ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО МОДУЛЯ ОЧИСТКИ ОБОРОТНЫХ ВОД

DESIGN OF AN INFORMATION AND ANALYTICAL MODULE FOR RECYCLING WATER TREATMENT

Beldeubayev Alisher Erkinovich

Master’s student, Department of Computer Modeling and Information Technology, S. Amanzholov East Kazakhstan University,

Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk

Adikanova Saltanat Sailarbekovna

Scientific supervisor, PhD, Head of the 7M06102-"Information Systems" program, S. Amanzholov East Kazakhstan University

Kazakhstan, Ust-Kamenogorsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается разработка информационно-аналитического модуля системы очистки сточных вод, направленного на повышение эффективности управления процессом. Представлена ​​архитектура модуля, включающая подсистемы сбора, хранения, обработки и визуализации данных. Особое внимание уделено разработке алгоритмов анализа параметров процесса, выявления отклонений и генерации рекомендаций для поддержки принятия решений. Описаны принципы интеграции модуля с существующими системами автоматизации и особенности проектирования базы данных для работы с временными рядами.

ABSTRACT

This article examines the design of an information and analytical module for a wastewater treatment system aimed at improving the efficiency of process control. A module architecture is proposed, including subsystems for data collection, storage, processing, and visualization. Particular attention is paid to the development of algorithms for analyzing process parameters, identifying deviations, and generating recommendations for decision support. The principles of integrating the module with existing automation systems and the specifics of designing a database for working with time series are described.

Ключевые слова: Информационно-аналитический модуль, очистка сточных вод, технологические процессы, управление параметрами, анализ данных, временные ряды, обнаружение аномалий, поддержка принятия решений, база данных, визуализация данных, промышленная автоматизация.

Keywords: Information and analytical module, wastewater treatment, technological processes, parameter monitoring, data analysis, time series, anomaly detection, decision support, database, data visualization, industrial automation.

В современной промышленной среде приоритетными задачами являются эффективное использование водных ресурсов и снижение негативного воздействия на окружающую среду. Системы рециркуляции воды могут значительно сократить потребление пресной воды и сброс сточных вод, однако их эффективность во многом зависит от качества управления процессом очистки. Традиционные подходы, основанные на мониторинге дискретных параметров и ограниченном использовании накопленных данных, не обеспечивают необходимого уровня эффективности и достоверности для принятия решений.

В этом контексте все большее значение приобретает разработка информационно-аналитических модулей, позволяющих централизованно собирать, хранить и интеллектуально обрабатывать данные процесса. Разработка информационно-аналитического модуля для системы очистки оборотных вод, направленного на повышение эффективности мониторинга, анализа и управления процессом очистки за счет использования современных методов обработки данных и интеграции с автоматизированными системами управления. Рассмотрим основные вопросы проектирования информационно-аналитического модуля очистки оборотных вод.

Информационно-аналитический модуль (ИАМ) системы очистки оборотных вод выполняет комплекс взаимосвязанных функций, направленных на обеспечение эффективного мониторинга, анализа, управления и оптимизации процессов водоочистки:

• Функция сбора и интеграции данных;
• Функция хранения и управления данными;
• Функция мониторинга технологического процесса;
• Функция анализа и диагностики.

Разработка архитектуры информационно-аналитического модуля системы очистки оборотных вод основывается на принципе многоуровневой организации, обеспечивающей непрерывный сбор, обработку, хранение, анализ и визуализацию данных, а также интеграцию с внешними промышленными и корпоративными системами (рис. 1).

Предлагаемая архитектура включает три ключевых уровня: уровень технологического оборудования, информационно-аналитический уровень и уровень пользовательского интерфейса.

Разработанная архитектура информационно-аналитического модуля представляет собой комплексное решение, обеспечивающее эффективное управление процессами очистки оборотных вод на основе современных методов обработки и анализа данных. Она позволяет интегрировать технологический и информационный уровни в единую цифровую экосистему предприятия.

Рисунок 1. Архитектура информационно-аналитического модуля очистки оборотных вод

Следующим этапом процесса проектирования информационно-аналитического модуля является проектирование интерфейса. Проектирование пользовательского интерфейса информационно-аналитического модуля (ИАМ) системы очистки оборотных вод ориентировано на обеспечение удобного, наглядного и эффективного взаимодействия пользователей с системой (рис.2). Интерфейс разрабатывается с учётом особенностей предметной области, требований к оперативному мониторингу технологических процессов и поддержки принятия управленческих решений.

