一、項(xiàng)目背景

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的污水排放量已越來越大，已造成地表水的嚴(yán)重污染，環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)不斷惡化趨勢(shì)，但目前全國各地對(duì)污染源和排污河渠的水質(zhì)監(jiān)測(cè)仍停留在手工監(jiān)測(cè)階段，時(shí)間覆蓋率低，樣品缺乏科學(xué)性和代表性，難以反映企業(yè)及城市污水排放連續(xù)變化的情況。

一、污水處理設(shè)備難以進(jìn)行集中和統(tǒng)一管理

1、污水處理行業(yè)作為國家新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，國家規(guī)劃也對(duì)城鎮(zhèn)污水處理提出了更高要求，在行業(yè)監(jiān)管的加強(qiáng)、人工成本的大幅度上升和企業(yè)自身盈利模式固化等多重因素的影響下，污水處理廠建設(shè)、運(yùn)營、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的發(fā)展得到重視，污水處理自動(dòng)化、信息互聯(lián)化及智能工業(yè)化技術(shù)的發(fā)展也迫在眉睫。

2、針對(duì)我國現(xiàn)有排水系統(tǒng)信息化發(fā)展不均衡、系統(tǒng)功能不完善，應(yīng)用系統(tǒng)缺少統(tǒng)籌規(guī)劃利用程度底、共享程度低等不足，大數(shù)據(jù)全數(shù)字化自控系統(tǒng)已經(jīng)不僅于自動(dòng)化，重要的還在于基于污水處理廠運(yùn)營管理體制的信息化與智能化技術(shù)應(yīng)用。

二、工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)能夠?qū)ξ鬯幚碓O(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及傳輸

1、利用*的信息技術(shù)，使污水運(yùn)營系統(tǒng)更加高效化、生產(chǎn)更加智能化、管理更加精細(xì)化、決策更加科學(xué)化、服務(wù)更加個(gè)性化、從而實(shí)現(xiàn)智慧化。

2、智慧污水的建設(shè)使得生產(chǎn)運(yùn)行管理者通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)水務(wù)集團(tuán)對(duì)下屬的各污水處理廠、泵站的關(guān)鍵生產(chǎn)指標(biāo)(進(jìn)出水水量、進(jìn)出水污染物濃度、集水井水位等)、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)(設(shè)備開關(guān)、電流、電壓等)的自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視、智能預(yù)警，加強(qiáng)各級(jí)管理人員對(duì)各廠運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)管力度。

三、工業(yè)智能網(wǎng)關(guān)為智慧水務(wù)污水處理整體解決方案核心

1、數(shù)據(jù)收集

將單一水廠或數(shù)個(gè)水廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的儀表讀數(shù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)(包含水量、水位、水質(zhì)、電耗、藥耗、設(shè)備狀態(tài)與環(huán)境條件等信息)做遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控，減少人工收集可能的失誤，提高資訊準(zhǔn)確性。

2、監(jiān)控操作

由中控室與外部連接對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行操控;運(yùn)用監(jiān)控錄像或報(bào)警判斷所需操作模式;利用云計(jì)算平臺(tái)搭配移動(dòng)式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，人機(jī)合一的現(xiàn)場(chǎng)加遠(yuǎn)端的監(jiān)控模式。

3、數(shù)據(jù)分析

設(shè)定運(yùn)行數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)，以圖形界面提高直觀比較;水質(zhì)數(shù)據(jù)與運(yùn)行模式和原廢水變化的交叉分析;報(bào)警處理的過程追蹤與統(tǒng)計(jì)分析未來故障前兆之預(yù)警。

四、智慧水務(wù)污水處理整體解決方案優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

1、智慧水務(wù)包括水務(wù)信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和服務(wù)，全新提升水務(wù)管理的效率和效能，實(shí)現(xiàn)更全面的感知，更主動(dòng)的服務(wù)，更整合的資源，更科學(xué)的決策，更自動(dòng)的控制和更及時(shí)的應(yīng)對(duì)。

