1蚌埠市清泉环保有限责任公司 安徽蚌埠 233000
2安徽省农业科学院农业工程研究所 安徽合肥 230031
3安徽迪万科技有限公司 安徽合肥 233088
摘要：利用PLC、无线网络技术和物联网技术，开发了PLC控制网关、PC端与移动端污水处理远程监控软件，通过对污水处理厂的进水、处理、排水三个主要环节进行监控，将污水处理厂的设备运行数据信息通过云计算平台进行采集、整合、分析和处理，实现利用监控界面完成远程实时监测和管理任务。
关键词：城镇生活污水处理、数据采集、云处理平台、智能化监控
Research on the remote intelligent monitoring system for urban wastewater treatment
Fan Qiong1，2，Li Buqing1，2*，Qiao Ya3，Yang Yong1，Hou Lingling1
（1.Bengbu Qingquan environment limited liability company，Bengbu233000，Anhui，China；2. Agricultural Engineering Research Institute，Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei 230031，Anhui，China.3.Anhui Diiwon Tech. Co.，Ltd，Hefei 230088）
Abstract：Based on PLC，wireless network and internet of things technology，PLC control gateway，PC and mobile monitoring software were designed and developed for water treatment. After the application on a wastewater treatment plant，the operation data was collected，integrated，analysised and processed by cloud computing platform，and realize real-time intelligent monitoring and management.
Key words：urban wastewater treatment，data collection，cloud processing platform，intelligent monitoring
引言
随着我国社会和经济的高速发展，水污染的问题也日益突出，城镇生活污水的排放量逐年增加，水污染严重。在这样的背景下，污水处理行业是一个朝阳产业，发展前景广阔[1]。污水处理系统的社会效益大，但是，我国污水处理仍存在一些亟需解决的重要问题，主要包括：1、污水处理设施建设任务繁重，投资成本高；2、污水收集管网与污水处理厂区的建设设施不配套，工作负荷率比较低；3、运行成本高，劳动力成本大，经济效益差[2]；4、再生水利用重视不够；5、城市污水排放和处理的监管力度亟待加强。
传统的污水处理系统运行成本高，经济效益差。而决定城市污水处理厂投资和运行成本的主要因素是污水处理工艺和技术的选择，因此开发出适合我国国情的，高效，低耗，能满足排放要求，基建和处理费用低的污水处理技术，具有十分重要的意义[3]。所以应用计算机控制技术和现代控制策略，实现污水处理工艺的半自动、全自动监控，提高污水处理的技术管理水平，充分发挥污水处理的作用，具有非常现实的意义[4-6]。
1污水处理系统监控方案的选择
目标是实现污水处理的远程智能化监控，实现污水处理中的计算机监控，保证污水处理过程的高效、经济、稳定。实现整个处理环节的管控一体化。
（1）总体需求
基于无线网络技术、自动控制技术和物联网技术，设计城镇污水处理远程智能化监控系统，实现对污水处理厂的进、产、排三个主要环节的智能化监控，将污水处理厂的水量、水位、水质、设备状态等信息通过云计算平台进行收集、整合、分析和处理，建立各个环节的相互规约模型，分析生产环节的消耗与处理水排水、生产、排放之间的隐含关系，找出污水处理厂的优化生产过程管理方案，实现对污水处理厂生产过程的实时控制与精细化管理，达到规范管理、节能降耗、减员增效的目的。
（2）系统可实现的功能
采用物联网和云计算等技术，研发无线网关、PLC控制软件、数据处理平台软件以及各种终端应用软件，实现污水处理环境和设备状态的远程数据采集、存储、查询、分析、控制等功能。
采用扁平化、透明化通信协议，具有较强的业务兼容能力，前端网络结构简单、鲁棒性强，保证了远程设备监控的实时性和可靠性。
利用云数据处理平台，根据不同的用户给出相应的操作授权，把用户分为系统管理员、游客、普通注册用户、高级注册用户四种角色，不同用户所看见的案例不一样，游客不可以看见案例，普通用户和高级用户所见的案例由管理员指定。
