污水处理厂运行、化验数据管理系统的开发研究

北京市城市排水公司北京市高碑店污水处理厂
常江 柯真山

　　1　前言

　　随着我国城乡建设的快速发展，水污染成为日益受社会关注的环境问题。为此，发展水污染处理事业，加快污水处理设施建设的步伐已成为当务之急。从现在开始到2010年，我国污水处理厂将以超常规的速度建设发展，预计将增加集中污水处理厂1000余座，而已投入运行的污水处理厂也有160余座。就每座污水处理厂而言，管理好已有的和将有的大量运行和化验数据信息，对于充分发挥这些数据的作用为工艺运行服务、方便行业内部的技术交流将具有极重要的意义。而由于污水处理厂工艺、设备控制部位多、数据量大、数据之间关系复杂的特点，给数据管理人员带来了极大的不便。为此，开发污水处理厂运行、化验数据管理软件，充分利用计算机工具，科学、高效地管理这些数据已成为我们所面临的一个重要课题。

　　2　系统设计

　　2.1　模型选择
　　目前，我国大多数以建成的污水处理厂所采用的污水处理工艺都是传统的活性污泥工艺，北京市高碑店污水处理厂即为其中之一。该厂自1993年底通水以来，运行状况稳定，各工艺设备控制部位数据收集齐全，各项报表统计、数据分析工作规范。因此，以该厂为模型设计污水处理厂运行、化验数据管理软件具有典型意义。
　　2.2　需求分析
　　通过对高碑店污水处理厂运行和化验部门数据管理的内容和管理方法的充分调查，提出了该软件的详细需求分析。
　　2.2.1　　系统约定
　　2.2.1.1　所有运行、化验数据指标分为两类：基本指标即直接输入数据的指标；计算指标即根据计算公式生成数据的指标。
　　2.2.1.2　所有指标名称唯一，且每天每个指标的数据亦唯一。
　　2.2.2　　系统功能需求
　　2.2.2.1　数据库的建立：包括数据库的建立、初始化。
　　2.2.2.2　数据库的基本功能：包括指标的建立和定义及修改、数据的录入、储存、修改、查询及查询内容的存储等。
　　2.2.2.3　数据库的高级功能：包括衍生指标的建立和公式定义、相关分析、数据统计、图表分析、报表生成、打印等重要功能。
　　2.2.2.4　系统性能要求：包括数据存储容量充分、数据安全、数据库维护方便运行稳定、易于升级更新等。
　　2.3　系统开发与运行环境
　　开发环境：Windows95/98，Visual Basic5.0、Microsoft Access97和MSSQL 6.5为主要 开发环境。
　　单机版：Windows 95/98/2000为平台的80486以上、内存16MB、硬盘空间30MB以上的计算机；
　　网络版：服务器端：Windows NT4.0 sp3以上或Windows 2000 Server版，Ms SQL6.5以上，CPU PII300、内存64MB、硬盘空间3.2GB以上的计算机；
　　客户端：Windows 95/98/2000,CPU P133、内存32MB、硬盘空间1.2GB以上的计算机。

　　3　系统功能简介

　　3.1新建数据库
　　首次使用本系统的用户需建立新数据库，按〈新建〉后，根据提示输入数据库名称及所储存的路径，系统即可建立含建设部规定污水处理厂检测指标在内400余个指标的空数据库。在下一次使用本软件时，仅需选择数据库名称即可进入系统的主操作界面。在本界面内也可对不需要的数据库进行删除。
　　3.2　指标管理
　　进入本模块后，系统即列出当前数据库所有可选指标列表。选定所有需操作的指标列表后，即可查看、修改指标和查看指标数据。在此界面可进行添加基本指标与计算指标的操作。
　　3.2.1　添加基本指标：可定义基本指标的构成，包括名称、单位、最大值、最小值、缺省值以及保留小数位数。所有内容定义完成后，即可添加新的基本指标。
　　3.2.2添加计算指标：可定义计算指标构成，包括名称、单位、公式以及保留小数位数。编写公式时，按〈编写〉键进入公式编写界面，公式中引用的指标可通过鼠标点击已选择的指标输入。填写所有内容后，即可添加新的计算指标。
　　3.3　数据输入
　　进入本模块后，先选择数据输入指标。第一次使用的用户需按＜所有指标＞键，在出现当前数据库所有指标列表后，选中所用指标。将选出的指标定义为指标组命名后保存，以后可通过按＜指标组＞进入选择指标组界面，直接调用已选出的指标，不需再进入＜所有指标＞界面依次选择指标。在选出指标列表后，即可输入日期和各指标数据并保存。如需修改以往数据，输入日期后，按＜显示＞，即出现数据库中该日期的数据，对需修改的历史数据修改后并保存即修改成功。在此亦可删除有关数据。此处还有上报数据和接收数据等数据传送功能。
　　3.4　数据查询
　　进入本模块后，指标选择方向同数据输入模块。在选出指标列表后，需输入查询起止日期，同时可输入各指标的查询上、下限。在选择数据显示方式(表格或图形)后，即可开始进行查询。查询结果可打印或传送至Excel文件中。在查询结果以图形方式显示时，图形的标题、横坐标、纵坐标等项目可以修改，图形的位置和图形类型可选。每次查询均可以指标组的形式保存。
　　3.5　部标数据查询
　　该摸块列出了我国建设部制订的行业标准中对污水处理厂水质、泥质检测指标和检测周期。检测周期以不同的颜色区别，水质、泥质检测指标通过按键可进行切换。
　　3.6　数据统计
　　本摸块包括两部分功能：
　　3.6.1一般统计：选中需要统计的指标后,选择进入数据统计界面，用户输入统计的起止日期后，可选择统计平均值、最大值、最小值。用户选择平均统计后，可进一步选择非重叠平均统计、重叠平均统计、按年或日统计(平均或累计)。统计结果可选择表格和图形显示。用户可删除空值进行图形显示。统计结果可打印或传送至Excel文件中。图形可编辑。
　　3.6.2　线性回归：选中需要统计的指标后，选择进入线性回归界面.输入起止日期后， 从指标列框中选择自变量X和因变量Y，按＜线性回归＞键后即列出起止日期间的X、Y指标数据列表及回归方程和相关系数。双击数据表可对不需要回归的数据进行删除，再接＜重新计算＞键进行重新回归。按＜回归图形＞键，则可得到回归曲线，用户可对回归图形进行编辑并打印。
　　3.7　统计报表
　　进入本模块后，首先，用户需选择指标范围(所有指标、指标组)，选择方法同数据输入模块。通过明确的按键标识和向导用户可定义日报表中各种特殊统计项目如年累计水量、年达标天数、日均水量等亦可自定义达标参数来确定年达标天数。在所选出指标列表界面，可根据输入统计起止日期生成日报表、统计(包括平均和累计)报表、工作月统计报表，用户可自由定义工作月统计起止日期，按自定义方法统计。生成的各种报表用户可打印或传送到Excel文件中。生成日报表则可在传送至Excel时可选择固定格式、自定义格式进行传送。固定格式即按数据列表的方式传送，自定义格式即按用户定义位置进行传送。通过自定义的方式用户可生成自己所需任何复杂格式的日报表。

