DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.09.044

摘? 要：工廠廢水亂排放對(duì)廠區(qū)以及周邊人們的生活環(huán)境造成嚴(yán)重影響。文章以工廠廢水排放管理工作為研究對(duì)象，重點(diǎn)闡述了廢水排放智能化調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)思路和實(shí)現(xiàn)方式。通過應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)集成等技術(shù)，將各廠區(qū)分散的監(jiān)測設(shè)備連接起來，實(shí)現(xiàn)廢水排放實(shí)時(shí)跟蹤和智能預(yù)警，為工業(yè)園區(qū)工廠廢水排放智能化調(diào)度工作提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);數(shù)據(jù)采集;廢水排放;智能調(diào)度

中圖分類號(hào)：TN929.5;TP274? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）09-0170-05

Design and Implementation of Intelligent Scheduling System for Factory Wastewater Discharge Based on Internet of Things

WEI Andong

（Anhui Tongguan Intelligent Technology Co.，Ltd.，Tongling? 244000，China）

Abstract：The random discharge of factory wastewater will have a serious impact on the living environment of the production area of factory and surrounding people. Taking the factory wastewater discharge management as the research object，this paper focuses on the construction idea and implementation mode of wastewater discharge intelligent scheduling system. Through the application of industrial internet of things and system integration and other technologies，the scattered monitoring equipments in each production area are connected together to realize real-time tracking and intelligent early warning of wastewater discharge，so as to provide technical support for the intelligent scheduling of wastewater discharge in the industrial park factories.

Keywords：internet of things;data acquisition;wastewater discharge;intelligent scheduling

0? 引? 言

人類的活動(dòng)會(huì)造成大量工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活廢棄物排入水中，導(dǎo)致水資源受到污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全世界每年約有4 200多億立方米的廢水排入江河湖海，污染了5.5萬億立方米的淡水，這相當(dāng)于全球徑流總量的14%以上。而且，隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，廢水的種類和數(shù)量也在迅猛增加，對(duì)水體的污染也日趨廣泛，嚴(yán)重威脅著人類的健康和安全。環(huán)保專家認(rèn)為，對(duì)于保護(hù)環(huán)境來說，工業(yè)廢水管理比城市廢水管理更為重要。

隨著工業(yè)園區(qū)的大規(guī)模興起，工業(yè)廢水的排放也變得相對(duì)集中，管理需求也更為急迫。工業(yè)園區(qū)的工廠所帶來的水污染往往是直接的，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物與廢水，若不經(jīng)妥善處理就排放，會(huì)污染環(huán)境，嚴(yán)重破壞廠區(qū)周邊水質(zhì)，并給用水人員帶來健康威脅。此外，哪怕是在對(duì)廢水進(jìn)行治理之后，由于其過程難以管理，也會(huì)導(dǎo)致實(shí)際處理情況不明確，無法采取針對(duì)性強(qiáng)的措施去解決相關(guān)問題。針對(duì)這一現(xiàn)象，工廠亟需建立一套廢水排放調(diào)度信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廠區(qū)廢水排放的全方位、多角度、跨區(qū)域的管理，確保污染物零排放，為實(shí)現(xiàn)祖國的“綠水青山就是金山銀山”這一目標(biāo)做貢獻(xiàn)。

1? 設(shè)計(jì)思路

通過應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)集成等技術(shù)，將各廠區(qū)分散的廢水池及液位計(jì)、流量計(jì)、水質(zhì)分析儀、水泵、監(jiān)控探頭等配套設(shè)備的實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化采集和集中存儲(chǔ)，為工廠廢水排放提供基于生產(chǎn)大數(shù)據(jù)的智能分析、智能預(yù)測、智能預(yù)警、智能控制、大屏展示、多指標(biāo)狀態(tài)追溯與回放、移動(dòng)化監(jiān)測等功能，為工廠生產(chǎn)過程中的廢水排放工作提供更全面的感知、更主動(dòng)的服務(wù)、更科學(xué)的決策、更及時(shí)的應(yīng)對(duì)。

