工廠污水管道智能管理系統(tǒng)

翟海燕 劉傳山

摘要：根據(jù)工廠用水管理經(jīng)驗，自主研發(fā)了線上管網(wǎng)管理系統(tǒng)—工廠污水管道智能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)依靠計算機(jī)通信技術(shù)和傳感技術(shù)，對用水管道遠(yuǎn)程實時監(jiān)測，監(jiān)測水管道的水質(zhì)、壓力、流量等信息，數(shù)據(jù)能夠自動傳輸?shù)缴霞壷鞴懿块T;及時發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)故障或水質(zhì)異常，提高維護(hù)效率、降低損失，保障用水、供水質(zhì)量，達(dá)到科學(xué)預(yù)警、成本降低、管理效率提升的目的，保證用水的科學(xué)性。

關(guān)鍵詞：用水管理;智能管網(wǎng);分級管理

一、問題分析及解決方案

多數(shù)企業(yè)在用水意識、用水管理、用水設(shè)備運行、水質(zhì)檢測等方面存在諸多問題：一是企業(yè)對自身的用水狀況和水流走向不十分清楚，對水資源重視程度不夠，節(jié)水意識不強;二是部分企業(yè)沒有設(shè)置專人管理用水，用水設(shè)備過于陳舊，嚴(yán)重耗水設(shè)備缺少日用記錄報表，用水管理制度不健全;三是生產(chǎn)生活沿用高耗水陳舊設(shè)備，用水計量、檢測器具配備不全;四是企業(yè)改擴(kuò)建項目缺少用水情況的專題淪證及評估，給項目投產(chǎn)后的節(jié)水管理造成難度。[1]

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，規(guī)劃方法、現(xiàn)代控制理論及計算機(jī)技術(shù)等的迅速發(fā)展，有力地促進(jìn)了大型供水系統(tǒng)的控制和管理水平的提高，使供水系統(tǒng)利用計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計和調(diào)度管理成為可能。[2]

根據(jù)長期的用水管理經(jīng)驗，自主創(chuàng)新，開拓進(jìn)取，我們成功開發(fā)出了一款線上工廠污水管道智能管理系統(tǒng)。

1粗獷式用水問題及解決方案

1.1問題分析

粗獷式用水，是工廠用水成本升高的主要原因。企業(yè)只在總管路計量用水總量，沒有在具體用水點進(jìn)行用水計量，未對用水獨立單元或單位進(jìn)行用水指標(biāo)考核，無法識別用水過程中的浪費及損耗（閥門滴漏、管道滴漏等）。企業(yè)生產(chǎn)成本升高，用水成本成為生產(chǎn)成本的失控項（目前平陰縣用水價格：自來水價格：約計5元/m?（噸）井水價格：約計2元/m?（噸））。同時，用水的浪費無形的增加了生產(chǎn)廢水的產(chǎn)生量及處理廢水的成本。

1.2用水分級管理、分區(qū)計量

智能管網(wǎng)系統(tǒng)可按照制造部、廠區(qū)、車間、工序等多個用水單位管理維度，或按照自來水、井水等不同用水類型維度，進(jìn)行分級、分區(qū)管理。各單位用水一目了然，一鍵查詢不同維度用水或排水情況，方便管理者有針對性地制定不同的用水考評指標(biāo)，實現(xiàn)經(jīng)營管理與管網(wǎng)管理的相統(tǒng)一。

2管網(wǎng)抄表問題及解決方案

2.1問題分析

對于工廠企業(yè)，用水管道復(fù)雜分散，地下井管道及架空管道多，導(dǎo)致人工抄表難度大、效率低。（以科技園廠區(qū)為例：水表點位31個，以每個點位路程+抄表用時15分鐘計算，抄表耗時465分鐘（約8個小時）），人工抄表統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時性和實時性得不到保障，不利于可視化管理和整體調(diào)度。

2.2多用戶自動抄表

污水治理智能管網(wǎng)系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的不同需求，可對監(jiān)測表計制定不同的定時、定頻的自動抄表方案。

