CN113900420A - 冶金企业水生态数字化管控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冶金企业水生态数字化管控系统及方法，其中的系统包括水处理单元模块、数据接收系统和智能控制中心，所述水处理单元模块采集本单元数据并上传数据至所述数据接收系统进行分析处理，所述智能控制中心根据所述数据接收系统的分析处理结果，所述水处理单元按照所述智能控制中心发送的所述对应的指令控制所述水处理单元模块内部的水处理操作，并将处理过的水送达指定的用水点或送达下一个水处理单元进行对应处理。本发明在全厂水系统中通过数字化管控的方法从节约资源、保护环境的方向出发建立冶金企业内水处理工艺的最优处理方法，在满足用水需求前提下，各水处理单元不过度处理，药剂不过度投加，最终实现节水、减污、节能的目的。

Description

冶金企业水生态数字化管控系统及方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及工业水处理技术领域，特别涉及一种冶金企业水生态数字化管控系统及方法。

背景技术

随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。因此，对于保护环境来说，工业废水的处理越来越重要。

目前，在现有技术中，针对工业废水的处理主要是去除化学需氧量、悬浮物、石油类、重金属及有毒有害物质等。工厂里生产上用过的水有三种处置方式：①不经过处理或经必要的处理后再次使用。有时回用于本工艺过程，构成循环用水系统；有时供其他工艺过程使用。构成循序用水系统。②在厂内作必要的预处理，满足相关标准对水质的要求后排入城市污水管道或合流管道。③在厂内处理，使水质达到排放水体或接入城市雨水管道或灌溉农田的要求后直接排放。

其中，针对处置方式①涉及到的循序用水系统中，在供水方面，工业企业中各用水点用水要求有很大的不同。一方面需要针对不同的用水要求提供不同水质的供水，另一方面，用水点要求高的工段的水在使用过后可继续串级复用于用水要求低的工段。其次，在排水方面工业企业排水种类多，水质差别大，需要根据水质差别，建设不同的水处理工段，选用不同的处理工艺和设备。最后，冶金工业企业对用水安全性的要求非常高，多处供水、用水单元需要万无一失。在现有技术中，没有针对性的完整的系统解决方案。

同时，厂区内工业水系统的各种参数庞杂纷乱，只按照处理单元的范围进行分类表述，未能以合理的数据结构和表达方式呈现为对整体操作有指导意义的决策依据。

现在随着科技的进步，我国在水务处理发展经过可分为三个阶段。水务1.0阶段，以自动化控制为核心，着眼于工艺优化以及生产效率的提升；水务2.0阶段，以企业信息化为核心，更多地在企业资源管理、移动应用、算法应用方面进行突破；水务3.0阶段，则是大数据、人工智能、区块链的综合应用。

例如，申请号为CN202010169820.9的中国发明专利所公开的一种基于云计算的水厂智能优化辅助决策系统，包括云计算数据中心、浑水水泵预测模块、提升泵房预测模块、消耗预测模块、排泥优化模块、反冲洗优化模块和配置模块，浑水水泵预测模块、提升泵房预测模块、消耗预测模块、排泥优化模块，反冲洗优化模块和配置模块均可与云计算数据中心进行数据交换。底层硬件接收数据，在云服务端，根据自来水公司技术人员提供的数学公式函数，计算给出相应的建议。在实际业务中，需要人机交互对数据库进行处理后上传云端，计算出相应的材料的加减量，针对全自动化操作的问题没有实现。

申请号为CN201911413030.4的中国发明专利所公开的智慧水务物联网在线监测平台及方法，包括现场数据采集装置、数据传输设备、服务器、运维终端和远程监控设备；所述服务器包括以下模块：数据接收模块、数据处理模块、数据展示模块和运维警报模块，运维警报模块用于在数据处理模块预判出存在故障时，将故障节点和故障节点对应的地理位置发送至运维终端通知运维人员进行维护。主要解决了水务系统维护以及突发事件的快速反应的问题，针对水务系统全自动化操作问题没有解决。

