一、項目背景

隨著經濟的發(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)境質量呈現不斷惡化趨勢，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、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、信息互聯化及智能工業(yè)化技術的發(fā)展也迫在眉睫。

2、針對我國現有排水系統(tǒng)信息化發(fā)展不均衡、系統(tǒng)功能不完善，應用系統(tǒng)缺少統(tǒng)籌規(guī)劃利用程度底、共享程度低等不足，大數據全數字化自控系統(tǒng)已經不僅于自動化，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應用。

二、工業(yè)智能網關能夠對污水處理設備進行數據采集及傳輸

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

2、智慧污水的建設使得生產運行管理者通過物聯網數字化技術實現水務集團對下屬的各污水處理廠、泵站的關鍵生產指標(進出水水量、進出水污染物濃度、集水井水位等)、生產運行數據(設備開關、電流、電壓等)的自動采集、遠程實時監(jiān)視、智能預警，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)智能網關為智慧水務污水處理整體解決方案核心

1、數據收集

將單一水廠或數個水廠自動化系統(tǒng)中的儀表讀數與運行數據(包含水量、水位、水質、電耗、藥耗、設備狀態(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備，實現現場報警，人機合一的現場加遠端的監(jiān)控模式。

3、數據分析

設定運行數據的歷史數據趨勢，以圖形界面提高直觀比較;水質數據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警。

四、智慧水務污水處理整體解決方案優(yōu)勢特點

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

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，這就給水務集團管理水平提出了更高的要求。

3、智慧污水的建設使得生產運行管理者通過物聯網數字化技術實現水務集團對下屬的各污水處理廠、泵站的關鍵生產指標(進出水水量、進出水污染物濃度、集水井水位等)、生產運行數據(設備開關、電流、電壓等)的自動采集、遠程實時監(jiān)視、智能預警，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，整合共享生產現場的各類運行數據并進行分析和數據挖掘，組成基于數據中心的應用系統(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、涉水事務跨行業(yè)協調管理和提供社會公眾

二、項目分析

2.1 系統(tǒng)組成

2.1.1 污水數據采集終端

根據監(jiān)測性質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；實時將現場噪聲數據采集到智能監(jiān)控終端內。通過工業(yè)上通用的MODIBUS標準協議進行傳輸。（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。支持主備數據通道、并行多數據通道、實時在線和按需在線多種工作方式、并且支持APN網絡接入等功能不僅可以保障數據安全可靠還能讓客戶根據需傳輸節(jié)省資費。

2.1.3數據管理中心

監(jiān)測數據接收子系統(tǒng)（整個系統(tǒng)中至關重要的一個子系統(tǒng),它肩負著各種現場實時數據的監(jiān)測及數據接收的作用,具有無人職守自動工作功能）；數據分析統(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)中對外公布的網頁查詢系統(tǒng)，是提供普通市民了解居住城市水體質量的窗口，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

污水數據采集終端通過RS232/485通訊接口與CM550-5XX串口連接，數據監(jiān)控中心可以采用多種方式連接網絡，例如固定IP、APN、ADSL等。

無線傳輸設備CM550-5XX通過GPRS網絡連接到遠程數據中心服務器主機，與中心建立TCP/IP連接后開啟透明數據通道。當采集終端需要上報數據的時候將數據直接送往串口，此時CM550-5XX就會把收到的數據原封不動地發(fā)送到數據中心服務器主機。當數據中心下發(fā)的命令或數據通過通道傳輸到CM550-5XX后，CM550-5XX通過串口送到采集終端，從而實現了數據雙向透明傳輸。

2.3系統(tǒng)實現功能

2.3.1監(jiān)測數據接收子系統(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. 數據過濾(本系統(tǒng)從安全考慮，僅接收經系統(tǒng)認證后的數據)。

3. 使用于各種數據類型輸出的現場檢測儀表(開關量、模擬量、數值等)。

4. 將接收到的監(jiān)測數據保存到后臺數據庫。

5. 現場反控(通過修改監(jiān)測采集方案來啟動現場設備(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數據分析統(tǒng)計子系統(tǒng)

數據分析統(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. 現場實時監(jiān)測原始數據的查詢、偏離修正、監(jiān)測數據有效性審核、預報數據錄入

2. 監(jiān)測數據歷史記錄的維護。

3. GIS電子地圖實時顯示水體污染變化趨勢

4. 結合歷史數據生成水體污染指數曲線圖

5. 監(jiān)測數據異常分析、軟件報警、實時通過短信通知報警信息

6. 各種數據匯總報表、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. 現場自動采樣器操作

9. 現場樣本試驗數據錄入、與自動監(jiān)測數據對比、偏離報告

10. 現場維護記錄

11. 監(jiān)測站點、監(jiān)測項目等基礎信息自由配置、兼容性好

12. 人員權限分配

13. 數據備份

14. WEB用戶認證、權限分配、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、預告

2. 水體測試數據查詢、曲線圖

3. 監(jiān)測站點明細、監(jiān)測分析報表等

三、項目架構實施

3.1 傳輸模塊與污水處理采集終端連接

在工業(yè)領域設備一般都采用以太口或串口傳輸數據，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據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， 所有點都采用內網固定IP客戶中心通過一條2M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯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專網的SIM卡才能進入專網APN，防止其他非法用戶的進入。

用戶在內部建立RADIUS服務器，作為內部用戶接入的遠程認證服務器（或在APN路由器內，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，用以保證用戶內部安全。

用戶在內部建立DHCP服務器（或在APN路由器內，啟用DHCP功能），為通過認證的用戶分配用戶內部地址。移動終端和服務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、數據點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。在資金允許的情況下佳組網方式。

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)軟件廠家已經集成了我們的驅動了，可以直接配置使用；

2. 對于后臺中心軟件只讀串口數據的情況，提供一個虛擬串口軟（TCP2COM），利用虛擬串口軟件可以將以太網數據轉化為串口數據，從而實現利用無線公網傳輸數據且又對現有系統(tǒng)不做修改的結合。

3. 在客戶想要開發(fā)自己的數據中心是，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據中心DEMO軟件，不僅開放源碼還全程協助客戶進行自己數據中心軟件和功能的開發(fā)。客戶可能通過動態(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據交互的中心軟件。

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方式，實現了數據的一中心統(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方案，不論采用普通無線GPRS還是APN專網都可以實現隨時增加新的采集控制點，對現有的網絡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安全傳輸協議機制，保證數據的安全和及時，而且采用*透明傳輸機制，保證數據的準確性。

6. 多中心設計，可同時設置5個中心監(jiān)控采集現場，避免因某個中心網絡不穩(wěn)定或者關閉導致無法對現場進行監(jiān)控而產生安全隱患。

7. 污水處理一般都在偏遠地區(qū)，在此CM550-5XX進行人性化工程設計，可是工程人員無需到現場就可以遠程直接對網絡參數進行相應的配置，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)環(huán)境下正常工作。

五、小結

目前污水數據監(jiān)測應用廣泛，直接關系到生態(tài)環(huán)境安全，在特殊的大背景下國家政策也是大力推行，深圳云傳物聯在污水處理監(jiān)測領域已有全國范圍性的應用。在物聯網的大環(huán)境下圣凱安解決方案和產品已廣泛應用于移動POS終端、金融、供應鏈自動化、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、數字化醫(yī)療、遙感勘測、軍事、空間探索、農業(yè)、林業(yè)、水務、電力、煤礦、石化等行業(yè)。