2、我國污水處理廠日益增多，且分布廣，傳統(tǒng)的監(jiān)管方式已無法滿足現(xiàn)在的發(fā)展，效益提高的同時(shí)運(yùn)營成本也節(jié)節(jié)攀升，如何高效的監(jiān)管好各廠站，這就給水務(wù)集團(tuán)管理水平提出了更高的要求。

3、智慧污水的建設(shè)使得生產(chǎn)運(yùn)行管理者通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)水務(wù)集團(tuán)對(duì)下屬的各污水處理廠、泵站的關(guān)鍵生產(chǎn)指標(biāo)(進(jìn)出水水量、進(jìn)出水污染物濃度、集水井水位等)、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)(設(shè)備開關(guān)、電流、電壓等)的自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視、智能預(yù)警，加強(qiáng)各級(jí)管理人員對(duì)各廠運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)管力度。

4、依托機(jī)制創(chuàng)新，整合共享生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各類運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)挖掘，組成基于數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用系統(tǒng)，為各污水廠運(yùn)營管理提供實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、全廠過程控制、工藝運(yùn)行模擬、運(yùn)行異常預(yù)警、優(yōu)化運(yùn)行決策等功能，為公司提供整體綜合運(yùn)營決策的工藝分析、設(shè)備分析、成本分析、風(fēng)險(xiǎn)分析等功能，支撐污水綜合管理、涉水事務(wù)跨行業(yè)協(xié)調(diào)管理和提供社會(huì)公眾

二、項(xiàng)目分析

2.1 系統(tǒng)組成

2.1.1 污水?dāng)?shù)據(jù)采集終端

根據(jù)監(jiān)測(cè)性質(zhì)的不同主要分為三個(gè)方面，地表水站（河流、水庫等飲用水）、城市污水處理廠和工業(yè)污染源；主要檢測(cè)的物理量有：流速、流量、PH值、COD、氨氮、硝氮、亞硝氮、總磷等；實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)噪聲數(shù)據(jù)采集到智能監(jiān)控終端內(nèi)。通過工業(yè)上通用的MODIBUS標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行傳輸。（湖南圣凱安環(huán)?？萍稼w133..975...32.。。。997）

2.1.2無線傳輸設(shè)備

鑒于對(duì)通訊模塊的要求，我們選擇廈門才茂通訊有限公司的CM550-5XX IP MODEM(dtu)。它具有體積小、功耗低、配置使用簡單、即插即用。支持主備數(shù)據(jù)通道、并行多數(shù)據(jù)通道、實(shí)時(shí)在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網(wǎng)絡(luò)接入等功能不僅可以保障數(shù)據(jù)安全可靠還能讓客戶根據(jù)需傳輸節(jié)省資費(fèi)。

2.1.3數(shù)據(jù)管理中心

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)（整個(gè)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個(gè)子系統(tǒng),它肩負(fù)著各種現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)接收的作用,具有無人職守自動(dòng)工作功能）；數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)（監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S模式在監(jiān)測(cè)部門內(nèi)部供工作人員直接操作使用）；報(bào)警短信子系統(tǒng)（利用目前廣泛使用的移動(dòng)通訊技術(shù)進(jìn)行開發(fā)的一個(gè)及其有用的功能系統(tǒng)，終端儀器儀表設(shè)定報(bào)警值后和短信 MODEM組合，以快速的把報(bào)警信息發(fā)到的管理層）；WEB發(fā)布子系統(tǒng)（污水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中對(duì)外公布的網(wǎng)頁查詢系統(tǒng)，是提供普通市民了解居住城市水體質(zhì)量的窗口，也是被監(jiān)測(cè)企業(yè)、工廠對(duì)自己排放污染程度的要求）；

2.2 系統(tǒng)總架構(gòu)

