中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

在全球氣候變化加劇與能源結(jié)構(gòu)加速轉(zhuǎn)型的背景下，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”與“碳中和”已成為國(guó)際社會(huì)及我國(guó)的重要戰(zhàn)略目標(biāo)[1]。近年來(lái)，國(guó)家提出以清潔、低碳、安全、高效為核心的能源發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)能源生產(chǎn)與消費(fèi)方式的深刻變革。在此背景下，能源行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與信息化建設(shè)成為推動(dòng)綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵途徑。作為能源消耗和碳排放的主要來(lái)源，火電行業(yè)面臨降低碳排放與提升能源利用效率的雙重挑戰(zhàn)。在保障電力供應(yīng)的同時(shí)，如何有效減少火電廠的環(huán)境影響，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展，是當(dāng)前亟待解決的重要問(wèn)題。火電廠對(duì)環(huán)境影響較大，其中，脫硫廢水等污染物的處理已成為運(yùn)營(yíng)管理的重點(diǎn)[2]。高效、安全、智能化的運(yùn)行管理不僅有助于減少環(huán)境污染，提高資源利用率，還能增強(qiáng)火電廠的環(huán)保合規(guī)性與經(jīng)濟(jì)效益。

然而，傳統(tǒng)的脫硫廢水處理監(jiān)控系統(tǒng)通常依賴現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制設(shè)備，存在遠(yuǎn)程管理能力不足、數(shù)據(jù)傳輸延遲較大、維護(hù)成本高等問(wèn)題[3]，難以滿足現(xiàn)代電廠對(duì)精細(xì)化管理和低碳運(yùn)營(yíng)的需求。為提升火電廠脫硫廢水處理的智能化水平，實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的監(jiān)控與管理，基于現(xiàn)代信息通信技術(shù)的新型遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

本文設(shè)計(jì)了一種基于MQTT協(xié)議[4-5]的火電廠脫硫廢水處理遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合MQTT協(xié)議、PLC控制技術(shù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫廢水處理過(guò)程的高效監(jiān)控。該系統(tǒng)能夠在集團(tuán)層面實(shí)現(xiàn)脫硫廢水處理的實(shí)時(shí)監(jiān)控與遠(yuǎn)程管理，提高監(jiān)控效率與數(shù)據(jù)可靠性，提高脫硫廢水處理的智能化水平，減少現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維工作量，為火電廠提供高效、穩(wěn)定、智能的解決方案。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

某電廠現(xiàn)有的脫硫廢水處理系統(tǒng)基于西門子S7-200PLC進(jìn)行本地監(jiān)視與控制。為提升管理能力，本項(xiàng)自擬對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)層面對(duì)火電廠脫硫廢水處理過(guò)程的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的兼容性。

本系統(tǒng)采用西門子 S7-200PLC^[6] 作為現(xiàn)場(chǎng)控制單元，結(jié)合MQTT協(xié)議與ModbusTCP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，主要包括3個(gè)部分。

1.1現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與控制層

該層負(fù)責(zé)脫硫廢水處理過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集與設(shè)備控制?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括西門子S7-200PLC、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如水泵、閥門等）。PLC通過(guò)模擬量輸入及數(shù)字量輸入/輸出模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH值、COD、氨氮、流量、水溫、壓力等關(guān)鍵參數(shù)，控制相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行。此外，S7-200PLC采用S7協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，該協(xié)議是西門子專為S7系列PLC設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換。

1. 2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層

該層負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)端服務(wù)器。系統(tǒng)采用MQTT協(xié)議作為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃?。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)部署網(wǎng)關(guān)機(jī)，將S7協(xié)議轉(zhuǎn)換為其他兼容協(xié)議，以便遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)接收并解析數(shù)據(jù)。

1.3遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層

該層負(fù)責(zé)接收現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換將

MQTT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為ModbusTCP協(xié)議，然后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，以支持遠(yuǎn)程監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)分析及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估。

