基于物聯網的工廠廢水排放智能調度系統設計與實現

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.09.044

摘? 要：工廠廢水亂排放對廠區以及周邊人們的生活環境造成嚴重影響。文章以工廠廢水排放管理工作為研究對象，重點闡述了廢水排放智能化調度系統的建設思路和實現方式。通過應用工業物聯網和系統集成等技術，將各廠區分散的監測設備連接起來，實現廢水排放實時跟蹤和智能預警，為工業園區工廠廢水排放智能化調度工作提供技術支撐。

關鍵詞：物聯網;數據采集;廢水排放;智能調度

中圖分類號：TN929.5;TP274? 文獻標識碼：A 文章編號：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

人類的活動會造成大量工業、農業和生活廢棄物排入水中，導致水資源受到污染。據統計，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，這相當于全球徑流總量的14%以上。而且，隨著工業的迅速發展，廢水的種類和數量也在迅猛增加，對水體的污染也日趨廣泛，嚴重威脅著人類的健康和安全。環保專家認為，對于保護環境來說，工業廢水管理比城市廢水管理更為重要。

隨著工業園區的大規模興起，工業廢水的排放也變得相對集中，管理需求也更為急迫。工業園區的工廠所帶來的水污染往往是直接的，生產過程中產生的污染物與廢水，若不經妥善處理就排放，會污染環境，嚴重破壞廠區周邊水質，并給用水人員帶來健康威脅。此外，哪怕是在對廢水進行治理之后，由于其過程難以管理，也會導致實際處理情況不明確，無法采取針對性強的措施去解決相關問題。針對這一現象，工廠亟需建立一套廢水排放調度信息化管理系統，實現對廠區廢水排放的全方位、多角度、跨區域的管理，確保污染物零排放，為實現祖國的“綠水青山就是金山銀山”這一目標做貢獻。

1? 設計思路

通過應用工業物聯網和系統集成等技術，將各廠區分散的廢水池及液位計、流量計、水質分析儀、水泵、監控探頭等配套設備的實時信號數據進行標準化采集和集中存儲，為工廠廢水排放提供基于生產大數據的智能分析、智能預測、智能預警、智能控制、大屏展示、多指標狀態追溯與回放、移動化監測等功能，為工廠生產過程中的廢水排放工作提供更全面的感知、更主動的服務、更科學的決策、更及時的應對。

2? 建設目標

依據設計思路，梳理出系統建設目標主要包括以下內容：

（1）對工廠各區域的廢水池部署數采設備。為有效地采集廢水排放相關數據、豐富信息流，須對現有的廠區各廢水池安裝部署液位計、流量計、水質分析儀、霍爾傳感器、監控探頭等設備。

（2）實現廢水排放數據的自動采集與集中存儲。通過工業物聯網和系統集成技術，將工廠各區域的廢水池現場大量分散的數采設備連接起來，解決了通信協議不統一、協議管理混亂、物理鏈路通訊不穩定導致上層系統數據不穩定的問題，實現不同控制設備、智能儀表的數據集中監控管理，確保系統數采的穩定性和及時性，為系統建設提供研究與應用基礎。

（3）統籌建設廢水排放智能調度平臺。應用最新的可視化展示技術，實現各廢水池排放關鍵指標的實時數據、歷史數據的可視化分析與展示;實現各廢水池液位、流量、泵運行狀態等指標的預警設置與多渠道告警提醒;實現各廢水池的運行狀態、排放信息、設備運行信息等數據的查詢與統計分析，為管理部門排放廢水提供調度支持。

（4）建設廢水排放移動監測系統，滿足管理部門移動化監管需求。應用最新的企業移動辦公平臺技術，建設安全、可靠的企業移動應用系統，以滿足管理部門移動化監管需求。

3? 系統功能架構

根據項目建設目標，研究擬構建一個安全、高效、可擴展的廢水排放智能調度信息化系統，該系統涵蓋PC端廢水排放智能調度系統、移動端監測系統、系統應用支撐平臺、統一數據采集交換平臺等內容。系統整體框架如圖1所示。