申请号为CN201711483845.0的中国发明专利所公开的一种基于云平台的智慧水务控制系统及方法，包括主控系统、数据显示系统、数据存储系统、数据控制系统和数据定位系统，各系统相互通信连接；其中主控系统能根据各污水处理厂的原始数据、生产运行数据和实时生产运行数据，对各污水处理厂的运行状态进行显示；及根据生产运行数据与获取的实时生产运行数据确定各污水处理厂生产运行实时状态，并显示各污水处理厂生产运行实时状态；及根据获取的生产运行计划数据与维护组的定位数据确定对各污水处理厂的维护相关工作状态，并对各污水处理厂的维护相关工作状态进行显示。该系统解决了各分散型污水处理厂不易集中控制的问题，提升对各污水处理厂的监控、控制和管理效率。该专利针对污水处理厂的数据进行实时监控，智能管理，针对污水的二次利用的问题没有解决。

上述提及的相关的案例中，大多是针对市政给水、排水系统，而市政用水、排水的特点和冶金工业有很大的区别，在市政领域适用的方法、技术用到工业领域一部分技术不适用。例如在在供水方面，工业企业中各用水点用水要求有很大的不同。一方面需要针对不用的用水要求提供不同水质的供水，另一方面，用水点要求高的工段的水在使用过后可继续串级复用于用水要求低的工段；在排水方面，工业企业排水种类多，水质差别大，需要根据水质差别，建设不同的水处理工段，选用不同的处理工艺和设备；冶金工业企业对用水安全性的要求非常高，多处供水、用水单元需要万无一失，然而市政领域的智慧水务系统在此方面没有针对性的解决方案。

申请号为CN202010242445.6的中国发明专利所公开的一种工业给水排水处理系统及方法，包括给水系统、排水系统、回用水系统，其中，给水系统通过排水系统与回用水系统相连接。工作方法是生活废水通过进入过滤装置进行处理；经过滤装置处理过的生活废水进入集水池；启动电机将杂物清理干净；经过集水池处理的水进入超滤过滤器处理后通过回水泵输送至生产用水管道、生活给水管道。该发明专利针对废水不仅仅做了过滤处理，针对过滤后符合标准的废水通过回水泵，输送至生产用水管道和生活给水管道，但是，没有针对废水处理程度、废水处理药剂投放比例、生产所需用水标准等问题制定解决方案，方案最优解等问题没有提供解决方案。

发明内容

为了实现上述发明目的，本发明提供一种冶金企业水生态数字化管控系统及方法，创造性的从冶金企业水系统中多项关键实时水处理工艺数据入手，采用大数据协同、动态迭代最优解的方式，经工程师审核确认，得出水系统最优操作参数，达到如下效果：取水量最低，水处理能耗、药耗最低，排水、排渣量最低。

其中，冶金企业水生态数字化管控系统包括水处理单元模块、数据接收系统和智能控制中心，所述水处理单元模块采集本单元数据并上传数据至所述数据接收系统进行分析处理，所述智能控制中心根据所述数据接收系统的分析处理结果发送对应的指令至所述水处理单元，其特征在于：所述水处理单元模块包括如下水处理单元：原水处理单元、软化水处理单元、除盐水处理单元、各净循环水处理单元、各浊循环水处理单元、综合废水处理单元、氨氮废水处理单元、污酸污水处理单元、回用水处理单元、污泥水处理单元、浓盐水处理单元和趋零排放水处理单元；所述水处理单元按照所述智能控制中心发送的所述对应的指令控制所述水处理单元模块内部的水处理操作，并将处理过的水送达指定的用水点或送达下一个水处理单元进行对应处理。

为了实现上述目的，基于上述冶金企业水生态数字化管控系统，本发明提供一种冶金企业水生态数字化管控方法，包括以下步骤：

S1、导入程序：在水处理单元中导入智能控制中心指定模式和变量参数为固定程序；

S2、数据采集：各水处理单元将本单元事先指定的各项关键参数按照固定格式进行采集并上传；

S3、数据接收：通过数据接收模块接收水处理单元上传的实时数据；

S4、数据处理：通过数据处理平台，按照系统预设程序对所述数据接收模块上传的实时数据进行处理；

S5、数据上传：通过所述数据处理平台将处理完成的数据上传至所述智能控制中心；

S6、数据分析并形成指令：所述智能控制中心根据机器学习及人工优化所得出的算法，计算出当前数据下的各水处理单元操作参数的最优解范围，并根据此最优解，形成对各水处理单元的指令。