圖1脫硫廢水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

MQTT是一種基于發(fā)布/訂閱模式的消息傳輸協(xié)議，具有低帶寬消耗、高傳輸效率和低延遲等特點(diǎn)，特別適用于網(wǎng)絡(luò)條件較差或帶寬受限的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景[7]。在火電廠環(huán)境中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常分布廣泛，通信條件復(fù)雜，4G網(wǎng)絡(luò)可能存在信號(hào)不穩(wěn)定、帶寬受限等問(wèn)題。MQTT協(xié)議能夠在此類環(huán)境中確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，其輕量級(jí)特性降低了網(wǎng)絡(luò)流量與通信成本，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。相比傳統(tǒng)的有線通信方式，MQTT顯著簡(jiǎn)化了通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和管理。采用MQTT協(xié)議結(jié)合4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需布設(shè)大量有線連接，從而降低布線成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性，特別適用于偏遠(yuǎn)或布線困難的場(chǎng)景。此外，發(fā)布/訂閱模式使得系統(tǒng)能夠靈活擴(kuò)展，便于動(dòng)態(tài)增減監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，提升系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和適應(yīng)性。MQTT協(xié)議憑借其輕量級(jí)、低成本、高可靠性等優(yōu)勢(shì)，成為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的理想選擇[8]。因此，本文選用MQTT作為現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)機(jī)的數(shù)據(jù)上傳協(xié)議，以優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸效率并提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)層，為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信，本系統(tǒng)采用4G網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸載體，確?，F(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)機(jī)負(fù)責(zé)將西門子S7-200PLC的S7協(xié)議轉(zhuǎn)換為MQTT協(xié)議，通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)端；遠(yuǎn)端網(wǎng)關(guān)機(jī)則接收MQTT數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為ModbusTCP協(xié)議后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，以確保數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程服務(wù)器系統(tǒng)兼容。遠(yuǎn)程服務(wù)器設(shè)于控制室，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收與存儲(chǔ)。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)采用4G通信模塊，以實(shí)現(xiàn)高速、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸，突破傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的限制，適用于長(zhǎng)距離及遠(yuǎn)程監(jiān)控場(chǎng)景。

在遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，服務(wù)器端開發(fā)ModbusTCP協(xié)議接口，用于采集網(wǎng)關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，將其存人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，服務(wù)器端提供用戶界面，支持?jǐn)?shù)據(jù)查詢、報(bào)警監(jiān)測(cè)、歷史數(shù)據(jù)分析及設(shè)備管理等功能。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，持續(xù)存儲(chǔ)并定期更新現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，以反映設(shè)備最新運(yùn)行狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)確保高效存取，可支撐大規(guī)模數(shù)據(jù)流的快速查詢與存儲(chǔ)。

數(shù)據(jù)傳輸流程如圖2所示，主要包括以下步驟。

（1）數(shù)據(jù)采集：西門子PLC通過(guò)S7協(xié)議采集并發(fā)送數(shù)據(jù)至現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)機(jī)。（2）協(xié)議轉(zhuǎn)換：現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)機(jī)將S7協(xié)議轉(zhuǎn)換為MQTT協(xié)議，通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)端。（3）數(shù)據(jù)接收與轉(zhuǎn)換：遠(yuǎn)端網(wǎng)關(guān)機(jī)接收MQTT數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為ModbusTCP協(xié)議。（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：服務(wù)器通過(guò)ModbusTCP接口獲取數(shù)據(jù)并存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。（5）遠(yuǎn)程監(jiān)控：用戶通過(guò)監(jiān)控界面遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障診斷。

2關(guān)鍵功能

2.1MQTT數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

在脫硫廢水處理過(guò)程中，PLC需要采集 ΔpH 值、電導(dǎo)率、液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)。其中， pH 值用于監(jiān)測(cè)廢水酸堿度，確保中和反應(yīng)達(dá)到要求；電導(dǎo)率反映廢水中溶解鹽分濃度，為后續(xù)處理提供決策依據(jù)；液位用于監(jiān)測(cè)廢水池液位，防止溢流或空轉(zhuǎn)；流量參數(shù)保障廢水流量的穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行；溫度和壓力則在特定場(chǎng)景中用于監(jiān)控工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器采集，經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，S7-200SmartPLC以設(shè)定的時(shí)間間隔定時(shí)讀取數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在內(nèi)部寄存器中。

圖2數(shù)據(jù)流向

通過(guò)以太網(wǎng)接口將PLC與現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)機(jī)連接，配置S7通信協(xié)議。使用西門子STEP7Micro/WINSmart軟件進(jìn)行PLC編程，采用定時(shí)中斷方式采集傳感器數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)采集的周期性和實(shí)時(shí)性。采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在PLC的V區(qū)或M區(qū)，便于網(wǎng)關(guān)機(jī)進(jìn)行讀取。此外，須確保S7-200SmartPLC的通信端口102已開放。