2? 建設(shè)目標(biāo)

依據(jù)設(shè)計(jì)思路，梳理出系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)主要包括以下內(nèi)容：

（1）對(duì)工廠各區(qū)域的廢水池部署數(shù)采設(shè)備。為有效地采集廢水排放相關(guān)數(shù)據(jù)、豐富信息流，須對(duì)現(xiàn)有的廠區(qū)各廢水池安裝部署液位計(jì)、流量計(jì)、水質(zhì)分析儀、霍爾傳感器、監(jiān)控探頭等設(shè)備。

（2）實(shí)現(xiàn)廢水排放數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與集中存儲(chǔ)。通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)集成技術(shù)，將工廠各區(qū)域的廢水池現(xiàn)場大量分散的數(shù)采設(shè)備連接起來，解決了通信協(xié)議不統(tǒng)一、協(xié)議管理混亂、物理鏈路通訊不穩(wěn)定導(dǎo)致上層系統(tǒng)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問題，實(shí)現(xiàn)不同控制設(shè)備、智能儀表的數(shù)據(jù)集中監(jiān)控管理，確保系統(tǒng)數(shù)采的穩(wěn)定性和及時(shí)性，為系統(tǒng)建設(shè)提供研究與應(yīng)用基礎(chǔ)。

（3）統(tǒng)籌建設(shè)廢水排放智能調(diào)度平臺(tái)。應(yīng)用最新的可視化展示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各廢水池排放關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)的可視化分析與展示;實(shí)現(xiàn)各廢水池液位、流量、泵運(yùn)行狀態(tài)等指標(biāo)的預(yù)警設(shè)置與多渠道告警提醒;實(shí)現(xiàn)各廢水池的運(yùn)行狀態(tài)、排放信息、設(shè)備運(yùn)行信息等數(shù)據(jù)的查詢與統(tǒng)計(jì)分析，為管理部門排放廢水提供調(diào)度支持。

（4）建設(shè)廢水排放移動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，滿足管理部門移動(dòng)化監(jiān)管需求。應(yīng)用最新的企業(yè)移動(dòng)辦公平臺(tái)技術(shù)，建設(shè)安全、可靠的企業(yè)移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，以滿足管理部門移動(dòng)化監(jiān)管需求。

3? 系統(tǒng)功能架構(gòu)

根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)，研究擬構(gòu)建一個(gè)安全、高效、可擴(kuò)展的廢水排放智能調(diào)度信息化系統(tǒng)，該系統(tǒng)涵蓋PC端廢水排放智能調(diào)度系統(tǒng)、移動(dòng)端監(jiān)測系統(tǒng)、系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺(tái)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集交換平臺(tái)等內(nèi)容。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

3.1? PC端廢水排放智能調(diào)度系統(tǒng)

PC端的廢水排放智能調(diào)度系統(tǒng)是本項(xiàng)目系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)，日常的廢水排放綜合監(jiān)管與調(diào)度、排放問題追溯、實(shí)時(shí)告警和歷史告警查詢、各類統(tǒng)計(jì)報(bào)表查詢均在此系統(tǒng)中完成。具體實(shí)施內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：

（1）廠區(qū)綜合監(jiān)控管理。通過獲取各廢水池液位計(jì)、流量計(jì)、水泵運(yùn)行信號(hào)、監(jiān)控探頭等配套設(shè)備的實(shí)時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)展現(xiàn)水池液面狀態(tài)和當(dāng)前可承載廢水排放余量，為排水部門提供排放調(diào)度決策支持。主要內(nèi)容為：各級(jí)調(diào)度人員根據(jù)授權(quán)查看許可范圍內(nèi)的各廢水池狀態(tài)監(jiān)測信息;系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取并展現(xiàn)各廢水池液位計(jì)、流量計(jì)、水泵運(yùn)行信號(hào)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)計(jì)算排放余量，通過不同顏色展現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)是否正常;動(dòng)態(tài)更新當(dāng)前天氣預(yù)報(bào)信息，提供下雨排污預(yù)警;實(shí)時(shí)展現(xiàn)水池溢出、緊急排污等各類告警，支持告警確認(rèn)和告警信息清除;可實(shí)時(shí)查看各廢水池視頻監(jiān)控，以及時(shí)了解現(xiàn)場實(shí)際情況。

