CN108763595B - 污水处理数据回溯方法和系统 - Google Patents
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Classifications
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- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/008—Control or steering systems not provided for elsewhere in subclass C02F
Abstract
本申请公开一种污水处理数据回溯方法和系统，所述污水处理数据回溯方法包括：采集第一污水处理单元的实时运行数据；采集第二污水处理单元的实时运行数据；将所述第一污水处理单元的实时运行数据和所述第二污水处理单元的实时运行数据合并作为过程数据存储到过程数据库中；记录第一污水处理单元和第二污水处理单元的业务数据，并将所述业务数据存储到业务数据库中；对所述过程数据和所述业务数据进行处理，以实现对所述过程数据和所述业务数据的回溯。本申请的污水处理数据回溯方法和系统，可以实现过程数据和业务数据的集成，对污水处理全流程的数据实现有效回溯。
Description
技术领域
本申请总体说来涉及污水处理技术领域，更具体地讲，涉及一种污水处理数据回溯方法和系统。
背景技术
随着工业的发展和人口的增加，水体污染的问题日益突出，污水处理行业得到了快速发展。目前大多数污水处理厂的自动控制已覆盖进水沉沙、生化处理、加药消毒和污泥脱水等全流程的绝大部分处理工艺，并且可主要分为三个层级。最上层多采用数据采集与监视控制(SCADA)系统，置于中控室内，用于监控全厂的仪表和设备的运行。中间层采用可编程逻辑控制器(PLC)来完成对现场设备的控制，从而实现分散控制和集中管理。最下层是各种测量设备和仪表(例如，压力计、流量计、溶解氧(DO)测量仪、化学需氧量(COD)测量仪和氨氮(NH3-N)仪等)以及各种执行机构(例如，泵和阀门等)。
尽管SCADA系统已具有一定的数据采集和存储能力，但目前的污水处理工艺流程中的部分控制环节相对独立，其相关过程数据无法被SCADA系统采集。另外，当某个子系统处于手动操作状态或故障检修及维护状态时，SCADA系统也无法记录相关业务数据，并且，直接扩展SCADA系统以使其具备业务数据处理能力是困难的。
发明内容
本申请的实施例的目的在于提供一种污水处理数据回溯方法和系统，基于污水处理厂现有的SCADA系统，实现过程数据和业务数据的集成，以解决现有技术中难以对污水处理全流程的数据实现有效回溯的技术问题。
根据本申请示例性实施例的一方面，提供一种污水处理数据回溯方法，包括：采集第一污水处理单元的实时运行数据；采集第二污水处理单元的实时运行数据；将所述第一污水处理单元的实时运行数据和所述第二污水处理单元的实时运行数据合并作为过程数据存储到过程数据库中；记录第一污水处理单元和第二污水处理单元的业务数据，并将所述业务数据存储到业务数据库中；对所述过程数据和所述业务数据进行处理，以实现对所述过程数据和所述业务数据的回溯。
可选地，污水处理系统包括所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元；其中，通过SCADA数据采集子系统采集第一污水处理单元的实时运行数据；通过过程控制子系统采集第二污水处理单元的实时运行数据。
可选地，所述污水处理数据回溯方法还包括：建立与用户终端的通信，并从所述用户终端接收查询请求，其中，对所述过程数据和所述业务数据进行处理，以实现对所述过程数据和所述业务数据的回溯的步骤包括：响应于所述查询请求，对所述过程数据库和所述业务数据库进行查询；将查询结果发送到所述用户终端。
可选地，对所述过程数据和所述业务数据进行处理，以实现对所述过程数据和所述业务数据的回溯的步骤还包括：响应于所述查询请求，对所述过程数据库和所述业务数据库进行统计分析；将统计结果发送到所述用户终端。
可选地，所述业务数据包括：第一污水处理单元和第二污水处理单元手动操作数据、故障检修信息以及维护信息。
可选地，所述业务数据库为基于E-R图构造的关系数据库；其中，所述E-R图包括实体、联系、实体的属性、联系的属性、实体与属性之间的约束、实体与联系之间的约束、联系与属性之间的约束。
根据本申请示例性实施例的另一方面，提供一种污水处理数据回溯系统，包括：SCADA数据采集子系统，用于采集第一污水处理单元的实时运行数据；过程控制子系统，用于采集第二污水处理单元的实时运行数据；OPC接口系统，用于将所述第一污水处理单元的实时运行数据和第二污水处理单元的实时运行数据合并作为过程数据存储到过程数据库中；业务数据记录子系统，用于记录第一污水处理单元和第二污水处理单元的业务数据，并将所述业务数据存储到业务数据库中；软件子系统，包括所述过程数据库、所述业务数据库和用户开发模块，其中，所述用户开发模块用于对所述过程数据和所述业务数据进行处理，以实现对所述过程数据和所述业务数据的回溯。