　　4　系统特点与应用效果

　　4.1　系统特点
　　本软件系统具有如下特点：
　　4.1.1投入使用快捷：系统内设以高碑店污水处理厂为模板的空数据库，已建立污水处理厂各类常用指标400余个，用户在新建数据库时系统将自动载人模板数据库，一般若工艺无大变化只需建立少量新指标即可投入使用。
　　4.1.2界面友好，操作方便：各界面层次清晰、结构简单，用户仅需操作鼠标和输入少量文字即可完成全部操作。
　　4.1.3功能全面：系统提供污水处理厂的各种基本数据管理指标及其操作方法包括数据录入、修改、查询、统计、公式计算、图形、报表输出等，并提供了数据与Excel的接口，基本上囊括了污水处理厂数据管理方面的全部内容。
　　4.1.4数据存储量大：一个数据库可设立基本指标和衍生指标各10000个，储存10年的数据，所需空间仅为3OMB(通过数据库压缩功能可使所需空间更小)。数据储存空间仅与计算机的剩余磁盘空间有关。
　　4.1.5多数据库管理：用户可建立多个污水处理厂的数据库，可以方便多个污水处理厂的集成管理和互相比较。
　　4.l.6维护方便：系统单机版采用Microsoft Access97为数据库，用户可通过该软件对数据库进行维护。此外，系统还提供了其他的高级维护工具。
　　4.2　应用效果及获奖
　　该软件在北京市三个主要污水处理厂高碑店、北小河、方庄安装使用。各厂均反映该软件使用方便，数据管理人员的工作量大大减轻，对各层管理人员来讲数据的查询工作尤其方便。该系统于1999年通过北京市市管委组织的专家鉴定，获1999年北京市市政工程总公司科技进步一等奖。

　　5　讨论

　　5.1该软件对于运行和化验的数据存储和管理是十分便利的，但由于图 表功能的局限和用户对图表功能的需求变化较大，还不能实现象Excel那样强大的功能，但用户可以通过用该软件向Excel文件传输数据间接实现自定义图表。
　　5.2本次软件的编写未考虑与自控系统的通讯接口问题，很多自控部位的数据只能通过人工统计和人工录入输入该软件。该功能可望在通过软件升级、编写接口程序后实现。
　　5.3该软件虽然是以高碑店污水处理厂为模型，但由于主要功能是数据处理，故同样适用于各种工艺的污水处理厂及其他一些工艺复杂符合系统约定的厂矿。
　　5.4国外的污水处理厂由于其在工艺、设备、设施、在线仪表及管理等方面的先进性和稳定性，数据管理工作相对较轻，一般仅需查询十余个主要指标即可掌握全厂的工艺状况。而我国多数污水处理厂由于以上各方面条件较差，加之管理经验相对不足，因而造成了指标多、指标关系复杂、数据分析目标不明确、不规范的管理现状。
　　因此该软件未能列出明确的分析目标，显得专业化不强。但用户可通过自定义的查询指标组实现这一目的，只是规范性稍差。这些缺陷可通过运行管理经验的积累和软件的进一步升级及开发相应的专用分析工具软件消除。
　　5.5本软件内容仅包括了污水厂的运行和化验数据的管理，未能将污水处理厂的其他重要管理工作如设备检修、配件管理、库房管理等囊括进去。在未来的软件开发和升级中将逐步集成这些内容，形成网络版本的污水处理厂信息管理系统，从而使各污水处理厂全面实现计算机的信息管理。