3污水監(jiān)測管理問題及解決方案

3.1問題分析

水質(zhì)超標(biāo)、排放量超標(biāo)無法第一時間識別、處理。存在環(huán)保處罰風(fēng)險。2019年，工廠企業(yè)的環(huán)保督查重點開始由大氣督查往水督查方向轉(zhuǎn)變。目前多數(shù)工廠企業(yè)沒有安裝或正常使用水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備?；蛉斯z測，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差。同時，總排污口的流量每天人工抄表、統(tǒng)計，費時費力。

3.2水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)+污水總排口流量在線監(jiān)測管理

3.2.1污水處理站加裝水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備

根據(jù)地方污水排放政策標(biāo)準(zhǔn)以及不同污染物排放指標(biāo)，在水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中自行設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，系統(tǒng)實時監(jiān)測水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)（COD、BOD、PH、氨氮、總氮、總磷等），并實時上傳。

3.2.2水質(zhì)在線監(jiān)測

系統(tǒng)自動比對各項水質(zhì)檢測數(shù)值與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值范圍，對檢測數(shù)值大于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值的數(shù)據(jù)信息通過短信或郵件方式發(fā)送通知到檢測人員。系統(tǒng)識別報警信號自動觸發(fā)執(zhí)行關(guān)閉總排口電動閥門動作，關(guān)閉污水外排管道，保證不達(dá)標(biāo)水質(zhì)不外排，避免環(huán)保處罰風(fēng)險。

4、管網(wǎng)異常識別問題及解決方案

4.1問題分析

管網(wǎng)故障（閥門損壞，管道破裂等），不能進(jìn)行及時有效地識別;無法精準(zhǔn)找到閥門位置，造成用水浪費甚至環(huán)境污染。

另外，除正常的管網(wǎng)流量損失外，對管道系統(tǒng)的跑冒滴漏的問題無法識別，尤其是地埋管道。

4.2壓力測試終端+故障定位識別+動態(tài)水平衡管理功能

4.2.1管網(wǎng)壓力測試終端+管網(wǎng)故障定位識別

系統(tǒng)集成壓力傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測管網(wǎng)壓力情況，設(shè)定壓力上下限值，當(dāng)管網(wǎng)故障時管道壓力發(fā)生變化，自動發(fā)出報警信號，各個點位信息以地圖形式顯示，點擊圖標(biāo)查看該點位設(shè)備詳細(xì)信息。

4.2.2智能化動態(tài)水平衡管理功能

根據(jù)用戶的需要，科學(xué)有針對性的制定不同的用水產(chǎn)銷平衡管理方案，產(chǎn)銷差計算采水總量=用水消耗總量+排水總量+管網(wǎng)損耗總量，進(jìn)行分區(qū)域水平衡管理，從源頭實現(xiàn)管網(wǎng)的用水區(qū)域進(jìn)、出的可視化管理。根據(jù)平衡差值識別管損總量是否處于合理區(qū)間，及時發(fā)現(xiàn)異常，及時止損。

二、系統(tǒng)構(gòu)成

智能管網(wǎng)系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成：

1、監(jiān)控中心：計算機(jī)、管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件;

2、通信網(wǎng)絡(luò)：Internet，無線GPRS/CDMA、LoRa、NB-loT等;

3、管網(wǎng)監(jiān)測DTU/RTU：將監(jiān)測管道壓力、流量、水質(zhì)，并通過LoRa、GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心;

4、測量傳感器：壓力變送器，流量傳感器（流量計）、水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備、電動閥門驅(qū)動等;

系統(tǒng)功能即上位機(jī)軟件功能，軟件采用B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式（基于我司IMS系統(tǒng)的EOS框架開發(fā)）：局域網(wǎng)內(nèi)的使用者可根據(jù)授權(quán)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽操作;都具備INTERNET網(wǎng)上固定IP時，使用者也可在廣域網(wǎng)上根據(jù)授權(quán)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽和操作。