可选地，污水处理系统包括所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元；其中，所述第一污水处理单元与所述SCADA数据采集子系统连接；所述第二污水处理单元与所述过程控制子系统连接。
可选地，所述污水处理数据回溯系统还包括用户终端；所述用户终端用于接收用户的查询请求；所述用户开发模块包括用户终端接口模块和追踪引擎模块；其中，所述用户终端接口模块建立与所述用户终端的通信，从所述用户终端接收所述查询请求；所述追踪引擎模块响应于所述查询请求，对所述过程数据库和所述业务数据库进行查询，并将查询结果发送到所述用户终端。
可选地，所述追踪引擎模块还响应于所述查询请求，对所述过程数据库和所述业务数据库进行统计分析，并将统计结果发送到所述用户终端。
可选地，所述用户终端还用于通过输入模块生成业务数据；其中，所述业务数据包括第一污水处理单元和第二污水处理单元手动操作数据、故障检修信息以及维护信息。
可选地，所述OPC接口系统包括：OPC通讯协议转换器或者OPC接口。
可选地，所述用户开发模块还包括过程数据绑定模块和业务数据绑定模块；其中，所述过程数据绑定模块用于将过程数据通过OPC接口系统存储至过程数据库；所述业务数据绑定模块用于将业务数据存储至业务数据库。
可选地，所述业务数据库为基于E-R图构造的关系数据库；其中，所述E-R图包括实体、联系、实体的属性、联系的属性、实体与属性之间的约束、实体与联系之间的约束、联系与属性之间的约束。
可选地，所述业务数据库包括污水处理单元的维修表和手动操作表；其中，所述维修表记录人员工号、设备编号、维修开始时间、维修结束时间、故障原因、故障处理过程；所述手动操作表记录人员工号、设备编号、手动操作开始时间、手动操作结束时间、手动操作原因、手动处理过程。
根据本申请示例性实施例的另一方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的污水处理数据回溯方法。
根据本申请示例性实施例的另一方面，提供一种污水处理的控制系统，所述控制系统可包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的污水处理数据回溯方法。
采用本申请示例性实施例的污水处理数据回溯方法和系统，能够基于污水处理厂现有的SCADA系统，集成SCADA系统与其它控制系统的数据，以对污水处理全流程的数据实现有效回溯。本申请在现有的污水处理SCADA系统基础上，增加过程控制子系统和OPC接口系统，其中，过程控制子系统用于连接未连接至SCADA系统的处理单元，OPC接口系统用于集成原有SCADA系统和新增的过程控制子系统；此外，还增加业务数据记录子系统，用于集成维护人员“手动”操作、仪表和设备故障的检修信息以及其它与污水处理工艺密切相关的维护信息(如人员、费用)等业务数据。从而整合污水流程中所涉及的过程数据和业务数据，系统而全面地记录污水处理的各种历史状态和行为，以实现流程中所涉及全部数据的获取与存储。
附图说明
通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的详细描述，本申请示例性实施例的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其特征在于：
图1示出现有技术中的污水处理工艺流程图；
图2示出根据本申请的实施例一的污水处理数据回溯系统的结构框图；
图3示出进水沉沙单元的业务数据输入界面的示例；
图4示出进水沉沙单元业务数据输入界面的内容所对应的E-R图；
图5示出进水沉沙单元进水流量变化过程数据的查询界面的示例；
图6示出根据本申请的实施例的污水处理数据回溯方法的流程图。
具体实施方式
现在，将参照附图更充分地描述不同的示例性实施例。然而，在此公开的特定结构和功能的细节仅表示描述本申请的示例性实施例的目的。本申请的示例性实施例可以以许多替代形式实现并且不应被解释为仅限于这里阐述的实施例。
因此，虽然本申请的示例性实施例能够具有各种修改和替代形式，但是本申请的实施例将通过附图中的示例的方式被示出并且将在此被详细描述。然而，应理解，不意图将本申请的示例性实施例局限于公开的特定形式，而是相反，本申请的示例性实施例覆盖落入本申请的示例性实施例的范围内的所有修改、等同物和替代物。贯穿附图的描述，相同的标号表示相同的元件。
将理解的是，尽管在这里可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件区分开来。例如，在不脱离本申请的示例性实施例的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。
除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术和科技术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还应该理解，除非这里明确定义，否则术语(诸如在通用字典中定义的术语)应该被解释为具有与它们在相关技术的语境中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化或过于形式化的意义。