S7、发送指令：通过所述智能控制中心按照算法得出的指令发送至所述水处理单元；

所述水处理单元根据所述指令进行操作后，将所述各项参数再次按照预设格式进行采集并上传，循环S2到S7的步骤。

冶金企业采取上述水生态数字化管控系统，通过水处理单元模块、数据接收系统和智能控制中心，三大模块之间信息互联互通，在以智能控制中心为主体的闭环智能调控系统下，实时有效的对水处理模块上传数据的远程监控和指令的下达，达到节水、节能、减排的效果。

附图说明

图1是本发明实施例的冶金企业水生态数字化管控方法的流程图。

图2是本发明实施例的冶金企业水生态数字化管控系统的逻辑关系图。

图3是本发明实施例的冶金企业水生态数字化管控系统的水处理单元模块关系架构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在实际水生态系统运行中，各用水、排水系统并不是孤立的、静态的，而是相互联系、时刻变化的状态。

以用水量最大的净环水系统为例，净环水在冷却使用过程中，会添加各种药剂，空气中的灰尘会进入，水中也会滋生藻类，这样水质会变差。循环水会蒸发一部分，被风吹走一部分，还会排掉一部分，这样水量会减少。蒸发掉的水会把盐分留在体系内，这样水中盐分会升高。为维持净环水系统的正常运行，需要排掉一部分含盐高的、水质差的水，补充干净的、盐分低的新水或软水、除盐水、回水进入系统，来维持整体水质控制在合理范围内。

如图3所示，是本发明实施例的冶金企业水生态数字化管控系统的水处理单元模块关系架构图，从中可以看出，进入净环系统的回水渠道具有多样性，具体可以是生产水、软化水、除盐水、一级反渗透回水、二级反渗透回水、蒸发冷凝液这些水的各种不同组合，这些组合对应着不同的水处理程度和处理费用，肯定存在一个最优解或最优解的范围。

这个最优解在粗放的用水方式中是无法找到的，在以往对取水、排水没有严格限制时针对废水的处理没有这么严格的要求，直接多取新水、多排废水就达到国家排放废水的标准。但现在随着国家对取水、排水控制日益严格，这个最优解的意义就愈发重要。因此，本发明提供一个水生态系统及方法，通过对整个水系统中的每个节点的处理，以及整个大系统的统筹规划，结合大数据数字化计算找出一个最优解或最优范围，实现对整个水生态系统的用水、回水、排水过程以及药剂的投放做出最合理的规划。

本发明涉及的水生态系统建立的数字化平台可对全厂取水点、工艺用水点、水处理工段及最终排水点实时监控，根据不同用水点最优水质、水量范围以及实时取水、回水水质状态，动态调整水量平衡达到最优范围，在满足用水需求前提下，回水不过度处理，药剂不过度投加，高盐浓水水量及含盐量不无谓提升。最终达成节水、减污、节能增效。

在本公开的示例性实施例中，提供了一种冶金企业水生态数字化管控系统，请参考图2，是本发明实施例的冶金企业水生态数字化管控系统的逻辑关系图，包括水处理单元模块、数据接收系统、智能控制中心三大模块，其中，水处理单元模块上传数据至数据接收系统，智能控制中心根据数据接收系统上传的数据发送对应的指令至水处理单元。

具体的，水处理单元模块包括如下水处理单元：原水处理单元、软化水处理单元、除盐水处理单元、各净循环水处理单元、各浊循环水处理单元、综合废水处理单元、氨氮废水处理单元、污酸污水处理单元、回用水处理单元、污泥水处理单元、浓盐水处理单元和趋零排放水处理单元，在实际应用，包括但不限于上述水处理单元，可根据实际情况增加对应水处理单元。

