家决策单元用于对系统的运行环境进行识别、诊断、预报警并提供解决问题的策略和方法。

进一步地，数据仓库是一个面向主题的、集成的、相对稳定的、反映历史变化的数据集合，用于支持管理决策；

模拟分析技术以IWA活性污泥模型（ASM1，ASM2，ASM2D和ASM3）、二沉池模型为基础，对污水处理过程各种工况进行静态和动态模拟，以安全运行与节能降耗为目标，探寻工艺参数优化策略；

专家决策技术以污水处理领域专家知识库为基础，采用检索比对、推理判断、方案选优等决策机制，对污水处理厂运行环境进行识别、诊断、预报警等并提供一定的解决问题的策略和方法。

(4)应用分析模块

应用管理模块是系统与用户的接口，它通过利用经过所述智能处理模块分析处理的信息，向用户提供特定的业务应用服务，包括远程监控单元、智能控制单元、业务管理单元、绩效评估单元和决策支持单元。

1)远程监控单元

远程监控单元用以实现对污水处理厂运行过程的远程同步的实时监控，包括过程监控子单元、曲线查询子单元、运行统计子单元、视频监视子单元。它将从信息感知模块获取的在线监测数据集成到云计算中心污水处理过程动态模拟画面中，实时显示生产运行过程重要工艺参数和大型设备运行状态信号，支持查询运行趋势曲线与运行统计数据，当发生运行异常时，及时发布预警和报警通知，并自动调取相应监测点视频影像，还可启动专家决策系统进行风险预测分析，发挥监控、报警、诊断联动作用。

2)智能控制单元

智能控制单元用以实现对污水处理厂的整个工艺流程的智能化控制，包括进水泵站控制子单元、鼓风曝气控制子单元、除磷加药控制子单元。它依据从信息感知模块获取的污水处理过程信息，运用全流程智能控制算法模型，针对污水处理整个工艺流程特别是重点工艺单元，如进水泵站单元、鼓风曝气单元、化学除磷单元等实施智能控制，实现污水处理厂的稳定运行与节能降耗。

3)业务管理单元

业务管理单元用以实现对污水处理厂生产与设备管理业务流与信息流的标准化，通过业务特征分析将信息感知模块业务数据采集流程与作业流程相结合，实现对生产数据报批、生产计划管理、生产工艺巡检、生产运行调度、生产安全管理、设备资产管理、设备巡检管理、设备养护管理、设备维修管理等各项业务从计划制定、工单生成、工单提醒，到工单派发、回单反馈、工单审核、工单统计等完整作业流程的精细化、数字化管理，包括数据填报管理子单元、工艺巡查管理子单元、生产安全管理子单元、设备资产管理子单元、设备巡检管理子单元、设备养护管理子单元、设备维修管理子单元。

4)绩效评估单元

绩效评估单元用于对污水处理厂运行绩效，通过构建绩效评估指标体系，应用信息感知模块获取的各项数据进行指标计算，评估污水处理厂运行质量、运行效率、运行能耗等各项绩效表现，逐层钻取剖析问题指标影响因素，挖掘绩效提升潜力与最佳途径，辅助管理者推动污水处理厂运行管理技术水平持续向前发展；包括运行质量评估子单元、运行效率评估子单元、运行能耗评估子单元。

5)决策支持单元

决策支持单元在信息感知模块获取海量监测数据、业务数据的基础上，运用模拟分析、专家诊断、数据挖掘等技术向决策者提供决策支持，一方面可依据实际处理工艺构建仿真模型模拟污水处理过程，通过反复试验找寻最优运行方案，为管理者制定工艺运行参数调整决策方案提供理论依据；另一方面可根据污水处理工程领域内专家经验和专业基础理论构建专家知识库，对污水处理过程中出现的异常状况进行推理分析和甄别诊断，为决策者提供故障解决方案，帮助决策者不断提高决策水平和质量，包括工艺优化子单元、运行诊断子单元。

此外，信息感知模块构成污水处理厂物联网系统的污水处理厂端，智能处理模块和应用分析模块构成系统的云计算中心，云计算中心是一个采用分布式计算和虚拟技术搭建的超级计算中心，通过建立网络服务器集群向污水处理厂运营管理用户提供数据存储、分析、科学计算等基础服务以及绩效评估、决策支持等智能服务。