图1示出现有技术中的污水处理工艺流程图，用以详细说明现有技术中基于SCADA系统不能实现全流程数据回溯的原因。
污水处理过程是一个包括物理、化学及生物反应的复杂工艺流程，往往包含多个处理单元，在不同阶段实现多种污染物的去除及转化。图1给出了一个典型的污水处理工艺流程，包括进水沉沙单元、水解酸化单元、生化处理单元、加药消毒单元和污泥脱水单元。
进入污水处理厂的污水首先经过进水沉沙单元，污水流过粗格栅，截流水中较大颗粒的杂质等，接着提升泵房的水泵抽升污水到一定高度的水池中，保证污水可以靠重力作用流过后续各个处理环节。接下来，污水通过细格栅以进一步去除较小颗粒的杂质。旋转沉砂池呈漏斗状，内置桨板，在电机驱动下带动污水旋转，进行砂水分离。
接下来，污水进入水解酸化单元。水解酸化池的作用是将污水中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物，一些难于生物降解的大分子物质转化为易于降解的小分子物质如有机酸等，从而提高污水的可生化性和降解速度，以利于后续好氧生物处理。
接下来，污水进入生化单元。一体化氧化沟采用倒置A2O工艺(缺氧-厌氧-好氧)，活性污泥利用鼓风机曝入的空气与污水中的大部分污染物进行生化反应，起到脱氮除磷的作用。活性污泥的一部分在一体化氧化沟中持续循环，另一部分则和污水一起流至二沉池。二沉池的作用是使混合液澄清、浓缩以实现污泥分离，并提供回流到一体化氧化沟入口处的活性污泥。
接下来，二沉池的出水进入加药消毒单元。二沉池的出水进入高效沉淀池，通过添加PAC和PAM药剂，使污水中颗粒物的进一步得到絮凝沉淀。高效沉淀池后加滤布滤池，是为了阻截絮凝沉淀后污水中的悬浮物，可起到去除总固体悬浮物、总磷和重金属的作用。接触消毒池通过加氯以灭除污水中影响环境的病毒病菌，使被处理过的污水最终可以达标排放。
此外，二沉池排出的活性污泥还经过污泥脱水单元。二沉池排出的活性污泥除一部分回流到一体化氧化沟以外，大部分需要以剩余污泥的形式被废弃。然后，由于此时的剩余污泥具有流动性，含水量仍然很高，需要进一步的浓缩脱水，转化为含水量较低的泥饼，再由污泥车外运。
正是经过上述过程，污水中所含的污染物质从水中分离去除，使有害物质转化为无害甚至有用物质，污水得到了净化。
然而，尽管现有的SCADA系统具有一定的数据采集与存储能力，还不足以满足全流程数据回溯的要求，主要体现在以下几个方面：
第一，某些处理单元的控制系统独立运行，未接入SCADA系统。
目前SCADA系统的功能主要集中于生化处理单元，力图通过实时调整鼓风机的出气量来为污水中微生物的生化反应提供最适量的氧气，在保持生化反应活跃程度的情况下，尽可能地降低所注入的空气量，以此达到节能降耗的目的。
在一个示例中，加药消毒单元是向生化处理后的污水中加入PAC(聚合氯化铝)、PAM(聚丙烯酰胺)和二氧化氯，以达到絮凝沉淀和消毒的目的。由于该单元相对独立，在一些污水处理厂中，加药泵和二氧化氯发生器的数据并未加入到SCADA系统中。
这时，假设进水负荷不变，即进水的水质和水量都不变。如果发现进入污泥脱水单元的活性污泥增多，既可能是生化处理单元的产泥量增大，也可能是由于加药量增多导致絮凝沉降作用加强。这种情况下，单独回溯SCADA系统中生化处理单元的数据不能推断进入污泥脱水单元的活性污泥增多的原因。
第二，维护人员的“手动”操作无记录。
为了降低控制系统自动运行的复杂程度，增加现场运维人员的操作灵活性，绝大多数SCADA系统中都为各个单元提供了“自动/手动”切换功能。一般来说，系统处于“自动”运行状态时，SCADA系统能够记录各个仪器、仪表上传的数据，和下发的各种控制指令。但如果某一单元处于“手动”运行状态，SCADA系统无法了解并记录与该子系统相关的运维人员的任何操作。
系统转到“手动”运行状态的原因可能是设备故障、环境条件变化导致污泥膨胀和反应池清淤等。这些异常都需要较长时间恢复，所以系统必须较长时间保持“手动”状态。若对这些异常情况不作为历史数据的一部分，则不能真正描述污水处理厂的运行状况。
另外，污水处理的生化反应过程是一个大滞后过程，反应的起始条件对结果的影响很大。若失去对反应起始条件的记录，同样将难以正确分析生化反应的过程，造成对污水处理厂生产运行情况的错误判断。
第三，SCADA系统采集存储数据能力有限。
如上所述SCADA系统具备自动采集存储由传感器、PLC上传数据的能力，但是无法记录操作员的“手动”操作。由于“手动”操作记录本质上属于业务数据，而由传感器、PLC上传的数据属于过程数据。两类数据在计算机内部有不同的处理要求，SCADA系统不具备处理业务数据的能力。因此，无法通过直接扩展SCADA系统而增加污水处理“手动”操作的记录。
事实上，在一个污水处理厂中，由运维人员所执行的“手动”操作占有相当大的比例。不仅包括SCADA系统处于“手动”操作状态的所对应的启停泵、鼓风机等，还包括每天定期的化验、不定期的设备设施检修维护和多个污水处理流程之间临时调配污水等。
