賀磊

摘要：該文從農(nóng)村污水處理入手，提出利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)設(shè)施運(yùn)行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的思路，實(shí)現(xiàn)設(shè)施遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)與監(jiān)管；對(duì)污水處理工藝進(jìn)行仿真能夠更直觀發(fā)現(xiàn)故障，保證設(shè)備的良好穩(wěn)定運(yùn)行；通過(guò)對(duì)水量、水質(zhì)、能源消耗的智能分析，改進(jìn)原有的工藝流程，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村污水處理的智能化管理。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)；污水處理工藝；SOA；大數(shù)據(jù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）26-0236-02

Abstract：This paper starts from the rural sewage treatment， proposed the use of networking technology for remote monitoring of the operation of facilities maintenance and operation way to realize remote supervision； the sewage treatment process simulation can be more intuitive to find fault， ensure the stable operation of the equipment； through the analysis of the intelligent water quality， energy consumption， process improvement original. The intelligent management of rural sewage treatment is realized.

Key words：Internet of things； Wastewater treatment process intelligent monitoring； SOA； Big data

1 概述

隨著建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村步伐的加快，農(nóng)村水污染治理及水環(huán)境綜合整治已成為新農(nóng)村建設(shè)的重要部分[1]。生活污水是首要污染源，會(huì)造成江河湖泊、地下水等水體環(huán)境受到污染。有效地治理農(nóng)村污水，不僅改善水體環(huán)境、又能緩解農(nóng)業(yè)用水緊張形勢(shì)。因此急需農(nóng)村污水處理工藝的系統(tǒng)化研究，提出適合我國(guó)現(xiàn)狀的農(nóng)村污水處理系統(tǒng)解決方案。利用物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合農(nóng)村污水處理工藝，設(shè)計(jì)并研發(fā)一套農(nóng)村污水處理智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠很好地解決當(dāng)前農(nóng)村污水處理的諸多問(wèn)題 [2]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)村污水處理智能監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)具體的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行系統(tǒng)的分析，提出以設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維為主，數(shù)據(jù)分析、視頻監(jiān)控等功能加以補(bǔ)充和主要滿足用戶場(chǎng)景的應(yīng)用、數(shù)據(jù)的時(shí)效性的設(shè)計(jì)思路。

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)村污水處理智能監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)主要采用分層模塊化的SOA分布式系統(tǒng)架構(gòu)模式。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

農(nóng)村污水處理工藝分為兩大主體部分，工藝的基礎(chǔ)設(shè)施與污水處理設(shè)備。具體的污水處理工藝流程，通過(guò)收集、處理、檢測(cè)、排放幾個(gè)流程模塊組成，污水處理工藝流程如圖2所示。

2.1 遠(yuǎn)程運(yùn)維

污水處理設(shè)施主要由傳感器、變頻器、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、電磁閥、基礎(chǔ)設(shè)施等設(shè)備組成。安裝位置大多在野外較偏遠(yuǎn)區(qū)域，區(qū)域跨度比較大，設(shè)備基本處于無(wú)人值守、自動(dòng)運(yùn)行的模式，污水設(shè)備的運(yùn)維難度比較大，因此遠(yuǎn)程運(yùn)維非常關(guān)鍵。

2.1.1 故障告警

設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)GPRS通信網(wǎng)絡(luò)將故障信息上傳到上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)，平臺(tái)進(jìn)行推送消息告警。通過(guò)對(duì)告警信息的數(shù)據(jù)診斷、判定故障，及時(shí)排除設(shè)備故障恢復(fù)運(yùn)行。

2.1.2 數(shù)據(jù)采集

采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如水位、水壓、瞬時(shí)電流、電壓、電量等數(shù)據(jù)；采集污水的處理過(guò)程的數(shù)據(jù)，如排水量、水質(zhì)檢測(cè)值等數(shù)據(jù)；將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS通信裝置上傳到本系統(tǒng)平臺(tái)。

2.1.3 遠(yuǎn)程控制

通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)對(duì)各個(gè)污水處理裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的啟動(dòng)與停止、故障的監(jiān)測(cè)。遠(yuǎn)程設(shè)定設(shè)備的運(yùn)行模式，自動(dòng)與手動(dòng)模式的切換。

2.2 工藝仿真

每個(gè)處理現(xiàn)場(chǎng)污水處理工藝不同，因此通過(guò)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以動(dòng)畫(huà)形式展現(xiàn)，虛擬仿真污水處理工藝。如用圖形顯示水池水位緩慢升高，伴隨著水位的升高浮球浮起，排水泵葉輪開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，排水口噴出水；電磁閥開(kāi)啟后，風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)水中加氧氣泡排除；如發(fā)生故障時(shí)，故障設(shè)備發(fā)出閃爍的紅色警示標(biāo)識(shí)。整個(gè)污水處理流程通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工藝流程仿真，污水處理工藝仿真如圖3所示。