图3是本发明的污水处理厂物联网系统的硬件结构图。如图3所示，在污水处理厂端设置在线数据服务器、视频服务器和智能控制设备，分别负责信息感知模块在线数据的缓存、视频数据的存储和智能控制指令的下发。在信息传输模块，通过交换机将各厂端服务器与互联网相联，并在公司总部与下属污水处理厂之间建立VPN网络，采用有线或无线的通信方式，将信息感知模块获取的各类数据向公司总部云计算中心数据服务器传输。云计算中心数据服务器集群向智能处理模块和应用管理模块提供数据存储、分析、科学计算等服务。

下面参考图1、图2、图3，以某水务公司为例来构建污水处理厂物联网系统。

某水务公司总部位于安徽合肥，其下辖污水处理厂36座，分布于全国8个省市地区，总处理能力达178.38万吨/日，服务总人口554万人，服务总面积649.31平方公里。水务公司在下辖各污水处理厂本地配有生产运行自控系统，在水务公司总部建有远控中心，通过远程监控系统实现对下辖其中9座污水处理厂运行过程的远程实时监视。现有远控系统在污水处理厂运营管理过程中发挥了一定的作用。

然而，随着城市的发展与污水处理业务量的增长，现有系统逐渐暴露出缺陷与不足，主要表现在：

(1)现有系统功能单一、不全面、不完善，仅能实现对污水处理厂在线数据的采集与显示，对数据统计分析能力薄弱，无法有效地进行决策支持；

(2)系统采用C/S架构，安装部署繁琐，更新维护复杂，信息资源共享能力差；

(3)主要的生产与设备管理业务如工艺巡检、设备养护等仍采用纸质表单流转方式，反馈速度慢，过程监管力弱，业务决策缺少历史统计数据支持；

(4)运行参数调节采用简单PID控制(如时序控制、液位控制等)或人工经验判断，控制算法不专业、不科学、精度低、可靠性差；

(5)运行绩效采用事后评估，过程指导意义不强，科学决策辅助手段应用少，事故应急能力差。

因此，需要构建物联网系统将污水处理厂各类信息进行采集、互连与共享，建立符合污水处理业务流程的标准化信息管理平台，运用数据挖掘、模拟分析与专家诊断等先进技术手段辅助科学决策，提升污水处理厂运营管理水平。

针对上述情况，对该水务公司的污水处理厂物联网系统进行构建，具体构建步骤如下：

步骤一，构建污水处理厂物联网系统信息感知模块

对水务公司下辖36座污水处理厂实施在线监测设备、信息采集设备、视频监视设备和过程控制设备的选型、布点、安装、调试等，进行在线监测数据、基础业务数据、视频影像数据的采集和过程控制执行。对于已经具备自控系统和视频系统的污水处理厂可通过已有系统实现数据的采集和过程控制执行。

污水处理厂主要工艺设施包括：粗格栅间、进水泵房、细格栅间、沉砂池、生物池、二沉池、消毒池、鼓风机房、污泥泵房、加药间、脱水机房等；其他配套设施包括：高低压配电室、中央控制室、现场控制站、综合办公楼等。

(1)在线监测数据采集

从各污水处理厂采集的在线监测数据包括：仪表检测数据和设备运行数据。仪表检测数据包括：流量、液位、压力、酸碱度（pH）、化学耗氧量（CODcr）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷(TP)、悬浮物浓度(SS)、溶解氧（DO）、混合液悬浮固体浓度（MLSS）、氧化还原电位（ORP）等；设备运行数据主要包括设备启停信号、设备报警信号等。

在污水处理厂重点位置布设在线检测仪表，在污水处理厂进水口与出水口分别安装流量计，在污水处理厂的进水口（进水提升泵房后）及出水口分别安装在线水质检测仪表，包括pH分析仪、CODcr分析仪、NH3-N分析仪、TN/TP分析仪、SS分析仪等，在提升泵房、污泥泵房泵井安装液位计，在鼓风机房供气管安装压力计，在生物池安装在线水质检测仪表，包括ORP分析仪、DO分析仪、MLSS分析仪等；