应用软件采用PC和移动端跨平台设计，可实现三维环境同步展示、采集数据分析和展示以及远程控制。
2监控系统方案设计
控制系统要与污水处理工艺紧密结合，以满足污水处理厂进行管理和安全处理的要求，即生产过程自动控制和报警、自动保护、自动操作、自动调节，提高运行效率，降低运行成本，减轻劳动强度。对污水处理厂内各系统工艺流程的重要参数、设备工况等进行计算机在线集中实时监控，确保污水处理厂的出水水质达到设计排放标准。
整个控制系统包括污水处理现场数据采集、数据传输与交换、数据存储、数据处理与展示、设备状态监测与控制等。整个控制系统需要完成的任务主要包括以下几个方面。
（1）数据采集：通过PLC设备，将污水处理厂的水量、水位、水质、设备状态等传感器数据进行集中汇总、格式转换和转发。
（2）互联网接入功能：提供GPRS接入终端，可直接连接互联网，实现相关感知和控制设备数据与服务器的直接交互。
（3）数据交换功能：提供私有网与核心网的数据交换设备，实现传感器网络数据与互联网数据的交换，完成不同网络协议的数据封装、格式转换、链路检测、路由、发送与接收。
（4）云处理平台：提供云处理平台，可实现传感器网络数据与互联网数据的交换，完成不同网络协议的数据封装、格式转换、链路检测、路由、发送与接收。
（5）污水处理区域场景显示
污水处理智能化监控系统具备污水处理区域场景显示功能，采用三维建模技术显示污水处理区域的虚拟场景信息，依据具体应用需求，直观显示污水处理区域各节点的数据信息。虚拟场景显示的效果如图1。
图2 数据处理与展示
（7）设备状态监测和控制
监测污水处理设备的运行停止状态，实现对污水处理厂生产过程的实时控制。状态监测控制显示的效果如图3。
系统通过以上几个方面来实现污水处理系统智能化监控，采用计算机技术，跟踪经常变化的水处理情况，检测不同时间的水质指标数据，在计算机上动态显示，对这些数据进行分析处理，并记录下来，以备在需要的时候查阅。
通过分析数据趋势走向，随时调整各设备及工艺过程参数，使其达到优化状态，经济运行，节约能耗。采用计算机代替人工操作，减少事故，保证安全，降低劳动强度，节约人力，甚至可以完成许多人工难以完成的任务，提高生产的可靠性。
3结论
该系统已在毛坦厂镇污水处理厂信息化和智能化改造工程中实际应用，设计的无数处理远程监控系统现已投入运行，该厂总投资600万元，为毛坦厂镇4平方公里的镇区面积以及4.5万人口提供污水处理保障，日处理2500吨废水。
图3 设备状态监测和控制
自投入运行以来，控制系统运行稳定可靠，设备工作状态良好，使用维护简介方便，各项指标均能达到设计要求，解决了污水处理厂自动化程度低、运行成本高，经济效益差等问题。通过对相关设备进行信息化和智能化改造，实现了工作环境无人值守和仪器、设备远程监控，节省人力、物力和运营成本，提升污水处理控制的时效性和可靠性，增强风险管控能力。
通过数据共享，有利于社会资源的综合利用，并为政府监管提供便利、可靠途径。同时，可为毛坦厂镇及下游居民提供良好的水源和美好的生活环境。极大的提升了污水处理项目的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]仇保兴.2010，我国城镇污水处理发展的状况和面临的挑战[J].给水排水，36（2）：1-3.
[2]原培胜.2008，城镇污水处理厂运行成本分析[J].环境科学与管理，33（1）：107-109.
[3]张辰，谭学军.2008.城镇污水处理厂升级改造的有关问题[J].中国给水排水，24（24）：23-27.
[4]曹丽婷，田景文，黄桂林.2008.PLC和组态软件在污水处理远程监控系统中的应用[C]//
[5]王迎，陈仕彬，朱洁.2011.污水处理厂远程监控系统的设计[J].计算机测量与控制，19（10）：2433-2436.
[6]张子毅，骆东松，姜伟.2016.基于云平台在污水处理厂控制系统中的应用[J].自动化与仪器仪表，（10）：113-114.
（1）基金项目：安徽省科技重大专项计划项目（15czz03133）农村沼气工程装备智能化技术创新示范及产品开发。
（2）作者简介：樊琼（1991-），女，安徽合肥，本科，安徽省农业科学院农业工程研究所。
（3）*通讯作者：李布青（1962-），硕士，研究员。电话：0551-62160800，E-mail：13966718237@163.com。
论文作者:樊琼2 李布青2 乔亚3 杨勇1 侯灵灵1
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/9
标签：污水处理论文; 设备论文; 数据论文; 状态论文; 技术论文; 城镇论文; 成本论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;