一、項目背景

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的污水排放量已越來越大，已造成地表水的嚴重污染，環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)不斷惡化趨勢，但目前全國各地對污染源和排污河渠的水質(zhì)監(jiān)測仍停留在手工監(jiān)測階段，時間覆蓋率低，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)劃也對城鎮(zhèn)污水處理提出了更高要求，在行業(yè)監(jiān)管的加強、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)、運營、管理等各個環(huán)節(jié)的發(fā)展得到重視，污水處理自動化、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)不僅于自動化，重要的還在于基于污水處理廠運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)備進行數(shù)據(jù)采集及傳輸

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

2、智慧污水的建設(shè)使得生產(chǎn)運行管理者通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)水務(wù)集團對下屬的各污水處理廠、泵站的關(guān)鍵生產(chǎn)指標(進出水水量、進出水污染物濃度、集水井水位等)、生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)(設(shè)備開關(guān)、電流、電壓等)的自動采集、遠程實時監(jiān)視、智能預(yù)警，加強各級管理人員對各廠運行情況的實時監(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)個水廠自動化系統(tǒng)中的儀表讀數(shù)與運行數(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)做遠程傳輸監(jiān)控，減少人工收集可能的失誤，提高資訊準確性。

2、監(jiān)控操作

由中控室與外部連接對運行設(shè)備進行操控;運用監(jiān)控錄像或報警判斷所需操作模式;利用云計算平臺搭配移動式設(shè)備，實現(xiàn)現(xiàn)場報警，人機合一的現(xiàn)場加遠端的監(jiān)控模式。

3、數(shù)據(jù)分析

設(shè)定運行數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)趨勢，以圖形界面提高直觀比較;水質(zhì)數(shù)據(jù)與運行模式和原廢水變化的交叉分析;報警處理的過程追蹤與統(tǒng)計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)勢特點

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

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，效益提高的同時運營成本也節(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)運行管理者通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)水務(wù)集團對下屬的各污水處理廠、泵站的關(guān)鍵生產(chǎn)指標(進出水水量、進出水污染物濃度、集水井水位等)、生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)(設(shè)備開關(guān)、電流、電壓等)的自動采集、遠程實時監(jiān)視、智能預(yù)警，加強各級管理人員對各廠運行情況的實時監(jiān)管力度。

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

二、項目分析

2.1 系統(tǒng)組成

2.1.1 污水數(shù)據(jù)采集終端

根據(jù)監(jiān)測性質(zhì)的不同主要分為三個方面，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；主要檢測的物理量有：流速、流量、PH值、COD、氨氮、硝氮、亞硝氮、總磷等；實時將現(xiàn)場噪聲數(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標準協(xié)議進行傳輸。（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、實時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。

2.1.3數(shù)據(jù)管理中心

監(jiān)測數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)（整個系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個子系統(tǒng),它肩負著各種現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測及數(shù)據(jù)接收的作用,具有無人職守自動工作功能）；數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計子系統(tǒng)（監(jiān)測系統(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)測部門內(nèi)部供工作人員直接操作使用）；報警短信子系統(tǒng)（利用目前廣泛使用的移動通訊技術(shù)進行開發(fā)的一個及其有用的功能系統(tǒng)，終端儀器儀表設(shè)定報警值后和短信 MODEM組合，以快速的把報警信息發(fā)到的管理層）；WEB發(fā)布子系統(tǒng)（污水自動監(jiān)測系統(tǒng)中對外公布的網(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)測企業(yè)、工廠對自己排放污染程度的要求）；

2.2 系統(tǒng)總架構(gòu)

污水數(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)連接到遠程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數(shù)據(jù)通道。當采集終端需要上報數(shù)據(jù)的時候?qū)?shù)據(jù)直接送往串口，此時CM550-5XX就會把收到的數(shù)據(jù)原封不動地發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器主機。當數(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，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。

2.3系統(tǒng)實現(xiàn)功能

2.3.1監(jiān)測數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)

1. 自動啟動(在停電后/系統(tǒng)重啟后自動啟動,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)場檢測儀表(開關(guān)量、模擬量、數(shù)值等)。