2.3 區(qū)域點(diǎn)位

通過(guò)GIS進(jìn)行標(biāo)注點(diǎn)位，通過(guò)使用不同顏色表示每個(gè)處理工藝的狀態(tài)，是否存在設(shè)備告警、是否停止。在區(qū)域點(diǎn)位上可以查看工藝仿真，進(jìn)行設(shè)備的控制；自動(dòng)/手動(dòng)模式的切換。還可以查看每個(gè)工藝的告警列表。

2.4 視頻監(jiān)控

污水處理工藝基本都處于農(nóng)田偏遠(yuǎn)的地方，通過(guò)視頻監(jiān)控查看設(shè)備的狀況。如果過(guò)沒(méi)有有線網(wǎng)絡(luò)的情況下，可以采用3G模塊進(jìn)行按時(shí)間間隔進(jìn)行抓拍。并設(shè)定視頻移動(dòng)告警的區(qū)域范圍。

2.5 數(shù)據(jù)分析

主要針對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、水質(zhì)、能源、故障原因等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，瞬時(shí)電流、電壓的趨勢(shì)分析。通過(guò)大數(shù)據(jù)Hadoop技術(shù)對(duì)采集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、數(shù)據(jù)加工挖掘。

2.5.1 水質(zhì)分析

處理過(guò)的污水要經(jīng)過(guò)水質(zhì)檢測(cè)合格后才可以排放，因此對(duì)水質(zhì)的檢測(cè)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。本系統(tǒng)保留所有時(shí)間點(diǎn)的水質(zhì)采樣數(shù)據(jù)。檢測(cè)水質(zhì)指標(biāo)主要有COD（mg/l）、SOD（mg/l）、SS（mg/l）、NH3N（mg/l）、TN（mg/l）、TP（mg/l）等。

2.5.2 能源報(bào)表endprint

能源報(bào)表主要從設(shè)備損耗、電費(fèi)、水費(fèi)、運(yùn)維等進(jìn)行總體統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)的結(jié)果與最終產(chǎn)出的價(jià)值進(jìn)行對(duì)比。不斷的持續(xù)改進(jìn)工藝流程，降低能源消耗，提高污水處理設(shè)備的效率，降低運(yùn)維成本。

2.5.3 故障統(tǒng)計(jì)

對(duì)設(shè)備在運(yùn)行發(fā)生的故障進(jìn)行多維度的故障分析、故障推斷。按照時(shí)間、區(qū)域、設(shè)備零部件的故障統(tǒng)計(jì)分析。創(chuàng)建故障檢測(cè)模型，診斷故障的發(fā)生原因，方便用戶恢復(fù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。也有利于設(shè)備的改進(jìn)與遠(yuǎn)程的運(yùn)維。

2.6 數(shù)據(jù)傳輸

采集裝置主要分為瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、水位傳感器、水質(zhì)檢測(cè)裝置、電磁閥等。各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)基板收集，集中發(fā)送到上位機(jī)。

傳感器與采集基板用串口通信方式傳輸數(shù)據(jù)；下位機(jī)與上位機(jī)傳輸數(shù)據(jù)采用GPRS模塊通信。傳感器與采集基板的通信協(xié)議采用Modbus協(xié)議。

3 實(shí)際運(yùn)行效果

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)村污水處理智能監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后穩(wěn)定地運(yùn)行于用戶現(xiàn)場(chǎng)，達(dá)到預(yù)期的效果。界面展示如圖4所示。

實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用層邏輯分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)歸類(lèi)建模、編號(hào)、設(shè)備識(shí)別及信息采集與反饋等功能。

能夠?qū)ξ鬯幚碓O(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維，故障自動(dòng)報(bào)警、污水處理工藝仿真、更直觀發(fā)現(xiàn)故障，保證設(shè)備的良好穩(wěn)定運(yùn)行。

實(shí)現(xiàn)了出水量、水質(zhì)、能源消耗的智能分析，改進(jìn)原有的工藝流程。實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村污水處理的智能化管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)從農(nóng)村污水處理入手，提出利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)設(shè)施運(yùn)行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視的思路，實(shí)現(xiàn)設(shè)施遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)與監(jiān)管[3]；對(duì)污水處理工藝進(jìn)行仿真能夠更直觀發(fā)現(xiàn)故障，保證設(shè)備的良好穩(wěn)定運(yùn)行；通過(guò)對(duì)水量、水質(zhì)、能源消耗的智能分析，改進(jìn)原有的工藝流程，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村污水處理的智能化管理。

參考文獻(xiàn)：

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