智慧水厂平台建设方案.docx

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智慧水厂平台

建设方案

目录

一、 项目背景 4

二、 项目概述 5

三、 整体要求 7

3.1.系统形式要求 7

3.2.系统的部署要求 9

3.3.系统设计原则要求 10

四、 系统总体技术要求 12

4.1.系统要求 12

4.2.架构层级要求 15

4.3.架构内容要求 16

4.4.网络架构要求 18

4.5.界面内容及操作要求 19

五、 系统具体功能说明 21

5.1.智慧运营管理门户 21

5.2.数据展示、分析、处理要求 22

5.3.HACCP管理 23

5.4.设备全生命周期管理 25

5.5.数字挛生平台 28

5.6.决策分析管理 31

5.7.化验管理 32

5.8.水质在线检测管理 33

5.9.安全管理 33

5.10.事件管理 35

5.11.厂区附属设备的展示 35

5.12.智慧巡检 36

5.13.移动端应用 37

5.14.人员管理 41

5.15.系统管理 42

5.16.系统对接 43

六、专家系统 44

6.1.能源管理与设备预诊断 44

6.1.1.设备监控及运行状态判断 45

6.1.2.告警与故障诊断（机电设备） 46

6.1.3.报告记录及复盘 46

6.1.4.负荷预测 47

6.1.5.告警管理（能源方面） 47

6.1.6.支撑泵组搭配的试验对比和方案选择与实施 48

6.2.智能配电系统 48

6.2.1.设备监控及运行状态判断 49

6.2.2.告警与故障诊断 49

6.2.3.配电设备网络故障诊断 50

6.2.4.电力咨询顾问功能 50

6.3.智能加药 50

6.3.1.数据呈现和展示 51

6.3.2.自动控制加药 51

6.3.3.异常加药 52

6.3.4.其他要求 53

6.4.智能视频监控系统 53

6.4.1.智能视频巡检 53

6.4.2.厂区内安防状态监控 53

6.4.3.人员和车辆智能管控、门禁系统 54

一、项目背景

深水龙华水务有限公司红木山水厂现状包含处理规模为30万m3/d的常规处理设施和30万m3/d的深度处理设施及相应的污泥处理设施。

水厂各PLC控制站通过光纤以星型以太网方式连接至设于综合加药间的中心控制室。

目前的信息化系统包括SCADA、PMIS、基于手机APP应用的移动巡检系统等。

当前水厂工作存在诸多不足，具体如下：

（1）信息孤岛亟待打破

已有的各类信息化系统均基于对单个环节的生产、管理辅助，信息资源无法充分共享。

水厂运营决策的依据通常基于简单的数据统计报表，各系统的信息资源并未有效整合，未实现信息的智慧化综合分析利用，无法在决策、运营、管理、生产等多方面提供信息及数据支撑。

（2）缺乏统一的信息化能耗管理及降耗支撑工具

没有面对全厂的统一能耗管理工具，除送水泵房进行了泵组和工况的人工控制外，没有各个用能环节的能耗监控、呈现、对比、降耗计算及建议工具；送水泵房缺乏泵组和状态测试、评估、对比、执行的信息化工具；缺乏三个水厂统一的能耗监控及对比工具。

（3）智慧化水平不高

对比同类水厂，智能化水平偏低。

主要体现在加药环节、设备诊断环节、能耗监控优化环节、视频监控等。

（4）距无人少人值守的目标相对较远

水厂目前采用人工值班运行方式，设备巡检维修、工艺调整处理等工作依靠人工完成，基础自控设备、软件功能有限，很难达到无人少人值守。

二、项目概述

红木山智慧水厂平台的建设，采用通用平台+专家系统的模式，以“安全、高效、优质、节约”为核心，以角色为中心、统一使用门户，提升水厂运行管理的信息化水平、智能化水平，达到全流程自动化控制、运维数字化管理、资产全生命周期管理、一体化安全管控等目的，在智能加药、设备预检测、能耗管控上体现智能功能，从功能示范上达到少人无人值守的目标。