4. 將接收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)保存到后臺數(shù)據(jù)庫。

5. 現(xiàn)場反控(通過修改監(jiān)測采集方案來啟動現(xiàn)場設(shè)備(包括對自動采樣器的操作等)。

6. 查看各監(jiān)測站連接狀態(tài)

2.3.2數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計子系統(tǒng)是監(jiān)測系統(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、系統(tǒng)即具有綜合性、集成性的特點、又有各模塊獨立操作的有點。

其功能包括如下:

1. 現(xiàn)場實時監(jiān)測原始數(shù)據(jù)的查詢、偏離修正、監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性審核、預(yù)報數(shù)據(jù)錄入

2. 監(jiān)測數(shù)據(jù)歷史記錄的維護。

3. GIS電子地圖實時顯示水體污染變化趨勢

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)測數(shù)據(jù)異常分析、軟件報警、實時通過短信通知報警信息

6. 各種數(shù)據(jù)匯總報表、統(tǒng)計報表、上報表格，包括特殊格式報表

7. 默認、自定義監(jiān)測采集方案維護

8. 現(xiàn)場自動采樣器操作

9. 現(xiàn)場樣本試驗數(shù)據(jù)錄入、與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)對比、偏離報告

10. 現(xiàn)場維護記錄

11. 監(jiān)測站點、監(jiān)測項目等基礎(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用戶認證、權(quán)限分配、及其web訪問統(tǒng)計情況等

2.3.4 WEB發(fā)布子系統(tǒng)

1. 歷史、當前水體污染報告、預(yù)告

2. 水體測試數(shù)據(jù)查詢、曲線圖

3. 監(jiān)測站點明細、監(jiān)測分析報表等

三、項目架構(gòu)實施

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地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為客戶分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網(wǎng)的SIM卡才能進入專網(wǎng)APN，防止其他非法用戶的進入。

用戶在內(nèi)部建立RADIUS服務(wù)器，作為內(nèi)部用戶接入的遠程認證服務(wù)器（或在APN路由器內(nèi)，啟用路由器本地認證功能）。只有通過認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），為通過認證的用戶分配用戶內(nèi)部地址。移動終端和服務(wù)器平臺之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論實時性，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)點比較多、實時性要求較高的應(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)動了，可以直接配置使用；

2. 對于后臺中心軟件只讀串口數(shù)據(jù)的情況，提供一個虛擬串口軟（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)，從而實現(xiàn)利用無線公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)且又對現(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，此時我公司會提供一個動態(tài)鏈接庫，利用動態(tài)鏈接庫客戶可以很輕松的與傳輸通道進行對接，同時會提供一個的數(shù)據(jù)中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協(xié)助客戶進行自己數(shù)據(jù)中心軟件和功能的開發(fā)?？蛻艨赡芡ㄟ^動態(tài)鏈接庫快速開發(fā)一個靈活的，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

1. 利用才茂無線IP MODEM可基本不用布線，且采用多點對一中心的組網(wǎng)方式，實現(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)級處理器以及看門狗等安全機制設(shè)計，保證IP MODEM 萬一通信中斷也會自行檢測然后自動斷電重啟，保證IP MODEM 永遠在線，通信鏈路永遠正常。

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

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

5. 才茂IP MODEM*采用國際標準的TCP/IP安全傳輸協(xié)議機制，保證數(shù)據(jù)的安全和及時，而且采用*透明傳輸機制，保證數(shù)據(jù)的準確性。

6. 多中心設(shè)計，可同時設(shè)置5個中心監(jiān)控采集現(xiàn)場，避免因某個中心網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或者關(guān)閉導(dǎo)致無法對現(xiàn)場進行監(jiān)控而產(chǎn)生安全隱患。

7. 污水處理一般都在偏遠地區(qū)，在此CM550-5XX進行人性化工程設(shè)計，可是工程人員無需到現(xiàn)場就可以遠程直接對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行相應(yīng)的配置，達到時間和人力的合理利用。

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

五、小結(jié)

目前污水數(shù)據(jù)監(jiān)測應(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POS終端、金融、供應(yīng)鏈自動化、智能化運輸、工業(yè)自動化、智能建筑、智能家居、消防、公共安全、環(huán)境保護、氣象、數(shù)字化醫(yī)療、遙感勘測、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)。