实施例一
针对上述缺陷，本实施例提供一种污水处理数据回溯系统，在现有的污水处理SCADA系统基础上，增加过程控制子系统和OPC接口系统，其中，过程控制子系统用于连接未连接至SCADA系统的处理单元，OPC接口系统用于集成原有SCADA系统和新增的过程控制子系统；此外，还增加业务数据记录子系统，用于集成维护人员“手动”操作、仪表和设备故障的检修信息以及其它与污水处理工艺密切相关的维护信息(如人员、费用)等业务数据。从而整合污水流程中所涉及的过程数据和业务数据，系统而全面地记录污水处理的各种历史状态和行为，以实现流程中所涉及全部数据的获取与存储。
图2示出根据本申请的实施例一的污水处理数据回溯系统的结构框图。
参照图2，根据本申请的实施例的污水处理数据回溯系统100可包括：SCADA数据采集子系统10、过程控制子系统20、业务数据记录子系统30、软件子系统40和OPC(OLE forProcess Control，用于过程控制的对象链接与嵌入)接口系统50。
在本实施例中，污水处理系统包括第一污水处理单元80和第二污水处理单元90；其中，第一污水处理单元80与SCADA数据采集子系统10连接；第二污水处理单元90与过程控制子系统20连接。在图2的示例中，第一污水处理单元80包括进水沉沙单元801、水解酸化单元802和生化处理单元803；第二污水处理单元90包括加药消毒单元901和污泥脱水单元902。第一污水处理单元80和第二污水处理单元90的划分形式不限于此，由污水厂控制系统的实际结构而决定。
SCADA数据采集子系统10可用于采集第一污水处理单元80的实时运行数据。例如，SCADA数据采集子系统10可与第一污水处理单元80的工艺流程底层的各种传感器和仪表直接连接，或可通过PLC与各种传感器和仪表间接连接，以采集传感器和仪表检测的数据。
过程控制子系统20可用于采集第二污水处理单元90的实时运行数据。
OPC接口系统50用于将第一污水处理单元80的实时运行数据和第二污水处理单元90的实时运行数据合并作为过程数据存储到过程数据库401中。
在一个示例中，OPC接口系统50可以是OPC通讯协议转换器或者OPC接口，用于集成SCADA数据采集子系统10和过程控制子系统20。
业务数据记录子系统30用于记录第一污水处理单元80和第二污水处理单元90的业务数据，并将记录的业务数据存储到业务数据库402中。
软件子系统40可包括过程数据库401、业务数据库402和用户开发模块。用户开发模块用于对过程数据和业务数据进行处理，以实现对过程数据和业务数据的回溯。
如图2所示，污水处理数据回溯系统100可还包括用户终端60，用户终端60用于接收用户的查询请求。
用户开发模块包括用户终端接口模块403和追踪引擎模块404；用户终端接口模块403建立与用户终端60的通信，从用户终端60接收查询请求。追踪引擎模块404响应于该查询请求，对过程数据库401和业务数据库402进行查询，并将查询结果发送到用户终端60。追踪引擎模块404还响应于该查询请求，对过程数据库401和业务数据库402进行统计分析，并将统计结果发送到用户终端60。
用户终端60可包括膝上型计算机、移动电话、智能电话、平板个人计算机(PC)、移动网络装置(MID)、个人数字助理(PDA)、企业数字助理(EDA)、数码照相机、数码摄像机，但不限于此。
如图2所示，用户开发模块还包括过程数据绑定模块405和业务数据绑定模块406。过程数据绑定模块405用于将过程数据通过OPC接口系统50存储至过程数据库401；业务数据绑定模块406用于将业务数据存储至业务数据库402。
用户开发模块可还包括第三方接口模块407，软件子系统40通过第三方接口模块407连接至第三方系统70。
此外，用户终端60可还包括输入模块601。作为示例，输入模块601可以是电脑、手机或者其他手持终端的输入装置。维护人员可通过输入模块601生成业务数据；该业务数据包括第一污水处理单元80和第二污水处理单元90手动操作数据、故障检修信息以及维护信息。
以下通过具体示例说明各个功能模块的作用。
作为污水处理自动化的一部分，SCADA数据采集子系统10包括SCADA系统和与其直接或间接相连的传感器、PLC等装置，可以独立完成监督控制的功能，代替人维持污水处理脱氮除磷流程的持续进行。
考虑到SCADA系统具有自动记录各传感器所测参数的变化和发送给推流器、鼓风机等的控制指令的能力，本示例集成这部分功能，将其作为全流程数据可回溯系统的一部分。
以进水沉沙单元为例，表1给出了SCADA数据采集子系统10所记录数据的对象及数据种类。
表1采集数据的对象及种类
由于SCADA系统的数据记录有时间戳，即每个传感器、执行器的测量值或状态值的变化都会有一个对应的时刻，这样可以根据时间回溯出：(1)每个时刻，传感器、执行器的测量值或状态值；(2)每个时段，传感器、执行器的测量值或状态值的变化及其趋势。