Рисунок 2. Схема интерфейса ИАМ очистки оборотных вод

В основе проектирования лежит модульный принцип организации экранных форм, обеспечивающий логическое разделение функциональности и упрощение навигации. Центральным элементом интерфейса является главное меню, предоставляющее доступ к ключевым разделам системы: «Главный экран», «Мониторинг», «Аналитика», «История данных», «Отчёты» и «Настройки».

Интерфейс информационно-аналитического модуля составляют следующие экранные формы:

- Главный экран - выполняет роль информационной панели (дашборда), предоставляющей пользователю обобщённую информацию о текущем состоянии системы;

- Мониторинг - предназначен для детального отслеживания параметров системы в режиме реального времени;

- Аналитика - обеспечивает проведение углублённого анализа данных с целью выявления закономерностей, отклонений и оценки эффективности работы системы;

- История данных - предназначен для работы с архивной информацией;

- Отчёты - реализует функции формирования аналитической документации по результатам работы системы;

- Настройки - обеспечивает конфигурацию системы в соответствии с требованиями пользователей и особенностями технологического процесса.

При разработке интерфейса ИАМ учитываются следующие принципы:

• наглядность и визуализация — использование графиков, диаграмм и индикаторов;
• оперативность доступа к информации — минимизация количества действий для получения данных;
• иерархичность структуры — логичное разделение функций по разделам;
• унификация интерфейса — единый стиль и стандарты отображения;
• адаптивность — возможность использования на различных устройствах.

Реализация данного интерфейса способствует повышению эффективности управления процессом очистки оборотных вод, снижению вероятности ошибок и улучшению качества принимаемых решений.

Следующим этап процесса проектирования является проектирование базы данных информационно-аналитического модуля очистки оборотных вод

К базе данных предъявляются следующие требования:

• высокая производительность при работе с большими объемами данных;
• поддержка историчности данных;
• обеспечение целостности и непротиворечивости информации;
• защита данных и разграничение прав доступа.

На концептуальном уровне база данных включает основные сущности предметной области, отражающие структуру системы очистки оборотных вод:

• Технологические стадии (Stages) — этапы процесса очистки (механическая, физико-химическая, биологическая очистка и др.);
• Оборудование (Equipment) — установки и агрегаты, задействованные в процессе очистки;
• Датчики (Sensors) — устройства, осуществляющие измерение параметров;
• Параметры (Parameters) — контролируемые показатели (pH, мутность, температура, БПК, ХПК и др.);
• Измерения (Measurements) — значения параметров, полученные от датчиков во времени;
• Нормативы (Parameter_Limits) — допустимые диапазоны значений параметров;
• События (Events) — зарегистрированные события системы;
• Оповещения (Alerts) — уведомления о критических отклонениях;
• Расчетные показатели (Calculations) — вычисляемые показатели эффективности;
• Отчеты (Reports) — сформированные аналитические документы;
• Пользователи и роли (Users, Roles) — элементы системы управления доступом.

Данная модель отражает основные информационные потоки и взаимосвязи между элементами системы.

Разработанная структура БД ИАМ очистки оборотных вод приведена ниже (рис. 3).

Рисунок 3. Структура БД ИАМ очистки оборотных вод

Разработанная структура базы данных обеспечивает эффективное хранение и обработку технологической информации системы очистки оборотных вод. Она поддерживает основные функции информационно-аналитического модуля, включая мониторинг, анализ, прогнозирование и формирование отчетности. Гибкость архитектуры и возможность масштабирования позволяют использовать данную БД как основу для дальнейшего развития интеллектуальных систем управления водоочисткой.

Список литературы:

1. Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery. McGraw-Hill, 2014.
2. Henze M. Biological Wastewater Treatment. IWA Publishing, 2018.
3. ISO 14001:2015 Environmental management systems.
4. Spellman F. Handbook of Water and Wastewater Treatment Plant Operations. CRC Press, 2017.
5. Tchobanoglous G. Water Reuse. McGraw-Hill, 2015.
6. Кочетов В.В. Очистка сточных вод промышленных предприятий. М.: Инфра-М, 2020.
7. Каплин В.И. Автоматизация систем водоочистки. М.: Энергоатомиздат, 2019.
8. Сафонов А.Н. Информационные системы в экологии и водоснабжении. СПб.: Питер, 2021.
9. Маркин, А. В. Модели и методы экологического мониторинга водных ресурсов / А. В. Маркин. — М.: ГЕОС, 2016. — 270 с.
10. Stolte, W., et al. Decision Support Systems for Water Management / W. Stolte, J. Van den Bergh, & A. de Lange. — Springer, 2020.