3.1? PC端廢水排放智能調度系統

PC端的廢水排放智能調度系統是本項目系統的核心子系統，日常的廢水排放綜合監管與調度、排放問題追溯、實時告警和歷史告警查詢、各類統計報表查詢均在此系統中完成。具體實施內容包括以下幾點：

（1）廠區綜合監控管理。通過獲取各廢水池液位計、流量計、水泵運行信號、監控探頭等配套設備的實時信號數據，系統實時展現水池液面狀態和當前可承載廢水排放余量，為排水部門提供排放調度決策支持。主要內容為：各級調度人員根據授權查看許可范圍內的各廢水池狀態監測信息;系統實時獲取并展現各廢水池液位計、流量計、水泵運行信號數據，動態計算排放余量，通過不同顏色展現設備狀態是否正常;動態更新當前天氣預報信息，提供下雨排污預警;實時展現水池溢出、緊急排污等各類告警，支持告警確認和告警信息清除;可實時查看各廢水池視頻監控，以及時了解現場實際情況。

廢水池動態展現數據部分代碼為：

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。系統除了實現實時數據可視化展示功能以外，還提供歷史排放追溯功能，并將傳統的單指標歷史數據追溯方式優化為多指標同時數據回溯分析，方便業務人員在分析單個設備運行問題時，同時知曉相關聯的設備運行情況，從而可快速定位問題，這種方式也為同類型的業務追溯分析提供參考與借鑒。主要實施內容為：可選擇特定時間段同時展現各廢水池液位、流量、水泵啟停狀態、儲水余量等信息;可選擇特定時間段、特定廢水池以追溯歷史排放情況;可選擇特定時間段、特定設備、不同告警等級以跟蹤當時告警信息;可選擇特定時間段、特定廢水池、特定監測指標以跟蹤當時統計數據。

這里重點闡述下排放追溯的實現方式：系統提供追溯的開始時間、結束時間、數采周期、追溯速度等參數設定，開始追溯后系統會自動構造一條時間軸，并進行相關聯的指標進行數據回放，回放的過程中可以暫停、繼續播放，也支持選擇特定時間點以查看該時間點的所有當時數據。追溯運行效果如圖2所示。

（3）智能預警管理。通過建立基于廢水池液位、流量等基礎指標的多層級、多渠道的智能化預警功能，可為各級管理人員提供快速決策依據，如提供液位狀態監測，一旦發生異常情況，系統會自動根據預警等級發送至對應處理人員。系統在傳統的客戶端業務告警和短信提醒的基礎上，增加了告警消息推送到微信或企業微信、企業釘釘的消息中心功能。主要實施內容為：提供告警規則實現快速設置;提供不同的告警等級設置;提供不同監控時段的設置;提供工作時間和非工作時間的不同監控周期設置;支持多種告警通知方式，包括短信、郵件等通知方式;提供告警智能計算和智能推送功能;提供告警消息確認和清除功能;提供告警統計分析功能;提供告警歷史記錄查詢功能等。

智能告警部分實現代碼為：

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

{

//閾值判斷，判斷當前任務是否在list中

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

{

//觸發抖動計數加1

//shakenum= shakenum +1;

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

wfnum.wf_cuwarningnum = wfnum.wf_cuwarningnum+1;

log.Info（"觸發抖動計數（list）" + rulecode + "|" + wfnum.wf_cuwarningnum）;

//// 判斷抖動計數 > 規則抖動計數

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

{

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

// 找到指定target 更新list

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

// 更改指標 設為告警狀態

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---" + targetcode + "---對比方式---" + newmonitorway + "---實時值---" + realvalue[0].wf_actvalue.ToString（） + "----產生告警----"）;

//插入告警表（告警）

db.WarningInfoDb.Insert （warninginfo）;