在現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)機(jī)的組態(tài)軟件中，設(shè)置S7協(xié)議參數(shù)， 包括IP地址、端口號(hào)和測(cè)點(diǎn)地址。隨后，使用S7協(xié) 議讀取數(shù)據(jù)，將其封裝為標(biāo)準(zhǔn)化的MQTT 消息，通過(guò) MQTT協(xié)議將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)布至遠(yuǎn)程MQTT Broker。示例數(shù)據(jù)格式如下： 3 \"timestamp\"：\"2025-03-31T10：30：00Z\"， \" site_id\"：\"Plant001\"， \" ph_value\"：7.2， \" conductivity\" ：1500， \" level\" ： 2.3， \" flow_rate\" ：45.6 1

在本系統(tǒng)中，MQTTBroker部署在云端服務(wù)器，用于管理消息的發(fā)布和訂閱。現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)機(jī)作為發(fā)布者（Publisher），負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)并將其發(fā)布至Broker;遠(yuǎn)端網(wǎng)關(guān)機(jī)作為訂閱者（Subscriber），負(fù)責(zé)訂閱數(shù)據(jù)主題并進(jìn)行處理。MQTT協(xié)議的消息頭部?jī)H占2字節(jié)，顯著降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載;同時(shí)，提供3種服務(wù)質(zhì)量等級(jí)（QoS0、1、2），以保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在本系統(tǒng)中，采用QoS1服務(wù)等級(jí)，確保消息至少到達(dá)一次，這對(duì)于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸非常適用。遠(yuǎn)端網(wǎng)關(guān)機(jī)通過(guò)MQTT客戶端訂閱現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布的數(shù)據(jù)主題，接收到MQTT消息后，將數(shù)據(jù)解析為JSON格式的具體數(shù)值。隨后，依據(jù)Modbus地址映射表，將解析后的數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的Modbus寄存器。服務(wù)器通過(guò)ModbusTCP協(xié)議從遠(yuǎn)端網(wǎng)關(guān)機(jī)讀取這些數(shù)據(jù)。脫硫數(shù)據(jù)映射示例如表1所示。

表1脫硫數(shù)據(jù)映射示例

2.2 ModbusTCP數(shù)據(jù)采集

ModbusTCP協(xié)議是基于TCP/IP協(xié)議的工業(yè)自動(dòng)化通信協(xié)議，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)該協(xié)議，服務(wù)器能夠從遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)機(jī)接收脫硫廢水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行解析和存儲(chǔ)。服務(wù)器端通過(guò)專門的Modbus解析服務(wù)，將接收到的ModbusTCP協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可用的數(shù)值和狀態(tài)信息，例如將電流、流量、溫度等參數(shù)提取并存儲(chǔ)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

采用 C++ 語(yǔ)言編寫ModbusTCP接口應(yīng)用程序，在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)端設(shè)備的通信。程序主要包括以下幾個(gè)步驟：創(chuàng)建ModbusTCP上下文，連接至遠(yuǎn)端網(wǎng)關(guān)機(jī)，讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，關(guān)閉連接和釋放資源。接口程序首先創(chuàng)建ModbusTCP上下文，與遠(yuǎn)端網(wǎng)關(guān)機(jī)建立連接。遠(yuǎn)端網(wǎng)關(guān)機(jī)通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)接收現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的PLC數(shù)據(jù)。為了確保通信的穩(wěn)定性，服務(wù)器端的ModbusTCP接口應(yīng)用程序設(shè)置了適當(dāng)?shù)某瑫r(shí)時(shí)間。該接口程序能夠解析ModbusTCP響應(yīng)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供后續(xù)查詢和分析。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控界面，用戶可以實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)，進(jìn)行監(jiān)控和故障診斷。該方法結(jié)構(gòu)清晰、操作簡(jiǎn)便，能夠有效實(shí)現(xiàn)火電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理。

部分示例代碼如下：struct timeval response_timeout;response_timeout.tv_sec Θ=Θ2 ：response_timeout.tv_usec Θ= 0 ：modbus_set response timeout（ctx，amp;response_timeout）;uint16_tregisters[10];intaddress Θ=Θ0 ：int num_registers Θ= 10 ：int rc τ=τ modbus_read_registers（ctx，address，num_registers，registers）；if （ ）//處理報(bào)錯(cuò)信息} else//處理正確的報(bào)文}modbus_close（ctx）;modbus_free（ctx）;