水处理单元按照智能控制中心发送的对应的指令控制水处理单元模块内部的循环水流入指定的水处理单元进行对应处理。

下面分别对水处理单元模块、数据接收系统和智能控制中心进行详细说明。

具体的，水处理单元模块设置在冶金企业厂内，由于冶金企业厂内排水种类多，水质差别大，需要根据水质差别，建设不同的水处理工段，选用不同的处理工艺和设备，比如，生产主工艺需要的水质要求是软化水，则经过软化水处理单元处理的软化水输送至生产主工艺工段内。其中，水处理单元可以包括上述水处理单元模块中的水处理单元但不仅限于上述水处理单元，根据工厂的工艺要求，建设对应的水处理工段。水处理单元用于冶金企业中全厂的给水、循环水、排水流程中水质工艺处理。通过不同的水处理单元有针对性的对不同水质进行处理，实用性更强，使工业用水更加灵活。

更加具体的，如图3所述，是本发明实施例的冶金企业水生态数字化管控系统的水处理单元模块架构图，从图片可知，生产新水可以是市政系统统一供应的工业用水、厂内循环水，其中工业用水包括地表水、地下水、自来水，根据冶金企业中具体生产产品的主工艺对生产新水进行相应的水质处理，水处理单元可以是软化水处理单元、除盐水处理单元、各净循环水处理单元、氨氮废水处理单元、污酸污水处理单元。

综合废水处理单元包括预处理除硬工段、过滤工段、一级超滤反渗透工段，氨氮废水处理单元和污酸污水处理单元出水传输至综合废水处理单元中的预处理除硬工段，并且接收生产主工艺输出的氨氮废水和污酸、酸性废水，其中，氨氮废水处理单元输出氨水至生产主工艺。预处理除硬工段出水至过滤工段，经过处理，一部分过滤回水传输至各浊循环水处理系统，另一部分传输至一级超滤反渗透工段。在一级超滤反渗透工段中，一部分一级反渗透回水传输至软化水处理单元、除盐水处理单元、各净循环水处理单元，另一部分一级反渗透浓水传输至浓盐水处理单元及趋零排放水处理单元。

浓盐水处理单元及趋零排放水处理单元包括二级超滤反渗透工段、低品位热能蒸发工段，上述步骤得到的一级反渗透浓水传输至二级超滤反渗透工段处理，得到二级反渗透回水传输至各净循环水处理单元，二级超滤反渗透工段处理得到的浓水需要低品位热能蒸发工段处理，处理后经过蒸发得到的冷凝水传输至各净循环水处理单元，剩余浓水经过处理后返回全厂水系统，最终极少量母液近零排放或处置。

需要特别说明的是，预处理除硬工段除接收上述水处理单元的出水外，同时接收软化水处理单元、除盐水处理单元、各净循环水处理单元、各浊循环水处理单元、生产主工艺的排水进行处理。需要注意的是，上述各水处理单元包括但不限于上述流程关系，各水处理单元根据生产主工艺进行相应的水质处理。上述步骤的回水的处理工艺，使处理后的符合标准的回水应用在对水质要求不高的次级步骤中使用，达到节约水资源的目的。

综合废水处理单元和浓盐水处理单元及趋零排放水处理单元是回水处理中关键处理工艺，经过这两步处理，筛分出符合循环再利用的回水重新传输回系统内，不达标的浓水进行浓缩、蒸发减量，产生的淡水返回水系统，最终完全蒸干或只剩极少量的母液，达到趋零排放的效果。所剩极少量的母液按照国家规定进行排放或处置。

本发明充分考虑整个水生态系统在不同的工艺生产工段中引入的各类杂质、污染物，根据实时采集的水中杂质和污染物状况，动态迭代，调整不同排水进入不同处理工艺的配比，回水进入各用水工段的配比，水处理药剂投加的种类、剂量等，达到节水、节能、减排的效果。

具体的，每个水处理单元中均包括独立仪表系统、独立控制系统。独立仪表系统通过无线信号和数据接收系统相连，用于采集水处理单元内部设备运行数据、日常操作数据、设备运行参数、水处理药剂投加剂量、回水进入各用水工段的配比等，并且上传至数据接收系统；独立控制系统通过无线信号和智能控制中心相连，接收智能控制中心指令和控制水处理单元执行预设的处理程序，其中，处理程序导入水处理单元中为固定程序。