作为示例，考虑到SCADA系统的数据存储能力可能有限，并且回溯时可能需要在原有系统上增加数据查询与显示功能，因此本实施例设计的污水处理全流程数据可回溯系统将只利用现有SCADA系统的数据采集功能，而数据的存储、查询与显示等功能将作统一处理。
过程控制子系统20用于连接第二污水处理单元90。当第二污水处理单元90处于自动运行状态时，过程数据可以自动采集并存储。
OPC接口系统50，所要解决的主要技术问题是SCADA系统与其它控制系统的集成问题，使得所有的过程数据都可以统一存储到一个过程数据库中。
OPC定义了自动化应用中使用的一整套接口、属性和方法的标准集，其目的是实现不同厂商的设备和应用程序之间的接口标准化，以实现工业自动化系统中独立单元之间标准化的互联互通。过程数据库401具有OPC接口。SCADA系统本身也支持OPC协议，使用时选择需要访问的服务器，便可访问到服务器中通过硬件设备采集到的数据。
而对于未与SCADA相连的第二污水处理单元90的控制系统，视实际情况，有三种可能的方案供其连入过程数据库401：
(1)控制系统本身支持OPC协议。
这种情况最简单，可以将控制系统设为客户端，而过程数据库设为服务器，实现由控制系统向过程数据库401的可靠数据传输。
(2)采用通讯协议转换器。
为解决工业通讯中设备种类繁多、通讯协议多样化的问题，现在市场上已有多种通讯协议转换器。其核心软件时一个脱离于具体硬件设备的接口通信服务平台，依据其特殊设计的数据结构和算法，可以简化系统中异种协议的转化和系统联网过程，使异种协议容易接入并可转换为标准协议(如OPC等)并与其它系统联网。
若控制系统本身采用了某种通讯协议转换器支持的接口协议，此时要实现待接入控制系统向过程数据库401的数据传输，只需在控制系统和过程数据库401之间设置通讯协议转化器。首先，应用某种通讯协议实现控制系统和通讯协议转换器之间的通讯。然后，应用OPC协议实现通讯协议转化器和过程数据库401之间的通讯。
(3)开发OPC接口。
这最麻烦且耗时的实现方式，但也是某些特殊情况下的唯一选择。在控制系统端，通过编码实现OPC接口，再将其与过程数据库401相连。
业务数据记录子系统30的作用是将SCADA系统的“手动”操作、仪表和设备故障的检修信息以及其它与污水处理工艺密切相关的维护信息(如人员、费用)等业务数据输入到本示例的污水处理数据回溯系统100，并存入到业务数据库402中。考虑这部分信息内容丰富、形式多样，业务数据将由污水处理厂的技术人员或专门操作人员手工录入。
用户终端的输入模块601可为电脑、手机或其它手持式输入设备。由于电脑的移动性较差，操作人员在远离中控室的位置处进行工作时，完全靠人脑记录操作信息可能存在不及时、不全面的问题。因此，需要操作人员随身携带纸笔或甚至录像设备，随时记录关键的操作信息，并事后尽早输入业务数据记录子系统30。
业务数据库402根据需要可选为关系数据库Mysql、SQL或Oracle等。
而业务数据记录子系统30的内容与污水处理工艺、SCADA系统的监控仪表和设备密切相关，结合污水处理全流程数据可回溯的需求，按照SCADA系统对污水处理三元的划分，设计相应的业务数据输入界面和输入项。图3示出进水沉沙工艺段的业务数据输入界面的示例。
根据表1，图3中的手动设备可能为粗格栅机、细格栅机、输送机、进水泵、搅拌机、提砂泵和砂水分离器。需要说明的是，所用的同名设备可能不止一个。因此，需要同时记录设备的名称和编号。当设备由非故障原因转到手动状态时，粗细格栅机、输送机、搅拌机、提砂泵和砂水分离器的操作内容比较简单，仅涉及到电机的启动和停止。而对于进水泵，因其速度可调，图3操作内容部分需记录进水泵驱动电机可能所处的各种不同状态和时长。描述电机处于不同状态涉及的参数可能包括驱动电流、频率等。
软件子系统40由数据库和用户开发模块组成。它的主要作用是存储过程控制子系统20获取的过程数据和业务数据记录子系统的业务数据，以支持回溯或分析的功能，并能通过与用户终端60或第三方系统70的通讯，帮助用户实现污水处理全流程数据的查询和报表分析等功能。
过程数据库401是以时间序列方式对数据进行压缩存储，以资产表的方式数据对数据进行访问，具有读写速度快、维护方便等优点。它作为一个独立的Windows服务运行，常用于处理实时变化的数据，以满足工业生产管理实时应用的需求。污水处理全流程可回溯系统用过程数据库401存储来自过程控制子系统20的实时数据，既兼顾了实时性的要求，又能最大限度地减少存储空间，降低磁盘空间占有率。本申请应用过程数据库401，不仅用来存储数据值，还用来存储数值相关的时间戳、质量属性和静态信息，如测量单位和标签描述等。此外，实时数据的部分汇总分析也将在这部分来完成，如计算平均值、标准差、最大值/最小值等。
业务数据库402可为关系数据库，包括Mysql、SQL或Oracle等，它是以二维表格方式实现对数据的存储和访问。它虽然不具有实时性的特点和数据压缩功能，但是它以消耗系统资源和降低系统性能为代价实现了数据恢复功能，保持了存储数据的完整性和一致性。本申请实施例选择关系数据库作为业务数据库，存储来自业务数据记录子系统的输入数据，实现对文本类型业务数据的完整记录。