三、系統(tǒng)功能方案介紹

1數(shù)據(jù)統(tǒng)計，報表管理

實時顯示各監(jiān)測點重要參數(shù)（如壓力、瞬時流量、累計流量、水質(zhì)參數(shù)等），顯示直觀，便與決策。能生成各用水單位的用水量日報表，月報表及年報表。同時，可生成特定時段數(shù)據(jù)報表，方便導(dǎo)出本地電腦進(jìn)行保存打印，便于各部門進(jìn)行存檔管理。

2數(shù)據(jù)采集存儲、歷史查詢

采集數(shù)據(jù)、報警信息數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，實時存儲相關(guān)帶時間標(biāo)志的數(shù)據(jù)，以供歷史數(shù)據(jù)查詢分析。

3報警分析，位置判斷

實時報警分析：可對測點的壓力、流量、水質(zhì)等指標(biāo)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值及上下限值，當(dāng)實時數(shù)據(jù)超過標(biāo)準(zhǔn)值上下限時，系統(tǒng)通過短信/微信將報警信號發(fā)送至指定手機(jī)上?？煞旨増缶⒉煌墑e的報警信息發(fā)送到設(shè)定的手機(jī)號碼。

4遠(yuǎn)程控制，快速處理

根據(jù)管理需要或報警提醒，系統(tǒng)自動或使用手機(jī)微信小程序遠(yuǎn)程控制關(guān)閉數(shù)據(jù)采集點處閥門，減少管理工作量，方便管理，異常問題遠(yuǎn)程解決，快速處理。

四、產(chǎn)品選型

1經(jīng)濟(jì)、靈活的網(wǎng)絡(luò)選擇方式：LoRa協(xié)議的水表+集中器模式

信號可到達(dá)地下室、封閉空間等2G/3G/4G信號無法到達(dá)的地方，局域網(wǎng)免費頻段，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可靠;LoRa水表相比增加GPRS＼NB-IOT水表更經(jīng)濟(jì)、實用;通過自建LoRa基站，實現(xiàn)與水表的免費通訊，省去對GPRS＼NB-IOT運營商通訊服務(wù)的持續(xù)性投入費用;在lora信號覆蓋不到特殊區(qū)域，利用 GPRS通訊方式做補充。

2計量表計選型方案

在正常工況下，選取普通型水表，經(jīng)濟(jì)、實用。在一些無法破管、無法停水、安裝空間不足的場合，選取超聲波外夾式貼片式流量計，強磁安裝底座，安裝在閥門或管道，方便快速，不影響生產(chǎn)。選取的水表、流量計、壓力傳感器等產(chǎn)品防護(hù)等級可達(dá)IP67，實現(xiàn)防水防塵。

3穩(wěn)定的傳輸模塊（DTU/RTU）傳輸模塊的優(yōu)勢

數(shù)據(jù)傳輸使用透傳模塊，經(jīng)濟(jì)性高，且數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、不丟失。

4高品質(zhì)水質(zhì)檢測設(shè)備

采用國際著名品牌哈希水質(zhì)檢測設(shè)備，檢測水中COD、氨氮含量及pH值等水質(zhì)參數(shù)情況，支持RS485通訊接口，水質(zhì)自動檢測并將數(shù)據(jù)實時上傳至平臺。

5多種電源選擇方式

我司產(chǎn)品選型符合太陽能供電方式，對于現(xiàn)場無市政電源，配電施工難度大的場合，對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行太陽能單獨供電，減少客戶成本投入。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙麗萍.企業(yè)水平衡測試淺議[J].統(tǒng)計與管理，2016，（7）：175-176.

[2] 董深.供水系統(tǒng)智能優(yōu)化技術(shù)的理論與實踐[D].青島：青島理工大學(xué)，2008.

（作者單位：1.濟(jì)南邁克閥門科技有限公司;2.玫德集團(tuán)有限公司）