需要详细说明的是，水处理单元中的操作程序是智能控制中心中的机器学习模块通过一段时间的机器学习结合人工优化，迭代出不同现场条件下的全厂水生态最优控制模式和参数范围，并将以此模式及参数范围导入全厂各水处理单元的控制系统程序中成为操作程序，其中包括日常操作模式和参数范围。

更为具体的，在水处理单元中设置有声光报警装置，当出现水源水质变化、冶金工艺参数变化、等突发情况，导致操作程序出现控制参数偏移、程序数据异常等现象，此时，水处理单元中的声光报警装置发出声光报警，及时警示现场巡检人员以及工作人员此处出现异常状况。具体的，数据接收系统包括数据接收模块和数据处理平台，其中，在数据处理平台中设置有平台报警模块和数据库。数据接收模块，用于接收水处理单元上传的设备运行数据、日常操作数据以及实验室测试数据，存储在所述数据库中；数据处理平台，用于将数据库中的数据按照预设程序进行筛选，摒弃与整体数据偏差很大的无效数据，并将筛选后的数据发送至智能控制中心，以及，将筛选过程中超出系统预设范围的异常数据发送至平台报警模块。

具体的，平台报警模块具有记录报警次数以及反常数据的功能，当报警到达一定次数，相应操作人员针对报警中的反常数据以及反常数据所涉及的水处理单元的实际运行状况，综合分析，为后续智能控制中心预设的数据更改提供依据。

更为具体的，无效数据是与标准数据范围偏差很大的数据，属于测试设备在测试数据的过程中受到偶发事件的干扰等情况，造成测试数据有误，无实际意义的数据；反常数据是在标准数据范围附近但不符合标准范围的数据。

通过上述说明针对系统内报警模式进行归纳，主要有两种方式：设备直接报警、水处理单元内部设备数据出现异常，直接触发水处理单元中的声光报警系统进行警报；系统内部报警、通过数据处理平台中按照预设的程序对数据库中的数据进行推算、反演，计算出超出系统预设范围的反常数据发送至平台报警模块。双项措施保障整个水生态系统的正常运行。

如果，在实际的生产中，水处理单元的声光报警器和平台报警模块出现连续多次报警现象，日常巡视人员去现场巡视设备，寻找问题点，确定出现的状况对实际的生产是否有影响，经过工程人员的确认，在没有影响的情况下，人工干预将智能控制中心的数据进行修正，确保系统的正常运行。

具体的，智能控制中心包括数据分析模块、机器学习模块、决策建议模块。数据分析模块，用于分析数据处理平台上传的数据；机器学习模块按照预设算法，使用各水处理单元中独立仪表系统上传的海量历史数据不断模拟、迭代计算，计算结果通过数据分析模块对比不同历史数据和预设的结果，选出差距最小的最优解，并反选、反推最优操作参数范围，最后，决策建议模块对各水处理单元中的独立控制系统下达对应的操作指令。

具体的，决策建议模块控制所述水处理单元模块内部的水处理操作，并将处理过的水送达至指定的用水点，或者送达下一个水处理单元进行对应处理，此处所述的用水点是厂内需要用水地方。

具体的，智能控制中心实时接收数据处理平台上传的数据，包括采集水处理单元中的水中杂质、污染物状况、调整不同排水进入不同处理工艺的配比、回水进入各用水工段的配比、水处理药剂投加的种类、水处理药剂投加的剂量、设备运行数据以及实验室测试数据等。

需要特殊说明的是，智能控制中心内设置有安全保障模式，用以应对可能突发的状况。如水处理单元中突遇水泵故障、断电等情况，智能控制中心判定故障情况，并自动启动应急处理方案。列举一个实施例，例如系统水泵无法正常启动，此时，智能控制中心内部程序运算，自动启动柴油备用泵或者备用的水塔或者高位水箱等，同时发出警报通知厂内工作人员。针对突发状况及时应对并处理，减少不必要的损失及危险的可能性。