为了有效地存储数据，同时满足业务数据记录的检索、查询等应用需求，采用E-R图理论构造最优的数据库模式，利用概念模型把现实世界的实体模型转化为计算机存储形式，建立关系数据库系统。E-R图也称为实体—联系图(Entity Relationship Diagram)提供了表示实体类型、属性和联系的方法，用来描述现实世界的概念模型。
在E-R图中，有如下四个成分：矩形框：表示实体，在框中记入实体名；菱形框：表示联系，在框中记入联系名；椭圆形框：表示实体或联系的属性，在框中记入属性名。对于主属性名，在名称下画一下划线；连线：实体与属性之间，实体与联系之间，联系与属性之间用直线相连，并在直线上标注约束的类型。在E-R图中，存在3种一般性约束：一对一约束(1:1)、一对多约束(1:m)和多对多约束(m:n)。
图4示出进水沉沙单元业务数据输入界面的内容所对应的E-R图。进水沉沙单元业务数据的主要用途是记录不同人员对各种设备的操作，操作包括可能的维修或手动两种形式。因此，该图中涉及到的实体为人员和设备，联系为维修和手动。其中，人员的属性“工号”和设备的属性“编号”为主属性。由于在某一工艺段，可能有一到多名人员参与到多个设备的维修或手动操作活动中，E-R图中连线上的约束选取为多对多约束(m:n)。
为了将图4中的E-R图用于关系数据库的设计，还要将实体类型和联系类型转换成关系模式。这里单下划线表示关系模式的主键，用双下划线表示关系模式的主键和外键。
人员(工号，姓名)
设备(编号，名称)
维修(开始时间，结束时间，故障原因，故障处理，备注)
手动(开始时间，结束时间，手动原因，操作内容，备注)
在一个示例中，业务数据库402包括污水处理单元的维修表和手动操作表；维修表记录人员工号、设备编号、维修开始时间、维修结束时间、故障原因、故障处理过程；手动操作表记录人员工号、设备编号、手动操作开始时间、手动操作结束时间、手动操作原因、手动处理过程。
在一个实施例中，用户终端60可采用浏览器/服务器(B/S)模式将Web浏览器作为用户终端60的访问界面，用户可通过Web浏览器的交互界面输入查询信息。
用户开发模块可建立与查询终端的通信，从查询终端接收查询请求，响应于查询请求，对过程数据和业务数据进行查询检索，并将查询结果发送到查询终端。
用户开发模块还可响应于查询请求，对过程数据和业务数据进行统计分析，并将统计结果发送到查询终端。
在一个实施例中，用户终端60可包括：用户访问模块(未示出)，用于针对不同用户设置角色和访问权限；回溯查询模块(未示出)，用于接收查询请求；统计分析模块(未示出)，用于对过程数据和业务数据进行统计分析；报警管理模块(未示出)，用于设置报警条件、显示报警信息和取消报警；仓储管理模块(未示出)，用于记录与污水处理流程相关的传感器、仪表或耗材的库存和使用；人员管理模块(未示出)，用于管理与污水处理流程相关的人员和工作量。
用户终端60将支持污水处理全流程上的所有人员同时访问软件子系统40，根据各自角色登录系统，完成数据的输入与查询。图5示出进水沉沙段进水流量变化过程数据的查询界面的示例，并给出了回溯结果。
综上所述，本申请实施例的污水处理数据回溯系统100建立在SCADA系统之上，通过整合SCADA系统的过程数据和人员手工输入的业务数据，实现污水处理全流程的全面的数据记录、存储与查询。凡是采用类似思路达到同样目的的，都在本申请的保护范围之内。
若污水处理厂的信息水平过低，无SCADA或类似系统，这需要再搭建一个SCADA系统，以实现污水处理全流程数据可回溯系统。但此种情况仍在本申请的所述范围之内。
污水处理工艺很多，本申请所提及的包括进水沉沙、水解酸化、生化处理、加药消毒和污泥脱水工艺流程只是其中之一，并以此为例。但本申请所设计数据可回溯系统将不依赖于某一具体的污水处理流程。
本申请的实施例致力于将数据的采集与存储扩展到污水处理的生产全流程，解决不同时期、不同污水处理厂生产能力(如污染物去除效率、能耗水平等)的公平、客观对比的问题。该系统可以帮助污水处理厂的运维人员、管理人员和其他专业技术人员系统全面的分析所用污水处理工艺是否合理有效、自控系统的运行是否稳定可靠、所施加的人为操作是否正确及时、所消耗的能源和物资是否足够节省，并为污水处理工艺、自控系统、人为操作和用能效率的进一步改进提高奠定基础。
本申请的实施例基于污水处理厂现有SCADA系统，并充分利用其数据采集与存储能力，并在此基础上进行扩展。这既加快了系统搭建成本，又缩短了系统部署时间。
实施例二
图6示出根据本申请的实施例的污水处理数据回溯方法的流程图。
参照图6，在步骤S10中，采集第一污水处理单元的实时运行数据。
污水处理系统可包括第一污水处理单元和第二污水处理单元；优选地，通过SCADA数据采集子系统采集第一污水处理单元的实时运行数据。
例如，可通过SCADA数据采集子系统与第一污水处理单元的工艺流程底层的各种传感器和仪表直接连接，或者，可通过PLC与各种传感器和仪表间接连接，以采集传感器和仪表检测的实时运行数据。
在步骤S20中，采集第二污水处理单元的实时运行数据。
