云南省水利水電勘測設(shè)計院 孫亞驍

一、前言

在火電廠中，有著眾多的水處理系統(tǒng)，諸如原水系統(tǒng)、化學(xué)水系統(tǒng)、脫硫水系統(tǒng)、生活水系統(tǒng)、污水回用系統(tǒng)、工業(yè)及消防水系統(tǒng)以及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都應(yīng)當(dāng)納入到火電廠廢水處理智慧平臺的管理范疇之內(nèi)[1][2]。與此同時，這些水系統(tǒng)在使用工作的過程中，也會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)意義上來講，這些數(shù)據(jù)的整合需要耗費(fèi)大量的人力物力，幾乎不可能實現(xiàn)統(tǒng)一的智能化管理，還極容易形成一個個“信息孤島”，導(dǎo)致信息處理不及時，信息共享度較差，資源配置的浪費(fèi)率飆升[3]。有時遇到異常數(shù)據(jù)，只能依靠技術(shù)人員依據(jù)歷史數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)經(jīng)驗進(jìn)行分析，也無法完成對故障的預(yù)測[4]。但是，在大數(shù)據(jù)的背景下，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過云計算技術(shù)整合與大數(shù)據(jù)技術(shù)分析，就可以實現(xiàn)對整個火電廠的水處理信息共享與智能化管理[5]。

二、火電廠廢水處理智慧平臺總架構(gòu)

為了將火電廠廢水處理的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，將各水處理系統(tǒng)納入到一個共同的管理系統(tǒng)中來，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享與資源的統(tǒng)一調(diào)配，需要以大數(shù)據(jù)技術(shù)為依托，搭建一套火電廠廢水處理智慧平臺，其架構(gòu)如表1所示。

表1 大數(shù)據(jù)背景下的火電廠廢水處理智慧平臺總架構(gòu)表

在該廢水處理智慧平臺中，其底層架構(gòu)為感知層，其通過各種設(shè)備諸如COD采集儀、PH檢測儀、濁度檢測儀等對火電廠內(nèi)的各項廢水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，在此可以應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各種水處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌。

在感知層的上一層，搭建數(shù)據(jù)層，數(shù)據(jù)層通過云儲存平臺對感知層采取的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，在此層應(yīng)用的技術(shù)為云存儲技術(shù)。

數(shù)據(jù)層的上一層為處理層，該層采用云計算技術(shù)對云儲存平臺內(nèi)儲存的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其應(yīng)用云計算平臺與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。

處理層的上一層為應(yīng)用層，該層采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，在海量的廢水?dāng)?shù)據(jù)中挖掘信息，確定廢水處理標(biāo)準(zhǔn)，完成對各項數(shù)據(jù)諸如加藥量、水質(zhì)的預(yù)測以及故障的預(yù)警。同時，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分析報表可以再次上傳至決策層。

整個火電廠廢水處理智慧平臺體系架構(gòu)的最高層級為決策層，其采用實時推送技術(shù)，將應(yīng)用層獲取的各項預(yù)警預(yù)測、數(shù)據(jù)報表推送至不同部門與控制室，以實現(xiàn)對各項資源的統(tǒng)一調(diào)配。

三、大數(shù)據(jù)背景下的火電廠廢水處理智慧平臺設(shè)計思路

通過對火電廠廢水處理智慧平臺總體架構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該智慧平臺整體可以劃分為三層體系架構(gòu)，即感知層、數(shù)據(jù)處理層與應(yīng)用決策層。其各層具體設(shè)計思路如下。

（一）火電廠廢水處理智慧平臺數(shù)據(jù)感知層設(shè)計思路

數(shù)據(jù)感知層承擔(dān)著整個智慧平臺數(shù)據(jù)采集的工作，其任務(wù)最為艱巨，意義最為重大。整個火電廠廢水處理智慧平臺依托于大數(shù)據(jù)技術(shù)搭建，而大數(shù)據(jù)的核心便是數(shù)據(jù)的采集。有了詳實有效的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，才能進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)歸納與總結(jié)，乃至數(shù)據(jù)預(yù)測。因此，感知層需要在火電廠的廢水處理設(shè)備中布置大量的傳感器，各廢水處理系統(tǒng)中的進(jìn)出水量、PH值、總磷、濁度等各項數(shù)據(jù)都應(yīng)被實時采集，不同的信息采集設(shè)備可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)。此外，由于廠區(qū)面積巨大，采用有線傳輸技術(shù)成本較高，線路鋪設(shè)復(fù)雜，信息傳輸不流暢，因此可以考慮采用無線傳輸技術(shù)以實現(xiàn)其信息的快速互通共享，這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于可以有效地解決傳統(tǒng)的水處理系統(tǒng)中“信息孤島”的難題。其設(shè)計思路如圖1所示。