更为具体的，智能控制中心包括普通模式和可编辑模式，其中，普通模式具有监控功能，仅可对运行的水单元模块上的实施数据进行监控，实时观察整个系统的运行状态；可编辑模式具有发送远程指令和监控功能，包括普通模式的功能，在其基础上，具有远程发送指令的功能，远程指令需要程序和具有权限的工程师双重认证后，方可对原有状态进行改动。

需要特别强调的是，可编辑模式指令是最高级别。

更为具体的，智能控制中心针对所接收数据处理得到的相对应的数据结果显示在可视化平台上，特别注意的是，在日常巡检确认正常运转的状态下，智能控制中心为普通模式，仅具有监控功能，远程指令属于无效状态，对于确实需要程序干预的情况，需要程序和具有权限的工程师双重认证后，方可对原有状态进行改动。

本发明涉及的系统，采用实时数据作为依据，动态迭代出最优操作参数，进而控制现场水泵、阀门、加药装置、排泥排渣装置精准动作，保证供水水质在一个较小的冗余量内超出用水点要求，这样，在实际应用过程中，既可以满足用水点需要，又不过度处理，达到节水、节能、减排的效果。

上述冶金企业水生态数字化管控系统，一方面需要针对不同的用水要求提供不同水质的供水，另一方面，用水点要求高的工段的水在使用过后可继续串级复用于用水要求低的工段。本发明的水生态系统采用数据收集、筛选、分析、迭代计算的方式，采用实时数据作为依据，动态迭代出最优操作参数，进而控制现场水泵、阀门、加药装置、排泥排渣装置精准动作，保证供水水质在一个较小的冗余量内超出用水点要求，这样，既可以满足用水点需要，又不过度处理，达到节水、节能、减排的效果。

作为一个具体实施例，当各水处理单元遇到因有水源水质变化、冶金工艺参数变化、突发情况等情况，导致水生态系统出现控制参数偏移、系统报警等情况，水处理单元中的声光报警装置及数据接收处理平台中的平台报警模块均发出报警信号，智能控制中心根据水处理单元的实时情况结合迭代计算结果及工程师指令，给出以下两种操作建议。

第一、对偶发的、短期的系统变化，在系统回复正常后维持原有固定程序的模式和数据参数。

第二、对长期的系统变化，智能控制中心根据变化后的新情况重新制定算法，具体的，使机器学习模块重新学习、人工优化出新的最优控制模式和参数，并固化至水处理单元的独立控制系统中。

至下次系统控制参数偏移、报警等情况时，重复以上步骤操作。

日常操作时，如系统正常，水处理单元中控制参数未发生偏移，平台报警模块未报警，各水处理单元按照固定程序中固化的操作模式及参数运行，中央智能控制中心仅对各单元进行监控，不发出指令。

更为具体的，工程师通过智能控制中心的可视化平台及各单元控制平台，可对水处理单元模块，数据接收系统，智能控制中心可全程监控，并采用人机交互的方式对报警情况进行分析，其中，针对报警信号中具备紧急属性的，按照设定程序直接自动执行，不具备紧急属性的，采用人机交互的方式发出操作指令，对智能控制中心进行干预、修正。

为了实现上述目的，基于上述冶金企业水生态数字化管控系统，本发明提供一种冶金企业水生态数字化管控方法，如图1所示，是本发明实施例的冶金企业水生态数字化管控方法的流程图，包括以下步骤：

S1、导入程序：在水处理单元中导入智能控制中心指定模式和变量参数为固定程序。

具体的，智能控制中心内的机器学习模块学习各水处理单元海量历史数据不断模拟、迭代和工程师人工优化，针对冶金企业实际用水需求制定出最优的操作参数范围和操作模式作为水处理单元的固定程序。智能控制中心通过无线装置将制定的参数和模式导入水处理单元的独立控制系统。

特别强调的是，固定程序在日常操作之前，需要进行试运行一段时间，如整个水生态系统正常运行，智能控制中心的控制参数未发生偏移，水生态系统未报警，各水处理单元按照已固化的操作模式和参数正常运行，则水生态系统正式启动。