廢水池動(dòng)態(tài)展現(xiàn)數(shù)據(jù)部分代碼為：

functionaddPools（） {

$api.doGet（$tool.getContext（） + 'rest/fsdd/GetPoolData'， {}， function（res） {

console.log（res）

var result = res.data;

if （result &&result.length> 0） {

result.forEach（function（item） {

addPool（item）;

}）;

}}）

}

（2）廢水排放追溯管理。系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化展示功能以外，還提供歷史排放追溯功能，并將傳統(tǒng)的單指標(biāo)歷史數(shù)據(jù)追溯方式優(yōu)化為多指標(biāo)同時(shí)數(shù)據(jù)回溯分析，方便業(yè)務(wù)人員在分析單個(gè)設(shè)備運(yùn)行問題時(shí)，同時(shí)知曉相關(guān)聯(lián)的設(shè)備運(yùn)行情況，從而可快速定位問題，這種方式也為同類型的業(yè)務(wù)追溯分析提供參考與借鑒。主要實(shí)施內(nèi)容為：可選擇特定時(shí)間段同時(shí)展現(xiàn)各廢水池液位、流量、水泵啟停狀態(tài)、儲(chǔ)水余量等信息;可選擇特定時(shí)間段、特定廢水池以追溯歷史排放情況;可選擇特定時(shí)間段、特定設(shè)備、不同告警等級(jí)以跟蹤當(dāng)時(shí)告警信息;可選擇特定時(shí)間段、特定廢水池、特定監(jiān)測指標(biāo)以跟蹤當(dāng)時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

這里重點(diǎn)闡述下排放追溯的實(shí)現(xiàn)方式：系統(tǒng)提供追溯的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、數(shù)采周期、追溯速度等參數(shù)設(shè)定，開始追溯后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)構(gòu)造一條時(shí)間軸，并進(jìn)行相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)回放，回放的過程中可以暫停、繼續(xù)播放，也支持選擇特定時(shí)間點(diǎn)以查看該時(shí)間點(diǎn)的所有當(dāng)時(shí)數(shù)據(jù)。追溯運(yùn)行效果如圖2所示。

（3）智能預(yù)警管理。通過建立基于廢水池液位、流量等基礎(chǔ)指標(biāo)的多層級(jí)、多渠道的智能化預(yù)警功能，可為各級(jí)管理人員提供快速?zèng)Q策依據(jù)，如提供液位狀態(tài)監(jiān)測，一旦發(fā)生異常情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)預(yù)警等級(jí)發(fā)送至對(duì)應(yīng)處理人員。系統(tǒng)在傳統(tǒng)的客戶端業(yè)務(wù)告警和短信提醒的基礎(chǔ)上，增加了告警消息推送到微信或企業(yè)微信、企業(yè)釘釘?shù)南⒅行墓δ?。主要?shí)施內(nèi)容為：提供告警規(guī)則實(shí)現(xiàn)快速設(shè)置;提供不同的告警等級(jí)設(shè)置;提供不同監(jiān)控時(shí)段的設(shè)置;提供工作時(shí)間和非工作時(shí)間的不同監(jiān)控周期設(shè)置;支持多種告警通知方式，包括短信、郵件等通知方式;提供告警智能計(jì)算和智能推送功能;提供告警消息確認(rèn)和清除功能;提供告警統(tǒng)計(jì)分析功能;提供告警歷史記錄查詢功能等。

智能告警部分實(shí)現(xiàn)代碼為：

if （ExpressionHelper.getexecondition（newmonitorway， realvalue[0].wf_actvalue.ToString（）， rulecode））