2.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

在服務(wù)器上部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)采集到的廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)的選擇對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢性能至關(guān)重要。因此，本文選用InfluxDB高性能時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)，支持高頻數(shù)據(jù)寫入和歷史數(shù)據(jù)查詢。時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)專門用于存儲(chǔ)時(shí)間戳關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，適用于處理大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，能夠確保數(shù)據(jù)的高效讀取和查詢。每條數(shù)據(jù)包括傳感器采集時(shí)間、測(cè)量值、設(shè)備標(biāo)識(shí)等信息。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，支持后期的查詢、分析和可視化展示。在存儲(chǔ)過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，確保數(shù)據(jù)的有效性，自動(dòng)刪除過(guò)期數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)減少存儲(chǔ)空間消耗。數(shù)據(jù)處理與計(jì)算包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、計(jì)算與建模以及數(shù)據(jù)分析等步驟。首先，服務(wù)器對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)和去噪等預(yù)處理，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。然后，基于處理后的數(shù)據(jù)，服務(wù)器執(zhí)行諸如脫硫廢水處理過(guò)程中的負(fù)荷計(jì)算和流量分析等計(jì)算，為系統(tǒng)運(yùn)行提供實(shí)時(shí)支持。在此基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)一步對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析，預(yù)測(cè)未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)，識(shí)別潛在的異?；蜻\(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從而為運(yùn)維人員提供科學(xué)決策依據(jù)，幫助優(yōu)化廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行。

2.4 Web監(jiān)控

遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)采用B/S架構(gòu)，用戶通過(guò)Web瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)。前端使用Vue.js框架，提供數(shù)據(jù)展示和交互功能；后端基于Django框架，提供API接口處理數(shù)據(jù)請(qǐng)求。時(shí)序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在InfluxDB數(shù)據(jù)庫(kù)中，以確保高效查詢和分析。數(shù)據(jù)通過(guò)MQTT協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)推送，確保監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)更新。報(bào)警管理模塊使用Redis緩存存儲(chǔ)實(shí)時(shí)報(bào)警數(shù)據(jù)，在前端展示，以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和處理異常狀態(tài)。

前端通過(guò)調(diào)用后端API接口實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，展示在儀表盤上。典型的界面布局包括數(shù)據(jù)總覽區(qū)、實(shí)時(shí)曲線圖、報(bào)警信息區(qū)和操作控制區(qū)。數(shù)據(jù)總覽區(qū)展示站點(diǎn)狀態(tài)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等關(guān)鍵信息；實(shí)時(shí)曲線圖直觀呈現(xiàn) pH 值、電導(dǎo)率、液位、流量等參數(shù)的變化趨勢(shì)，幫助監(jiān)控工藝過(guò)程；報(bào)警信息區(qū)實(shí)時(shí)展示異常報(bào)警信息，協(xié)助運(yùn)維人員迅速定位并處理故障；操作控制區(qū)提供遠(yuǎn)程控制和參數(shù)配置功能，用戶可在具備權(quán)限的情況下，通過(guò)該區(qū)域直接調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理與調(diào)控。

歷史數(shù)據(jù)分析功能提供靈活的查詢條件（如站點(diǎn)、時(shí)間范圍、參數(shù)類型等），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回瀕與趨勢(shì)分析，幫助運(yùn)維人員深人了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與發(fā)展趨勢(shì)。用戶可以通過(guò)前端界面自定義篩選條件，選擇具體的火電廠站點(diǎn)、時(shí)間區(qū)間以及關(guān)鍵參數(shù)（如pH值、電導(dǎo)率、液位、流量、溫度和壓力等）進(jìn)行分析。后端通過(guò)Django框架接收用戶請(qǐng)求，將查詢條件傳遞至數(shù)據(jù)庫(kù)層。

系統(tǒng)采用高效的時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)，利用優(yōu)化的時(shí)序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與索引機(jī)制，快速檢索和分析海量數(shù)據(jù)。趨勢(shì)分析功能通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與建模，生成各類曲線圖和趨勢(shì)圖，展示關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢(shì)，幫助識(shí)別異常波動(dòng)或潛在故障隱患。系統(tǒng)還支持多維度數(shù)據(jù)對(duì)比分析，用戶可選擇不同站點(diǎn)或參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，分析不同條件下的運(yùn)行差異，為系統(tǒng)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。此外，平臺(tái)提供數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，用戶可將查詢結(jié)果導(dǎo)出為CSV或Excel格式，便于進(jìn)一步處理和生成報(bào)告。