优选地，通过过程控制子系统采集第二污水处理单元的实时运行数据。
在步骤S30中，将第一污水处理单元的实时运行数据和第二污水处理单元的实时运行数据合并作为过程数据存储到过程数据库中。
过程数据库是以时间序列方式对数据进行压缩存储，以资产表的方式数据对数据进行访问，具有读写速度快、维护方便等优点。它作为一个独立的Windows服务运行，常用于处理实时变化的数据，以满足工业生产管理实时应用的需求。
在步骤S40中，记录第一污水处理单元和第二污水处理单元的业务数据，并将该业务数据存储到业务数据库中。
作为示例，业务数据可包括：第一污水处理单元和第二污水处理单元手动操作数据、故障检修信息以及维护信息。
优选地，业务数据库可为基于E-R图构造的关系数据库。E-R图包括实体、联系、实体的属性、联系的属性、实体与属性之间的约束、实体与联系之间的约束、联系与属性之间的约束。
作为示例，业务数据库根据需要可选为关系数据库Mysql、SQL或Oracle等，它是以二维表格方式实现对数据的存储和访问。它虽然不具有实时性的特点和数据压缩功能，但是它以消耗系统资源和降低系统性能为代价实现了数据恢复功能，保持了存储数据的完整性和一致性。
在步骤S50中，可对过程数据和业务数据进行处理，以实现对过程数据和业务数据的回溯。
在一个实施例中，污水处理数据回溯方法还可包括：建立与用户终端的通信，并从用户终端接收查询请求。例如，可采用浏览器/服务器(B/S)模式将Web浏览器作为用户终端，用户可通过Web浏览器的交互界面输入查询信息。
返回参照图6，步骤S50还可包括：响应于查询请求，对过程数据库和业务数据库进行查询；将查询结果发送到用户终端。例如，可响应于从用户终端接收的查询请求，查询和检索对应的数据。查询结果可被发送到用户终端并被显示。
根据本申请的另一实施例，步骤S50还可包括：响应于查询请求，对过程数据库和业务数据库进行统计分析；将统计结果发送到用户终端。例如，可响应于从用户终端接收的查询请求，对过程数据库和业务数据库进行统计分析。统计结果可被发送到用户终端并被显示。
根据本申请的示例性实施例还提供一种污水处理的控制系统。该控制系统包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行如上所述的污水处理数据回溯方法的计算机程序。
根据本申请的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行上述污水处理数据回溯方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
采用本申请的示例性实施例的上述污水处理数据回溯方法和系统，能够将MES技术引入污水处理领域，基于污水处理厂现有的SCADA系统，充分利用其数据采集能力并在此基础上进行数据采集和集成的扩展，从而在节省成本的同时，提高污水处理流程的自动化效率。
尽管已经参照本申请示例性实施例具体显示和描述了本申请，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。
Claims (17)
1.一种应用于污水处理厂的污水处理数据回溯方法，其特征在于，所述污水处理厂包括进水沉沙单元、水解酸化单元、生化处理单元、加药消毒单元和污泥脱水单元，其中，在所述生化处理单元中使活性污泥利用曝入的空气与污水中的污染物进行生化反应，起到脱氮除磷的作用，所述加药消毒单元用于向生化处理后的污水中加入聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和二氧化氯以达到絮凝沉淀和消毒的目的，
所述污水处理数据回溯方法包括：
通过SCADA数据采集子系统采集第一污水处理单元的实时运行数据，其中，所述第一污水处理单元包括进水沉沙单元、水解酸化单元和生化处理单元；
通过过程控制子系统采集第二污水处理单元的实时运行数据，其中，所述第二污水处理单元包括加药消毒单元和污泥脱水单元；
通过OPC接口系统将所述第一污水处理单元的实时运行数据和所述第二污水处理单元的实时运行数据合并作为过程数据存储到过程数据库中；
记录第一污水处理单元和第二污水处理单元的业务数据，并将所述业务数据存储到业务数据库中；
对所述过程数据和所述业务数据进行处理，以实现对所述过程数据和所述业务数据的回溯，从而整合污水处理流程中所涉及的过程数据和业务数据，系统而全面地记录污水处理的各种历史状态和行为，以实现流程中所涉及的全部数据的获取与存储。
2.如权利要求1所述的污水处理数据回溯方法，其特征在于，污水处理系统包括所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元；其中，
所述第一污水处理单元与所述SCADA数据采集子系统连接；
所述第二污水处理单元与所述过程控制子系统连接。
3.如权利要求1所述的污水处理数据回溯方法，其特征在于，所述污水处理数据回溯方法还包括：
建立与用户终端的通信，并从所述用户终端接收查询请求，
其中，对所述过程数据和所述业务数据进行处理，以实现对所述过程数据和所述业务数据的回溯的步骤包括：