本发明仅从总体上规定了各厂需要安装的在线检测仪表及需要采集的数据，各污水处理厂可视处理工艺、经济条件等因素，适当进行调整；

采集到的在线监测数据通过污水处理厂控制网传输至污水厂在线数据服务器，再通过互联网传输至公司总部云计算中心服务器。

(2)基础业务数据采集

采集的基础业务数据主要包括：污水处理厂基础属性数据和业务管理数据；

利用污水处理厂办公设备如台式计算机、笔记本计算机等在系统初始阶段进行污水处理厂基础信息的录入，包括污水处理厂的建设时间、建设规模、处理工艺、执行标准、设施设备资产等，并随时进行信息更新；

利用污水处理厂办公设备以及其他移动终端如平板电脑、PDA、手机等定期进行污水处理厂运行数据的填报，包括化验数据、生产数据等，和生产与设备业务管理工单信息的填报，包括生产巡检信息、设备巡检信息、设备养护信息、设备维修信息等；采集到的基础业务数据通过互联网直接传输至公司总部云计算中心数据服务器。

(3)视频影像数据采集

采集的视频影像数据主要包括：污水处理厂办公楼、厂门口及周边的实时视频图像和污水处理各生产环节现场及设备的实时视频图像；

视频摄像机的安装位置：污水处理厂综合办公楼、厂大门口、格栅间、进水泵房、生物池、二沉池、鼓风机房、脱水机房、加药间、配电机房、控制室等；

视频设备包括：视频摄像机、硬盘录像机、视频服务器、视频电缆、摄像机支架等；

采集到的视频数据通过视频电缆传输至污水处理厂视频服务器，再通过互联网传输至公司总部云计算中心数据服务器。

(4)过程控制指令执行

在污水处理厂中央控制室安装智能控制设备，用于实施污水处理全流程的智能控制。智能控制设备由核心控制器、UPS电源、支架、控制柜构成；核心控制器存储污水处理过程智能控制算法，接收从应用管理模块发出的控制指令，通过控制电缆向污水处理设备传输控制信号，控制污水处理设备运行。

步骤二，构建污水处理厂物联网系统传输模块

在水务公司总部与各污水处理厂之间建立VPN网络，采用有线或无线的通信方式，将位于各污水处理厂端的信息感知模块获取的各类数据向位于公司总部的云计算中心数据服务器传输。

对传输数据进行标准化编码与压缩处理，以减少传输所占带宽，提高传输效率；

采用断网续传技术作为传输保障机制，在数据传输过程中实时检测网络环境，一旦检测到故障，将信息感知模块获取的数据临时存储于污水处理厂端本地数据服务器，待网络恢复后，再一次性将缓存数据上传至云计算中心数据服务器，保证数据传输的连续性、完整性和高效性。

步骤三，构建污水处理厂物联网系统智能模块

对从信息感知模块获取的各类数据进行标准化编码与存储，运用数据挖掘、模型分析、专家诊断等技术向应用管理模块各类服务提供智能支持。

(1)建设数据仓库

对从信息感知模块获取的各类数据进行抽取、净化、转换、清理与有效集成，按照应用层各单元主题的需要进行归纳整理与数据重组，以星型模型和雪花模型进行数据组织模型构建，建立面向主题的多维数据库存储方式，同时集成各种数据挖掘分析方法，提供海量数据快速检索查询与分析计算服务，为应用管理提供决策数据支持；

(2)集成污水处理模型

采用基于动态链接库(DLL）的集成方式，将国际水协IWA活性污泥模型(ASM1，ASM2，ASM2D和ASM3)和二沉池模型与应用模块紧密集成开发，作为污水处理过程模拟分析的基础计算模型，为应用管理提供决策模型支持；

(3)集成智能控制算法模型

集成污水处理全流程协同控制算法及单元控制算法，包括泵站动态编组控制算法、溶解氧稳定控制算法、除磷加药精确控制算法等，为应用管理提供决策控制算法支持；

(4)集成专家知识库

集成污水处理领域专家知识库，在知识库中存放以计算机能够接受并进行处理的符号和方式表示的专家知识、经验、书本知识及常识，供系统推理判断和求解问题时使用，为应用管理提供决策专家支持。