{

//閾值判斷，判斷當(dāng)前任務(wù)是否在list中

if （Warninginfolist.Exists（it =>it.wf_rulecode == rulecode））

{

//觸發(fā)抖動(dòng)計(jì)數(shù)加1

//shakenum= shakenum +1;

WarningInfowfnum = Warninginfolist.Find（it =>it.wf_rulecode == rulecode）;

wfnum.wf_cuwarningnum = wfnum.wf_cuwarningnum+1;

log.Info（"觸發(fā)抖動(dòng)計(jì)數(shù)（list）" + rulecode + "|" + wfnum.wf_cuwarningnum）;

//// 判斷抖動(dòng)計(jì)數(shù) > 規(guī)則抖動(dòng)計(jì)數(shù)

if （wfnum.wf_cuwarningnum> Convert.ToInt32 （shakefrequence））

{

log.Info（"debug>" + rulecode + "|" +"進(jìn)入告警"）;

// 找到指定target 更新list

WarningInfowf = Warninginfolist.Find（it =>it.wf_rulecode == rulecode）;

// 更改指標(biāo) 設(shè)為告警狀態(tài)

wf.wf_surestatus = "0";

if （wf.wf_cuwarningnum == Convert.ToInt32（shakefrequence） + 1）

{

wf.wf_Field6 = DateTime.Now.ToString（）;

}

warninginfo.wf_cuwarningnum = wf.wf_cuwarningnum;

warninginfo.wf_surestatus = "0";

warninginfo.wf_Field1 = realvalue[0].wf_actvalue.ToString（）;

warninginfo.wf_Field3 = realvalue[0].wf_gettime;

warninginfo.wf_Field4 = realvalue[0].wf_getstatus.ToString（）;

warninginfo.wf_Field6 = wf.wf_Field6;

log.Info（"ID----" + rulecode + "---指標(biāo)---" + targetcode + "---對(duì)比方式---" + newmonitorway + "---實(shí)時(shí)值---" + realvalue[0].wf_actvalue.ToString（） + "----產(chǎn)生告警----"）;

//插入告警表（告警）

db.WarningInfoDb.Insert （warninginfo）;

}

}

}

（4）統(tǒng)計(jì)分析查詢。為各級(jí)管理人員提供統(tǒng)計(jì)與分析查詢、報(bào)表導(dǎo)出與打印等功能，如提供各廢水池和配套設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、歷史狀態(tài)、分類統(tǒng)計(jì)等查詢;提供設(shè)備實(shí)時(shí)和歷史運(yùn)行信息、月報(bào)報(bào)表查詢等。

（5）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。通過對(duì)廢水排放工作涉及的各類指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理分析，形成系統(tǒng)指標(biāo)管理庫。如廢水池管理、配套設(shè)備管理、設(shè)備運(yùn)行指標(biāo)管理、視頻監(jiān)控點(diǎn)管理等。

3.2? 移動(dòng)端監(jiān)測系統(tǒng)

手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用可為管理人員的移動(dòng)監(jiān)測分析提供更加快速、便捷的通道。所有接入的手機(jī)首先需要通過手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)管控系統(tǒng)注冊(cè)認(rèn)證，并且認(rèn)證信息將與公司OA系員工身份匹配綁定。員工訪問移動(dòng)端監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，無論從公司內(nèi)網(wǎng)還是互聯(lián)網(wǎng)接入都將先進(jìn)行身份驗(yàn)證，身份驗(yàn)證通過后所能訪問的內(nèi)容也只能是授權(quán)范圍內(nèi)的信息，如廢水排放過程監(jiān)測、告警信息查閱、相關(guān)數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)等。

3.3? 系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺(tái)