異常報(bào)警管理系統(tǒng)通過(guò)智能化手段實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠脫硫廢水處理過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和快速響應(yīng)。在服務(wù)器端，首先設(shè)置報(bào)警規(guī)則，針對(duì)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定合理的報(bào)警閾值，如 pH 值超出6.5～8.5的正常范圍、電導(dǎo)率超過(guò) 1000μS/cm 、液位超出上下限等。當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器后，系統(tǒng)通過(guò)定時(shí)任務(wù)與事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行報(bào)警檢測(cè)，將當(dāng)前數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行對(duì)比，一旦檢測(cè)到異常，即觸發(fā)報(bào)警事件。為了確保報(bào)警信息的及時(shí)性，系統(tǒng)采用WebSocket協(xié)議將報(bào)警信息實(shí)時(shí)推送至前端界面。運(yùn)維人員可通過(guò)可視化界面直觀查看報(bào)警詳情。前端界面展示報(bào)警參數(shù)、異常值、報(bào)警時(shí)間等關(guān)鍵信息，通過(guò)聲音或彈窗提示幫助工作人員快速定位故障點(diǎn)。不同故障級(jí)別使用不同顏色標(biāo)識(shí)，便于操作人員快速識(shí)別并優(yōu)先處理嚴(yán)重問(wèn)題。

此外，系統(tǒng)集成了自動(dòng)故障診斷功能，通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，智能識(shí)別可能的故障原因，提供處理建議。此功能提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了人工干預(yù)。通過(guò)這些功能，系統(tǒng)大幅提升了故障響應(yīng)速度和問(wèn)題處置效率，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在隱患，保障火電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.5 應(yīng)用案例

圖3所示的實(shí)時(shí)Web監(jiān)控界面為火電廠煙氣脫硫廢水處理遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，旨在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的精細(xì)化與可視化監(jiān)測(cè)與分析。界面以結(jié)構(gòu)化表格形式呈現(xiàn)核心參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按監(jiān)測(cè)對(duì)象分類組織，數(shù)據(jù)指標(biāo)清晰、條理分明，為操作人員提供了即時(shí)、全面的系統(tǒng)運(yùn)行概覽。該界面支持無(wú)級(jí)縮放，集成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)可視化功能，用戶可通過(guò)點(diǎn)擊任一測(cè)點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線。如圖3所示，下半部分展示的是相電壓的實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖，直觀呈現(xiàn)該參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化軌跡，顯著提升了數(shù)據(jù)分析的靈活性與深度，便于快速識(shí)別系統(tǒng)潛在波動(dòng)或異常。

圖4展示了關(guān)鍵工藝參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)，進(jìn)一步拓展了監(jiān)控維度。系統(tǒng)支持多參數(shù)同步顯示，用戶可同時(shí)查看廢水液位、 ??pH 值、電導(dǎo)率等關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)的變化趨勢(shì)，便于綜合評(píng)估脫硫廢水處理過(guò)程的整體狀態(tài)。各數(shù)據(jù)曲線采用醒目配色，輔以清晰坐標(biāo)軸標(biāo)注，增強(qiáng)了異常波動(dòng)識(shí)別與參數(shù)關(guān)聯(lián)分析的直觀性。同時(shí)，系統(tǒng)具備靈活的時(shí)間軸調(diào)整功能，支持對(duì)特定時(shí)間段進(jìn)行數(shù)據(jù)回溯，精準(zhǔn)定位事件發(fā)生時(shí)間，輔助故障診斷與分析。該歷史數(shù)據(jù)分析功能不僅強(qiáng)化了運(yùn)維人員對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的感知能力，也為脫硫廢水處理的精細(xì)化管理與科學(xué)決策提供了有力支撐。

圖3實(shí)時(shí)Web監(jiān)控畫面

圖4歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)