S2、数据采集：各水处理单元采集本单元中事先指定的各项关键参数的实时数据

具体的，实时数据包括水处理单元设备的运行数据以及水质的状况。运行设备包括闸门、水泵、加药装置、排泥装置、排渣装置等。水质状况包括水中杂质的状况、污染物的状况、水质的酸碱度、对应水处理单元水质重点参数的数据等。

S3、数据接收：通过数据接收模块接收水处理单元上传的实时数据。S4、数据处理：通过数据处理平台，按照系统预设程序对数据接收模块接收到的实时数据进行处理。

具体的数据处理平台包括对设备运行数据的整理、水质状况的数据整理，对比预设参数，内部形成大数据变化对照表，针对异常数据，依据程序预设算法处理。当超过预设范围时，数据处理平台内部的平台报警模块发送趋势预警信号。针对可能发生的异常，提前预警、及时处理、减少不必要的损失以及确保整个水生态系统正常运行。

S5、数据上传：通过数据处理平台将处理完成的数据上传至智能控制中心。

S6、数据分析并形成指令：智能控制中心根据机器学习及人工优化所得出的算法，得出当前数据下的各单元操作参数的最优解范围，并根据此最优解，形成对各水处理单元的指令。

S7、发送指令：通过所述智能控制中心按照算法得出的指令发送至所述水处理单元。

所述水处理单元根据上述指令进行操作后，将各项参数再次按照预设格式进行采集并上传，循环S2到S7的步骤。

具体的，每重复进行上述S2到S7的步骤一次，整个水生态数字化管控系统中的各项参数和整体协同进行优化，经过多次循环迭代后，整个水生态数字化管控系统逐步趋近于最优状态。当水生态数字化管控系统中有个别参数出现异常时，再次重复进行上述S2到S7的循环，重新使整个水系统逐步趋近于最优状态。

通过上述冶金企业水生态数字化管控系统及方法，至少具有以下优点：

1、针对日益严格的冶金企业用水排水环保要求，充分考虑了冶金企业取水、新水处理、用水、排水、废水处理及回用、零排放或趋零排放的特点及要求，创造性的从冶金企业水系统中多项关键实时水处理工艺数据入手，采用大数据协同、动态迭代最优解的方式，经工程师审核确认，得出水系统最优操作参数，进而控制现场水泵、阀门、加药装置、排泥排渣装置精准动作，保证供水水质在一个较小的冗余量内超出用水点要求，这样，既可以满足用水点需要，又不过度处理，达到节水、节能、减排的效果。

2、充分考虑了整个水系统在不同的工艺生产工段中引入的各类杂质、污染物，对整个水系统的影响，水处理单元根据实时接收的水中杂质和污染物状况，经过智能控制中心的数据分析模块动态迭代，调整不同排水进入不同处理工艺的配比，回水进入各用水工段的配比，水处理药剂投加的种类、剂量等，智能分析，整个过程全自动运转，减少操作人员工作内容，通过观察智能控制中心可视化平台中显示的数据并结合定时的现场巡检即可实现对水系统状态的把控。

3、针对冶金工业企业对用水安全性的要求非常高的特点，充分考虑了整个水系统的安全措施，对涉及到安全的操作程序及指令的改动，在智能控制中心设置程序，需要工程师的双重认证要求。同时，充分结合工业企业经过长期实践考验的安全保障模式，在程序上融入本系统中。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种冶金企业水生态数字化管控系统，包括水处理单元模块、数据接收系统和智能控制中心，所述水处理单元模块采集本单元数据并上传数据至所述数据接收系统进行分析处理，所述智能控制中心根据所述数据接收系统的分析处理结果，并发送对应的指令至所述水处理单元，其特征在于：

所述水处理单元模块包括如下水处理单元：原水处理单元、软化水处理单元、除盐水处理单元、各净循环水处理单元、各浊循环水处理单元、综合废水处理单元、氨氮废水处理单元、污酸污水处理单元、回用水处理单元、污泥水处理单元、浓盐水处理单元和趋零排放水处理单元；