其主要特点如下：

（1）基本达到无人少人值守目标

实现无人少人值守，当设备发现问题、出现故障或突发事件，通过多种方式告警，并分级处理。

增加运行的冗余度，在遇到突发事件可及时切换设备而不影响整个制水过程。

（2）具备专家系统功能

专家系统建设包括能耗管理、设备预诊断、智能加药、智能视频监控、BIM轻量化应用等模块，专家系统要求分阶段开发，当前项目只开发基础功能，要求基础功能容易扩展，其他期建设在基础功能上进行更新迭代。

其中能耗管理、设备预诊断、智能加药最终要求达到如下，能源管理系统能够实时监测设备的状态，通过数据分析提供最优运行方案，降低生产运行成本；设备预诊断通过传感器、模型分析，预判设备潜在问题，提前有计划维保，减少人工定期维保频次，提高设备运行安全性；智能加药对进水流量和进水水质等参数信息分析,采用数学模型计算，对加药过程进行自动控制，减小水质波动，同时在原水水质突变时自动应对，提高生产安全保障水平；BIM轻量化应虚拟和现实相结合，达到漫游式体验。

（3）以角色为中心使用统一门户，做到系统和人的融合

使用统一门户，以角色工作内容为纲，实现一键全操作，提高易用性。

（4）以三维可视化为系统监测、控制的承载工具

基于BIM模型开发轻量化应用，工程实体场景在系统中呈现，实现水厂三维场景实时动态展示及三维交互式体验，虚拟场景与真实场景相互对应，达到“沉浸式体验”。

（5）系统可平行部署，未来可覆盖其他水厂

该项目适用于三个水厂建设，此次只建设红木山水厂。

红木山建设完成后，可在其他水厂平行部署。

平行部署后，调度中心可展示三个水厂数据，且可实现下行控制。

每个水厂分别设一个中控室部署本平台，对本水厂做全面监测与控制。

三、整体要求

3.1.系统形式要求

（1）使用终端分类及要求

在使用上，平台设计分为大屏端、PC端、手机端。

大屏端主要用于水厂中控室、公司调度中心的监控及下行控制需要，对应于24小时值班人员。

大屏端功能最全、显示效果最完善，显示并且控制所有智慧水厂平台相关功能，对水厂整个运行状态做全面的展示和控制，是智慧水厂最直观、最全面的效果呈现。

大屏端应具备在公司总的调度平台显示功能。

PC端用于水厂不同层级、不同岗位的领导或工作人员。

PC端根据岗位需求，设计不同的显示和操作界面。

对于公司高层管理人员，PC端应能全面掌握水厂运行状态，直观显示各类关键数据和图表；对于水厂管理人员，PC端在公司高层管理人员界面基础上，增加对应管理及操作功能。

手机端是最常用的工具，必须具有易用性，且与岗位角色对应。

手机端应采用统一门户，并构建不同功能模块，不同的岗位对应不同功能模块，模块之间相对独立，模块的开发调整不应影响其他模块的正常运转。

不同功能模块应该风格统一、操作模式统一。

手机端应能够在内外网运行，但是外网使用时，杜绝直接操作设备。

大屏端、PC端、手机端应采用统一的登录账号及登录模式。

功能模块的使用，不需要再次进行身份验证。

（2）整体设计图及角色功能

整体的设计图如下所示：

管理人员主要通过平台掌握水厂的工作状态。

关注的内容包括关键数据的分析、设备健康度、员工绩效考核等，同时利用专家系统为下一步的决策提供充分的依据。

工作人员主要通过平台进行水厂常规事务的操作。

包括统计数据报表，设备管理（派发设备维修工单、反馈设备维修记录等），化验管理等。

可借助平台的分析功能，对能耗药耗统计、设备利用率和设备故障率等关键指标深入挖掘，找到提高设备运行效率的方法，优化生产运行工艺。

值班人员主要通过平台对水厂现状进行实时监控，包括生产数据的实时浏览，并根据数据发现异常，可监测平台自动向上级推送及处理过程，必要时可人工介入处理。

巡检人员主要通过手持端进行智慧巡检，巡检分自动巡检和人工巡检。

自动巡检通过视频与自控数据的结合进行（与设备仪表采集数据关联，显示设备仪表的实时数据，发现安全隐患可以发起隐患上报，并记录整个巡检的过程）。