基于MQTT協(xié)議的高效穩(wěn)定通信機(jī)制，系統(tǒng)可將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可靠地采集并傳輸至Web監(jiān)控平臺(tái)，構(gòu)建起集實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、歷史趨勢(shì)分析與故障診斷于一體的綜合監(jiān)控解決方案，對(duì)保障FGD廢水處理系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要現(xiàn)實(shí)意義。相較于傳統(tǒng)本地監(jiān)控系統(tǒng)，本研究設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控系統(tǒng)在功能性、效率與安全性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。依托遠(yuǎn)程可視化管理手段，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了跨地域監(jiān)控能力，使運(yùn)維人員可在任意地點(diǎn)實(shí)時(shí)掌握火電廠脫硫廢水處理運(yùn)行狀態(tài)，顯著降低現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維成本。憑借MQTT協(xié)議的低延時(shí)特性，數(shù)據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)采集到界面展示過(guò)程具備高實(shí)時(shí)性，確保異常狀況得以及時(shí)捕捉與響應(yīng)。同時(shí)，系統(tǒng)具備快速響應(yīng)的異常報(bào)警功能，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能閾值判斷機(jī)制，在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超限時(shí)能即時(shí)推送預(yù)警信息，輔助運(yùn)維人員高效定位與處置故障。系統(tǒng)的模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)亦賦予其良好的擴(kuò)展性，可靈活支持多站點(diǎn)、多設(shè)備接入，便于集團(tuán)層面對(duì)多個(gè)火電廠站點(diǎn)的集中管理與后續(xù)規(guī)?；渴?。為保障數(shù)據(jù)安全，系統(tǒng)采用MQTT協(xié)議的身份認(rèn)證與加密機(jī)制，有效防止數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被泄露或篡改。

3結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)圍繞脫硫廢水處理設(shè)備的智能監(jiān)控需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套集數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸、實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢于一體的智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)以西門子S7-200PLC作為核心控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集，通過(guò)MQTT協(xié)議完成高效穩(wěn)定的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，遠(yuǎn)程服務(wù)器通過(guò)ModbusTCP協(xié)議接收數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和決策提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

系統(tǒng)基于Web技術(shù)構(gòu)建了可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示、報(bào)警提示、歷史數(shù)據(jù)分析等功能。通過(guò)圖形化界面，操作人員能夠隨時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在發(fā)生異常時(shí)迅速響應(yīng)。內(nèi)置的故障診斷與報(bào)警管理模塊能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，提供報(bào)警日志與自動(dòng)診斷功能，有效減少設(shè)備故障帶來(lái)的影響，提升運(yùn)維效率。

為了確保數(shù)據(jù)的完整性、安全性和可追溯性，系統(tǒng)采用高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢機(jī)制。歷史數(shù)據(jù)支持靈活查詢，可導(dǎo)出或生成報(bào)表，為設(shè)備優(yōu)化與運(yùn)維管理提供強(qiáng)有力的支持。該系統(tǒng)顯著提升了脫硫廢水處理設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，減少了人工維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與智能化水平，為工業(yè)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了更加高效可靠的解決方案。

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（編輯 王永超）

Design of intelligent remote real-time monitoring system for desulfurization wastewater treatment in thermal power plants based on MQTT

XU Xingwang （China Coal Yanhai Nantong Energy Development Co.，Ltd.，Nantong 2263OO，China）

Abstract：Against thebackdropof global carbon neutralityand energy transition，the intelligent monitoring of desulfurization wastewater treatment incoal-fired power plantsplaysa crucialrole inenvironmental protectionand enhancing energy efficiency.This paper proposes and implements aremote online monitoring system for desulfurization wastewater treatment utilizing the MQTT protocol.The system employs a Siemens S7-2OO PLC for on-site data acquisition，utilizes the MQTT protocol forremotedata transmisionvia a4Gnetwork，and converts the data into the Modbus TCP protocol on the server side for subsequent storage andanalysis.Aweb-based monitoring platform， constructedona B/Sarchitecture，facilitates real-timedatavisualization，historical dataanalysis，andanomalyalarm management.The system substantiall enhances monitoring eficiency and intellgence inthe desulfurization wastewater treatment process，reduces operational and maintenance costs，and improves system stabilityand security.This work offrs technical support for the green and sustainable development of coal-fired power plants.

Key words：MQTT； thermal power plant；desulfurization wastewater；remote monitoring;Modbus TCP

作者簡(jiǎn)介;徐興旺（1987—），男，工程師，本科;研究方向：火電廠百萬(wàn)機(jī)組輸煤，環(huán)保設(shè)備管理，超低排放。