所述水处理单元按照所述智能控制中心发送的所述对应的指令控制所述水处理单元模块内部的水处理操作，并将处理过的水送达指定的用水点或送达下一个水处理单元进行对应处理。

2.根据权利要求1所述的冶金企业水生态数字化管控系统，其特征在于，所述数据接收系统包括数据接收模块和数据处理平台，其中，

在所述数据处理平台中设置有平台报警模块和数据库；

所述数据接收模块，用于接收所述水处理单元模块上传的数据，存储在所述数据库中；

所述数据处理平台，用于将所述数据库中的数据按照预设程序进行筛选，摒弃与整体数据偏差很大的无效数据，并将筛选后的数据发送至所述智能控制中心，以及，将筛选过程中超出系统预设范围的异常数据发送至所述平台报警模块。

3.根据权利要求2所述的冶金企业水生态数字化管控系统，其特征在于，

在每个水处理单元中均设置有独立仪表系统和独立控制系统，其中，

所述独立仪表系统和所述数据接收模块相连，用于采集系统日常操作数据、设备运行数据、实验室测试数据并上传至所述数据接收模块；

所述独立控制系统和所述智能控制中心相连，用于接收所述智能控制中心的指令和控制所述水处理单元模块中的水处理单元执行预设的处理程序。

4.根据权利要求3所述的冶金企业水生态数字化管控系统，其特征在于，

在所述独立控制系统没接收到所述智能控制中心发出的指令时，所述水处理单元由其独立控制系统单独控制。

5.根据权利要求1或2所述的冶金企业水生态数字化管控系统，其特征在于，

在所述水处理单元中设置有声光报警装置。

6.根据权利要求1或2所述的冶金企业水生态数字化管控系统，其特征在于，

所述智能控制中心的指令执行优先权高于所述水处理单元预设的处理程序。

7.根据权利要求2所述的冶金企业水生态数字化管控系统，其特征在于，

所述智能控制中心包括数据分析模块、机器学习模块和决策建议模块，其中，

所述数据分析模块，用于分析所述数据处理平台上传的数据；

所述机器学习模块，用于按照预设算法使所述水处理单元上传的海量历史数据不断模拟、迭代，通过比较不同历史数据和预设的结果，以选出差距最小的最优解，并反选、反推最优操作参数范围；

所述决策建议模块，用于通过所述机器学习模块提供最优操作参数范围，智能分析对应决策建议，发送操作指令。

8.根据权利要求1或2所述的冶金企业水生态数字化管控系统，其特征在于，

所述智能控制中心包括普通模式和可编辑模式，其中，

所述普通模式具有监控功能；

所述可编辑模式具有发送远程指令和监控功能；

当所述智能控制中心切换到可编辑模式，则可编辑模式发送指令是最高级别。

9.根据权利要求1或2所述的冶金企业水生态数字化管控系统，其特征在于，

当所述水处理单元出现突发状况系统警报时，所述水处理单元和数据接收系统发出警报信号，所述智能控制中心根据所述水处理单元的实时情况结合迭代计算结果显示在可视化平台，针对所述报警信号中具备紧急属性的，按照设定程序直接自动执行，不具备紧急属性的，采用人机交互的方式发出操作指令。

10.一种冶金企业水生态数字化管控方法，其特征在于，利用如权利要求1-9中任意一项所述的冶金企业水生态数字化管控系统进行管控，包括以下步骤：

S1、导入程序：在水处理单元中导入智能控制中心指定模式和变量参数为固定程序；

S2、数据采集：各水处理单元将本单元事先指定的各项参数按照固定格式进行采集并上传；

S3、数据接收：通过数据接收模块接收水处理单元上传的实时数据；

S4、数据处理：通过数据处理平台，按照系统预设程序对所述数据接收模块上传的实时数据进行处理；

S5、数据上传：通过所述数据处理平台将处理完成的数据上传至所述智能控制中心；

S6、数据分析并形成指令：所述智能控制中心根据机器学习及人工优化所得出的算法，计算出当前数据下的各水处理单元操作参数的最优解范围，并根据此最优解，形成对各水处理单元的指令；

S7、发送指令：通过所述智能控制中心按照预设算法得到的指令发送至所述水处理单元；

所述水处理单元根据所述指令进行操作后，将所述各项参数再次按照预设格式进行采集并上传，循环S2到S7的步骤。

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