人工巡检为自动巡检的补充，利用手机扫描车间配置好的二维码或者触碰NFC卡，录入相关巡检信息，巡检过程可及时上报处理事件。

平台的数据将以传感器传输为主，人工录入为辅，最大程度降低人工操作。

目前红木山水厂的自控系统（含一期和二期）相对完善，自控数据应全部进到平台数据库，为数据分析等提供全面的数据支撑。

专家系统则需要按照需求部署相应的传感器，支撑智能分析。

3.2.系统的部署要求

深水龙华水务有限公司拥有三家水厂，分别红木山水厂、龙华茜坑水厂和观澜茜坑水厂。

此项目以红木山水厂作为试点，系统部署到本部服务器，通过办公网络进行连接，历史数据可从PMIS、智慧巡检系统等数据库进行迁移。

到2022年，接入龙华茜坑水厂数据和观澜茜坑水厂数据，实现统一部署，分厂使用。

后续在观澜、龙华茜坑水厂部署时，只需要做不同的自控、设备环境落地适应性调整即可。

系统部署如下图所示:

3.3.系统设计原则要求

系统方案设计须遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、安全可靠、节约成本、便于扩展的原则。

综合考虑开发、施工、维护及操作因素，并为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。

系统设计内容必须是系统的、总体的、完整的、全面的；设计方案具有科学性、合理性、可操作性。

（1）可扩展性原则

系统采用微服务模块化开发，采用统一的使用门户，降低各功能模块耦合度，使得在此基础上新增、改造功能或系统维护不会影响其他功能模块正常运转。

系统应具备标准、统一的接口，第三方开发扩展系统时做到无需关注系统其他功能，实现功能和性能的灵活扩展。

（2）安全性原则

必须建立可靠的安全体系，防止非法入侵和攻击用户的恶意入侵。

软件平台及部署方式满足信息化等级保护三级要求。

（3）可靠性原则

系统采用可靠、稳定的硬件产品，采用冗余技术，采取了有效的备份措施，系统运行中遇到突发问题和异常情况时数据能及时恢复。

系统的所有操作数据（正常数据、异常数据）、图片、视频可恢复，方便查看当前系统运行状况，记录可追溯或可通过分析日志排查问题。

（4）规范化原则

系统的开发符合国际标准、国家标准及行业标准，要求保证可与相关系统连接，提供标准接口。

根据开发进度及时提供有关开发文档，包括软件需求说明书、数据要求说明书、系统设计说明书、数据库设计说明书、测试计划、用户手册、测试分析报告、系统维护手册、操作手册、系统安装手册等。

（5）实用性原则

系统采用统一的门户，提供友好的用户操作界面，操作简洁、直观，方便非计算机专业人员使用，菜单功能要求清晰，直达岗位角色需要的功能，避免复杂的菜单选择。

不同使用端应采用统一登录验证，登录进去后，使用不同功能模块不需要再次身份验证。

系统界面应采用统一风格、统一操作方式。

要求系统运作流畅，无卡顿现象。

四、系统总体技术要求

4.1.系统要求

（1）实现少人/无人值守

智慧水厂平台以达到无人少人值守为目标建设，项目分阶段开发,首先实现基础功能建设，其后在基础功能基础上实现更多功能，达到少人/无人值守。

系统应能为少人/无人值守提供灵活工具，包含：

自动工艺或设备切换、报警及工单处理、智能化处理建议等。

系统逻辑应能完善解释少人/无人值守的工作场景和过程。

系统可分类自动处理生产过程中的大部分问题，确保不需要人的干预就能正常运转。

同时，系统将发生的问题发送给相关工作人员，并进行自动切换等处理，保证生产过程自动正常运转。

需要人员现场操作的内容，例如维修、保养等，可分级定期在上班时间集中完成，系统应能给出维修保养工作的优先级建议。

总之，不可避免的人员现场工作，与水厂24小时自动、连续、

可靠运转之间，没有急迫或者紧密的关系。

人员可以集中力量提升水