系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺(tái)基于企業(yè)服務(wù)總線，可解決分布式部署、高并發(fā)業(yè)務(wù)處理、大數(shù)據(jù)量處理等難題，提供統(tǒng)一的組織機(jī)構(gòu)管理、員工管理、用戶權(quán)限管理、身份認(rèn)證管理、單點(diǎn)登錄等功能，提供跨系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)共享與整合、業(yè)務(wù)流程整合等功能，是本項(xiàng)目系統(tǒng)的基礎(chǔ)內(nèi)容。

3.4? 統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集交換平臺(tái)

建設(shè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集交換平臺(tái)，按照統(tǒng)一技術(shù)接口標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集交換標(biāo)準(zhǔn)原則，設(shè)計(jì)構(gòu)建業(yè)務(wù)主系統(tǒng)、子系統(tǒng)、外系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚通道，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、統(tǒng)一存儲(chǔ)和統(tǒng)一共享交換，從而改變?cè)蟹稚⒓膳c分析導(dǎo)致的各種問題，形成規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、清單化的數(shù)據(jù)采集交互體系。本系統(tǒng)中針對(duì)不同的數(shù)據(jù)來源采用不同的采集方式，如已經(jīng)進(jìn)入工廠DCS系統(tǒng)的儀表信號(hào)，是通過對(duì)接生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，而現(xiàn)場儀表信號(hào)則通過智能IO進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后集中存儲(chǔ)，系統(tǒng)部署兩臺(tái)互為冗余的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、視頻流服務(wù)器，進(jìn)行各類設(shè)備數(shù)據(jù)采集后的集中存儲(chǔ)，同時(shí)把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至平臺(tái)應(yīng)用層。

4? 實(shí)施效果

該項(xiàng)目經(jīng)過7個(gè)月建設(shè)，目前已經(jīng)上線并穩(wěn)定運(yùn)行一年有余，應(yīng)用效果明顯，主要體現(xiàn)在4個(gè)方面：

（1）對(duì)廠區(qū)所有的廢水池?cái)?shù)采設(shè)備進(jìn)行了更新和補(bǔ)充，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集和數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)管理，從而解決了以往因廢水排放數(shù)據(jù)分散在多個(gè)生產(chǎn)DCS而無法統(tǒng)一調(diào)度的問題，降低了廢水排放部門間協(xié)調(diào)調(diào)度的溝通成本。

（2）系統(tǒng)上線前，調(diào)度人員是通過客戶端組態(tài)軟件查看設(shè)備狀態(tài)，系統(tǒng)上線后，調(diào)度人員的客戶機(jī)上無須再安裝任何軟件，使用瀏覽器即可訪問系統(tǒng)，隨時(shí)查看各廢水池儲(chǔ)水余量和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)用戶數(shù)也不再有限制，IT人員運(yùn)維工作也得以減輕。

（3）系統(tǒng)通過建模和大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算各廢水池未來儲(chǔ)水變化，實(shí)現(xiàn)廢水排放的智能調(diào)度，使得工廠廢水排放工作精細(xì)化、智能化。系統(tǒng)運(yùn)行后綜合監(jiān)控如圖3所示，歷史排放追溯如圖4所示。

（4）手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用也為廢水排放動(dòng)態(tài)調(diào)度提供了便利，調(diào)度人員即使出差在外，也可以隨時(shí)查看系統(tǒng)運(yùn)行情況，手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用界面如圖5所示。

5? 結(jié)? 論

工廠廢水的有序排放可以降低企業(yè)環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，提升廠區(qū)員工和周邊居民的幸福感。通過建設(shè)廢水排放調(diào)度系統(tǒng)，應(yīng)用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)確保設(shè)備數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采集，應(yīng)用最新的可視化技術(shù)、智能分析、智能告警、多指標(biāo)追溯等手段，讓調(diào)度人員可以快速調(diào)度和及時(shí)定位故障，使得廠區(qū)廢水排放管理工作進(jìn)一步精細(xì)化、智能化。

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作者簡介：魏安東（1983—），男，漢族，安徽桐城人，計(jì)算機(jī)工程師，本科，研究方向：項(xiàng)目管理。

收稿日期：2021-04-15