响应于所述查询请求，对所述过程数据库和所述业务数据库进行查询；
将查询结果发送到所述用户终端。
4.如权利要求3所述的污水处理数据回溯方法，其特征在于，对所述过程数据和所述业务数据进行处理，以实现对所述过程数据和所述业务数据的回溯的步骤还包括：
响应于所述查询请求，对所述过程数据库和所述业务数据库进行统计分析；
将统计结果发送到所述用户终端。
5.如权利要求3所述的污水处理数据回溯方法，其特征在于，所述业务数据包括：第一污水处理单元和第二污水处理单元的手动操作数据、故障检修信息以及维护信息。
6.如权利要求1所述的污水处理数据回溯方法，其特征在于，所述业务数据库为基于E-R图构造的关系数据库；其中，
所述E-R图包括实体、联系、实体的属性、联系的属性、实体与属性之间的约束、实体与联系之间的约束、联系与属性之间的约束。
7.一种应用于污水处理厂的污水处理数据回溯系统，其特征在于，所述污水处理厂包括进水沉沙单元、水解酸化单元、生化处理单元、加药消毒单元和污泥脱水单元，其中，在所述生化处理单元中使活性污泥利用曝入的空气与污水中的污染物进行生化反应，起到脱氮除磷的作用，所述加药消毒单元用于向生化处理后的污水中加入聚合氯化铝、聚丙烯酰胺和二氧化氯以达到絮凝沉淀和消毒的目的，
所述污水处理数据回溯系统包括：
SCADA数据采集子系统，用于采集第一污水处理单元的实时运行数据，其中，所述第一污水处理单元包括进水沉沙单元、水解酸化单元和生化处理单元；
过程控制子系统，用于采集第二污水处理单元的实时运行数据，其中，所述第二污水处理单元包括加药消毒单元和污泥脱水单元；
OPC接口系统，用于将所述第一污水处理单元的实时运行数据和第二污水处理单元的实时运行数据合并作为过程数据存储到过程数据库中；
业务数据记录子系统，用于记录第一污水处理单元和第二污水处理单元的业务数据，并将所述业务数据存储到业务数据库中；
软件子系统，包括所述过程数据库、所述业务数据库和用户开发模块，其中，所述用户开发模块用于对所述过程数据和所述业务数据进行处理，以实现对所述过程数据和所述业务数据的回溯，从而整合污水处理流程中所涉及的过程数据和业务数据，系统而全面地记录污水处理的各种历史状态和行为，以实现流程中所涉及的全部数据的获取与存储。
8.如权利要求7所述的污水处理数据回溯系统，其特征在于，污水处理系统包括所述第一污水处理单元和所述第二污水处理单元；其中，
所述第一污水处理单元与所述SCADA数据采集子系统连接；
所述第二污水处理单元与所述过程控制子系统连接。
9.如权利要求7所述的污水处理数据回溯系统，其特征在于，所述污水处理数据回溯系统还包括用户终端；
所述用户终端用于接收用户的查询请求；
所述用户开发模块包括用户终端接口模块和追踪引擎模块；其中，
所述用户终端接口模块建立与所述用户终端的通信，从所述用户终端接收所述查询请求；
所述追踪引擎模块响应于所述查询请求，对所述过程数据库和所述业务数据库进行查询，并将查询结果发送到所述用户终端。
10.如权利要求9所述的污水处理数据回溯系统，其特征在于，所述追踪引擎模块还响应于所述查询请求，对所述过程数据库和所述业务数据库进行统计分析，并将统计结果发送到所述用户终端。
11.如权利要求9所述的污水处理数据回溯系统，其特征在于，
所述用户终端还用于通过输入模块生成业务数据；其中，
所述业务数据包括第一污水处理单元和第二污水处理单元的手动操作数据、故障检修信息以及维护信息。
12.如权利要求7所述的污水处理数据回溯系统，其特征在于，所述OPC接口系统包括：OPC通讯协议转换器或者OPC接口。
13.如权利要求7所述的污水处理数据回溯系统，其特征在于，所述用户开发模块包括过程数据绑定模块和业务数据绑定模块；其中，
所述过程数据绑定模块用于将过程数据通过OPC接口系统存储至过程数据库；
所述业务数据绑定模块用于将业务数据存储至业务数据库。
14.如权利要求7所述的污水处理数据回溯系统，其特征在于，所述业务数据库为基于E-R图构造的关系数据库；其中，
所述E-R图包括实体、联系、实体的属性、联系的属性、实体与属性之间的约束、实体与联系之间的约束、联系与属性之间的约束。
15.如权利要求14所述的污水处理数据回溯系统，其特征在于，
所述业务数据库包括污水处理单元的维修表和手动操作表；其中，
所述维修表记录人员工号、设备编号、维修开始时间、维修结束时间、故障原因、故障处理过程；
所述手动操作表记录人员工号、设备编号、手动操作开始时间、手动操作结束时间、手动操作原因、手动处理过程。
16.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现权利要求1至6中的任一项所述的污水处理数据回溯方法。
17.一种污水处理的控制系统，所述控制系统包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至6中的任一项所述的污水处理数据回溯方法。
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