}

}

}

（4）統計分析查詢。為各級管理人員提供統計與分析查詢、報表導出與打印等功能，如提供各廢水池和配套設備實時狀態、歷史狀態、分類統計等查詢;提供設備實時和歷史運行信息、月報報表查詢等。

（5）基礎數據管理。通過對廢水排放工作涉及的各類指標數據進行梳理分析，形成系統指標管理庫。如廢水池管理、配套設備管理、設備運行指標管理、視頻監控點管理等。

3.2? 移動端監測系統

手機移動應用可為管理人員的移動監測分析提供更加快速、便捷的通道。所有接入的手機首先需要通過手機移動應用平臺管控系統注冊認證，并且認證信息將與公司OA系員工身份匹配綁定。員工訪問移動端監測系統時，無論從公司內網還是互聯網接入都將先進行身份驗證，身份驗證通過后所能訪問的內容也只能是授權范圍內的信息，如廢水排放過程監測、告警信息查閱、相關數據查詢統計等。

3.3? 系統應用支撐平臺

系統應用支撐平臺基于企業服務總線，可解決分布式部署、高并發業務處理、大數據量處理等難題，提供統一的組織機構管理、員工管理、用戶權限管理、身份認證管理、單點登錄等功能，提供跨系統集成、數據共享與整合、業務流程整合等功能，是本項目系統的基礎內容。

3.4? 統一數據采集交換平臺

建設統一數據采集交換平臺，按照統一技術接口標準、統一數據采集交換標準原則，設計構建業務主系統、子系統、外系統的數據統一匯聚通道，實現業務數據的統一采集、統一存儲和統一共享交換，從而改變原有分散集成與分析導致的各種問題，形成規范化、標準化、清單化的數據采集交互體系。本系統中針對不同的數據來源采用不同的采集方式，如已經進入工廠DCS系統的儀表信號，是通過對接生產實時數據庫進行數據獲取，而現場儀表信號則通過智能IO進行數據采集后集中存儲，系統部署兩臺互為冗余的實時歷史數據庫服務器、視頻流服務器，進行各類設備數據采集后的集中存儲，同時把數據實時上傳至平臺應用層。

4? 實施效果

該項目經過7個月建設，目前已經上線并穩定運行一年有余，應用效果明顯，主要體現在4個方面：

（1）對廠區所有的廢水池數采設備進行了更新和補充，同時實現了設備的數據標準化采集和數據集中存儲管理，從而解決了以往因廢水排放數據分散在多個生產DCS而無法統一調度的問題，降低了廢水排放部門間協調調度的溝通成本。

（2）系統上線前，調度人員是通過客戶端組態軟件查看設備狀態，系統上線后，調度人員的客戶機上無須再安裝任何軟件，使用瀏覽器即可訪問系統，隨時查看各廢水池儲水余量和設備運行狀態，同時用戶數也不再有限制，IT人員運維工作也得以減輕。

（3）系統通過建模和大數據實時計算各廢水池未來儲水變化，實現廢水排放的智能調度，使得工廠廢水排放工作精細化、智能化。系統運行后綜合監控如圖3所示，歷史排放追溯如圖4所示。

（4）手機移動應用也為廢水排放動態調度提供了便利，調度人員即使出差在外，也可以隨時查看系統運行情況，手機移動應用界面如圖5所示。

5? 結? 論

工廠廢水的有序排放可以降低企業環保風險，提升廠區員工和周邊居民的幸福感。通過建設廢水排放調度系統，應用工業物聯網技術確保設備數據的穩定采集，應用最新的可視化技術、智能分析、智能告警、多指標追溯等手段，讓調度人員可以快速調度和及時定位故障，使得廠區廢水排放管理工作進一步精細化、智能化。

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作者簡介：魏安東（1983—），男，漢族，安徽桐城人，計算機工程師，本科，研究方向：項目管理。

收稿日期：2021-04-15