污水?dāng)?shù)據(jù)采集終端通過RS232/485通訊接口與CM550-5XX串口連接，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網(wǎng)絡(luò)，例如固定IP、APN、ADSL等。

無線傳輸設(shè)備CM550-5XX通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當(dāng)采集終端需要上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)直接送往串口，此時(shí)CM550-5XX就會(huì)把收到的數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機(jī)。當(dāng)數(shù)據(jù)中心下發(fā)的命令或數(shù)據(jù)通過通道傳輸?shù)?/span>CM550-5XX后，CM550-5XX通過串口送到采集終端，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。

2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

2.3.1監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)

1. 自動(dòng)啟動(dòng)(在停電后/系統(tǒng)重啟后自動(dòng)啟動(dòng),不用人為操作。

2. 數(shù)據(jù)過濾(本系統(tǒng)從安全考慮，僅接收經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)證后的數(shù)據(jù))。

3. 使用于各種數(shù)據(jù)類型輸出的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表(開關(guān)量、模擬量、數(shù)值等)。

4. 將接收到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。

5. 現(xiàn)場(chǎng)反控(通過修改監(jiān)測(cè)采集方案來啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(包括對(duì)自動(dòng)采樣器的操作等)。

6. 查看各監(jiān)測(cè)站連接狀態(tài)

2.3.2數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的核心部分.是用戶直接操作和感受到的部分，采用 C/S模式在監(jiān)測(cè)部門內(nèi)部供工作人員直接操作使用。具有安全、快捷方便的特點(diǎn)、系統(tǒng)即具有綜合性、集成性的特點(diǎn)、又有各模塊獨(dú)立操作的有點(diǎn)。

其功能包括如下:

1. 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)的查詢、偏離修正、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性審核、預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)錄入

2. 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歷史記錄的維護(hù)。

3. GIS電子地圖實(shí)時(shí)顯示水體污染變化趨勢(shì)

4. 結(jié)合歷史數(shù)據(jù)生成水體污染指數(shù)曲線圖

5. 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常分析、軟件報(bào)警、實(shí)時(shí)通過短信通知報(bào)警信息

6. 各種數(shù)據(jù)匯總報(bào)表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、上報(bào)表格，包括特殊格式報(bào)表

7. 默認(rèn)、自定義監(jiān)測(cè)采集方案維護(hù)

8. 現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)采樣器操作

9. 現(xiàn)場(chǎng)樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入、與自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比、偏離報(bào)告

10. 現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)記錄

11. 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目等基礎(chǔ)信息自由配置、兼容性好

12. 人員權(quán)限分配

13. 數(shù)據(jù)備份

14. WEB用戶認(rèn)證、權(quán)限分配、及其web訪問統(tǒng)計(jì)情況等

2.3.4 WEB發(fā)布子系統(tǒng)

1. 歷史、當(dāng)前水體污染報(bào)告、預(yù)告

2. 水體測(cè)試數(shù)據(jù)查詢、曲線圖

3. 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)明細(xì)、監(jiān)測(cè)分析報(bào)表等

三、項(xiàng)目架構(gòu)實(shí)施

3.1 傳輸模塊與污水處理采集終端連接

在工業(yè)領(lǐng)域設(shè)備一般都采用以太口或串口傳輸數(shù)據(jù)，無線通信模塊CM550-5XX同時(shí)支持232/485通信方式，因此可以直接和污水處理數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行連接通信，如下圖：

3.2.1 專線接入

中心采用APN專線， 所有點(diǎn)都采用內(nèi)網(wǎng)固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進(jìn)行廣域連接，在GGSN與移動(dòng)公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請(qǐng)?jiān)?/span>APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進(jìn)入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進(jìn)入。

用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠(yuǎn)程認(rèn)證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認(rèn)證功能）。只有通過認(rèn)證的用戶才允許接入，用以保證用戶內(nèi)部安全。