模型和数据库在系统建设初期创立，在随后的系统应用过程中通过机器学习不断修改、扩充和完善。

步骤四，构建污水处理厂物联网系统应用模块

根据污水处理厂运营管理需求构建软件系统，向用户提供特定的专业应用服务。主要建设远程监控单元、智能控制单元、业务管理单元、绩效评估单元、决策支持单元等5个单元。

(1)远程监控单元

通过构建远程监控单元，实现水务公司对下属各污水处理厂运行过程的远程同步实时监控。主要包括过程监控、状态预警、曲线查询、运行统计、视频监视等功能。

基于存储于中心数据服务器中的各类在线监控数据，利用WCF通讯接口服务，在污水处理过程动态模拟画面中实时显示在线仪表检测数据和设备运行数据；提供报警数据在线检测与发布；提供工艺参数运行曲线查询；提供设备运行数据统计与查询；利用流媒体服务器，提供视频影像数据查询与显示。

(2)智能控制单元

通过构建智能控制单元，实现对污水处理厂整个工艺流程的智能化控制。重点包括进水泵站控制、鼓风曝气控制、除磷加药控制等功能。

基于智能模块中的污水处理过程智能控制算法，结合从信息感知模块获取的运行数据，在线分析各工艺单元运行工况，自动输出智能控制指令，包括提升泵启停与频率调节指令、供气管路阀门开度调节指令、鼓风机启停与频率调节指令、加药泵频率调节指令等，从而优化各工艺参数运行，降低污水处理过程的物能消耗。控制指令通过传输模块下发至各污水厂内智能控制设备，再通过控制电缆向污水处理设备传输控制信号，控制污水处理设备运行。

(3)业务管理单元

通过构建业务管理单元，实现对污水处理厂生产与设备业务的流程化、标准化、精细化与信息化管理。主要包括数据填报管理、工艺巡检管理、生产安全管理、设备资产管理、设备巡检管理、设备养护管理、设备维修管理等功能。

数据填报管理采用数据填报、数据审批、数据上报的作业流程；工艺巡检管理和设备巡检、养护、维修管理采用计划制定、工单生成、工单派发、回单反馈、工单审批、工单完成的作业流程。系统通过云计算引擎自动对业务数据进行统计汇总，并以分析图表的方式进行集中展示。

(4)绩效评估单元

通过构建绩效评估单元，实现对污水处理厂运行绩效的综合评估。主要包括运行质量评估、运行效率评估、运行能耗评估等功能。

在全面考虑污水处理企业的社会效益、经济效益、内部运作规范性因素下，通过绩效评估单元构建基于绩效评估指标体系进行评估指标值计算，生成综合评估报告，针对各个评估主题中的问题指标采用多维分析、逐层钻取等方式，为管理者剖析问题根本原因，分析比对绩效改进方法与成本，辅助提升污水处理厂运行绩效表现。

(5)决策支持单元

通过构建决策支持单元，运用模型分析、专家诊断等先进技术为污水处理厂运营管理者提供决策辅助。主要包括：工艺优化、运行诊断等功能。

基于智能模块中的污水处理模型，根据污水处理厂实际处理工艺和历史运行数据构建仿真模型，对不同工况进行静态和动态模拟计算，通过模型验证得到工艺参数优化控制策略，为智能控制单元提供模型数据支持。基于智能模块中的专家知识库，针对污水处理厂运行数据进行诊断分析，对运行异常进行预警，并生成故障解决方案。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)将物联网技术应用于污水处理厂运营管理中，实现污水处理厂运行信息全部电子化收集，包括过程监控数据、视频数据、业务管理数据等，为统计分析与应用决策积累宝贵的数据基础；