圖1 火電廠廢水處理智慧平臺數(shù)據(jù)感知層設(shè)計思路

（二）火電廠廢水處理智慧平臺數(shù)據(jù)處理層設(shè)計思路

在獲得整個火電廠各個水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)之后，將其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析就成為了整個智慧平臺的關(guān)鍵工作。感知層獲取的大量數(shù)據(jù)被儲存在云儲存平臺內(nèi)，可以通過這些數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練，但是考慮到這些數(shù)據(jù)可能存在著數(shù)據(jù)不完整、數(shù)據(jù)損壞等問題，因此需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，可以采用數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)融合的手段，對不良數(shù)據(jù)進(jìn)行篩除，提高數(shù)據(jù)的有效性，使得數(shù)據(jù)處理結(jié)果更加精準(zhǔn)可靠。

在完成對數(shù)據(jù)的預(yù)處理后，可以采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法對算法進(jìn)行訓(xùn)練，同時采用深度學(xué)習(xí)的方法挖掘數(shù)據(jù)背后的邏輯聯(lián)系，以達(dá)到動態(tài)決策、智能分析的目的。將各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報表，實時監(jiān)測結(jié)果，對故障的預(yù)警以及對水質(zhì)、加藥量的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行可視化整理，使其直觀的展示，以方便決策層進(jìn)行決策。具體的數(shù)據(jù)處理層設(shè)計思路如圖2所示。

圖2 火電廠廢水處理智慧平臺數(shù)據(jù)處理層設(shè)計思路

（三）火電廠廢水處理智慧平臺數(shù)據(jù)應(yīng)用決策層設(shè)計思路

就現(xiàn)階段而言，完全可以采用大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、歸納與處理，并完成對未來風(fēng)險的管控以及未來趨勢的預(yù)測，但是其實際的控制與決策仍需要人為操作，現(xiàn)有的技術(shù)條件還無法使得火電廠廢水處理智慧平臺代替工作人員進(jìn)行決策，只可以根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行簡單的加藥、放水、加水等常規(guī)操作。因此，需要工作人員參與的決策層仍然至關(guān)重要。其應(yīng)用決策層設(shè)計思路如圖3所示。

圖3 火電廠廢水處理智慧平臺數(shù)據(jù)應(yīng)用決策層設(shè)計思路

在圖3中可以看出，數(shù)據(jù)處理層處理出來的可視化結(jié)果被反饋到兩個決策部門，一個是公司領(lǐng)導(dǎo)決策層，一個是火電廠現(xiàn)場中控室。公司領(lǐng)導(dǎo)決策層主要根據(jù)分析得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行公司的現(xiàn)場監(jiān)督與未來發(fā)展規(guī)劃，諸如運(yùn)行監(jiān)管、風(fēng)險評估、采購管理以及成本管控等。而火電廠的中控室則根據(jù)廢水處理智慧平臺所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，諸如設(shè)備管理、工藝運(yùn)行、報表查詢以及參數(shù)調(diào)整等等，以保證火電廠水處理系統(tǒng)的有序運(yùn)行。

四、結(jié)論

火電廠廢水處理系統(tǒng)的構(gòu)成十分復(fù)雜，且存在一定的滯后性，變量較多，相互之間干擾性較強(qiáng)，因此需要對其進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。在大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，搭建了一款火電廠廢水處理智慧平臺，對其主體進(jìn)行了架構(gòu)，并將其詳細(xì)劃分為三個層級，即感知層、數(shù)據(jù)處理層與應(yīng)用決策層，并對各個層級進(jìn)行了詳細(xì)分析。希望能夠為火電廠廢水處理智慧平臺的設(shè)計與搭建提供一定的借鑒與參考。