用戶在內(nèi)部建立DHCP服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用DHCP功能），為通過認(rèn)證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動(dòng)終端和服務(wù)器平臺(tái)之間采用端到端加密，避免信息在整個(gè)傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進(jìn)行隔離，并在防火墻上進(jìn)行IP地址和端口過濾。此種方案無論實(shí)時(shí)性，安全性和穩(wěn)定性較前一種方案都有大大提高，適合于安全性要求較高、數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多、實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用環(huán)境。在資金允許的情況下佳組網(wǎng)方式。

3

目前才茂提供三種方式的中心接口：

1. 首先是對(duì)于組態(tài)軟件，目前很多組態(tài)軟件廠家已經(jīng)集成了我們的驅(qū)動(dòng)了，可以直接配置使用；

2. 對(duì)于后臺(tái)中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個(gè)虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串口數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)利用無線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)不做修改的結(jié)合。

3. 在客戶想要開發(fā)自己的數(shù)據(jù)中心是，此時(shí)我公司會(huì)提供一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫，利用動(dòng)態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進(jìn)行對(duì)接，同時(shí)會(huì)提供一個(gè)的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進(jìn)行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)?？蛻艨赡芡ㄟ^動(dòng)態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個(gè)靈活的，穩(wěn)定的，功能齊全的終端管理和數(shù)據(jù)交互的中心軟件。

四、方案特點(diǎn)

1. 利用才茂無線IP MODEM可基本不用布線，且采用多點(diǎn)對(duì)一中心的組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的一中心統(tǒng)一管理。

2. 才茂IP MODEM采用高性能工業(yè)級(jí)處理器以及看門狗等安全機(jī)制設(shè)計(jì)，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會(huì)自行檢測(cè)然后自動(dòng)斷電重啟，保證IP MODEM 永遠(yuǎn)在線，通信鏈路永遠(yuǎn)正常。

3. 目前污水處理監(jiān)控工程數(shù)量及規(guī)模都不斷的在擴(kuò)大，因此系統(tǒng)采用多點(diǎn)對(duì)中心的組網(wǎng)方案，不論采用普通無線GPRS還是APN專網(wǎng)都可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)增加新的采集控制點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)不會(huì)造成任何的中斷和影響。

4. IP MODEM 采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)串口通信，即插即用，且高規(guī)格的模具設(shè)計(jì)，體積小巧方便維護(hù)。

5. 才茂IP MODEM*采用國際標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP安全傳輸協(xié)議機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的安全和及時(shí)，而且采用*透明傳輸機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6. 多中心設(shè)計(jì)，可同時(shí)設(shè)置5個(gè)中心監(jiān)控采集現(xiàn)場(chǎng)，避免因某個(gè)中心網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者關(guān)閉導(dǎo)致無法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。

7. 污水處理一般都在偏遠(yuǎn)地區(qū)，在此CM550-5XX進(jìn)行人性化工程設(shè)計(jì)，可是工程人員無需到現(xiàn)場(chǎng)就可以遠(yuǎn)程直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的配置，達(dá)到時(shí)間和人力的合理利用。

8. 高規(guī)格材料選配，可在 -25~+65C、 相對(duì)濕度 95%(無凝結(jié))環(huán)境下正常工作。

五、小結(jié)

目前污水?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)應(yīng)用廣泛，直接關(guān)系到生態(tài)環(huán)境安全，在特殊的大背景下國家政策也是大力推行，深圳云傳物聯(lián)在污水處理監(jiān)測(cè)領(lǐng)域已有全國范圍性的應(yīng)用。在物聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境下圣凱安解決方案和產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于移動(dòng)POS終端、金融、供應(yīng)鏈自動(dòng)化、智能化運(yùn)輸、工業(yè)自動(dòng)化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護(hù)、氣象、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測(cè)、軍事、空間探索、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水務(wù)、電力、煤礦、石化等行業(yè)。