(2)将信息流程设计与业务流程需求充分结合，实现系统应用流程标准化，是将信息系统服务于污水处理厂管理的一种有效模式；

(3)在物联网技术基础上集成其他多项先进技术，包括模拟分析、专家诊断、数据挖掘、智能控制等，实现对污水处理厂多角度、深层次专业化管理，提升管理水平和决策高度。

本发明的污水处理厂物联网系统具有全面感知、智能集成、应用开放等特征，实现污水处理厂信息收集、运行监管、业务调度、决策评估一体化管理；使污水处理厂的运营管理向精细化、标准化、智能化管理方向迈进。

Claims (9)

1.一种污水处理厂物联网系统，其特征在于，所述系统基于互联网将各污水处理厂进行连接，其包括依次连接的信息感知模块、信息传输模块、智能处理模块和应用管理模块，其中，

信息感知模块，用于为所述系统的智能处理模块和应用管理模块提供数据支撑，包括信息采集单元和过程控制指令执行单元，所述信息采集单元采集和获取系统中的污水处理信息，所述过程控制指令执行单元进行实施运行过程中的智能控制；

信息传输模块，从所述信息感知模块获取信息并将所获取的信息传送到所述智能处理模块，包括获取信息的信息获取单元和传输信息的信息传输单元；

智能处理模块，将从所述信息感知模块获取的信息进行分析处理，并为所述应用管理模块提供智能支持；

应用管理模块，是所述系统与客户端的接口，通过经过所述智能处理模块分析处理的信息，向用户提供相应的业务应用服务。

2.根据权利要求1所述的污水处理厂物联网系统，其特征在于，所述信息采集单元通过使用传感设备来自动采集和获取污水处理信息，其中，所述传感设备包括在线监测设备、信息采集设备、视频监视设备及过程控制设备，所述污水处理信息包括在线监控数据、基础业务数据、视频影像数据。

3.根据权利要求1所述的污水处理厂物联网系统，其特征在于，所述信息传输单元通过VPN网络，采用OPC通信协议或者SOAP通信协议进行信息传输，并采用数据压缩或断网续传传输方法。

4.根据权利要求1至3任一项所述的污水处理厂物联网系统，其特征在于，所述智能处理模块包括数据仓库、模拟分析单元和专家决策单元，其中，所述数据仓库用于存储从所述信息感知模块获取的各种信息，为所述应用分析模块提供决策数据支持，所述模拟分析单元用于对获取的各种污水处理信息进行智能分析和处理，所述专家决策单元用于对系统的运行环境进行识别、诊断、预报警并提供解决问题的策略和方法。

5.根据权利要求1至3任一项所述的污水处理厂物联网系统，其特征在于，所述应用管理模块包括远程监控单元、智能控制单元、业务管理单元、绩效评估单元和决策支持单元，其中所述远程监控单元对污水处理厂运行过程的远程同步进行实时监控，所述智能控制单元对污水处理厂的整个工艺流程的智能化控制，所述业务管理单元对污水处理厂的生产与设备业务的流程化、标准化、精细化与信息化管理，所述绩效评估单元对污水处理厂的运行绩效的综合评估，以及所述决策支持单元为污水处理厂的运营管理者提供决策辅助。

6.根据权利要求5所述的污水处理厂物联网系统，其特征在于，所述远程监控单元将从所述信息感知模块获取的在线监测数据集成到云计算中心污水处理过程动态模拟画面中，实时显示生产运行过程的工艺参数和大型设备运行状态信号，查询运行趋势曲线与运行统计数据，当发生运行异常时，发布预警和报警通知，并自动调取相应监测点视频影像。

7.根据权利要求5所述的污水处理厂物联网系统，其特征在于，所述智能控制单元依据从所述信息感知模块获取的污水处理过程信息，运用全流程智能控制算法模型，针对污水处理整个工艺流程实施智能控制，实现污水处理厂的稳定运行与节能降耗。

8.根据权利要求5所述的污水处理厂物联网系统，其特征在于，所述业务管理单元进行数据填报管理、工艺巡检管理、生产安全管理、设备资产管理、设备巡检管理、设备养护管理和设备维修管理。

9.根据权利要求5所述的污水处理厂物联网系统，其特征在于，所述绩效评估单元通过所述信息感知模块获取的数据进行指标计算，评估污水处理厂运行质量、运行效率、运行能耗等各项绩效表现。

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