基于物联网的工厂废水排放智能调度系统设计与实现

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.09.044

摘  要：工厂废水乱排放对厂区以及周边人们的生活环境造成严重影响。文章以工厂废水排放管理工作为研究对象，重点阐述了废水排放智能化调度系统的建设思路和实现方式。通过应用工业物联网和系统集成等技术，将各厂区分散的监测设备连接起来，实现废水排放实时跟踪和智能预警，为工业园区工厂废水排放智能化调度工作提供技术支撑。

关键词：物联网;数据采集;废水排放;智能调度

中图分类号：TN929.5;TP274  文献标识码：A 文章编号：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

人类的活动会造成大量工业、农业和生活废弃物排入水中，导致水资源受到污染。据统计，目前全世界每年约有4 200多亿立方米的废水排入江河湖海，污染了5.5万亿立方米的淡水，这相当于全球径流总量的14%以上。而且，随着工业的迅速发展，废水的种类和数量也在迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛，严重威胁着人类的健康和安全。环保专家认为，对于保护环境来说，工业废水管理比城市废水管理更为重要。

随着工业园区的大规模兴起，工业废水的排放也变得相对集中，管理需求也更为急迫。工业园区的工厂所带来的水污染往往是直接的，生产过程中产生的污染物与废水，若不经妥善处理就排放，会污染环境，严重破坏厂区周边水质，并给用水人员带来健康威胁。此外，哪怕是在对废水进行治理之后，由于其过程难以管理，也会导致实际处理情况不明确，无法采取针对性强的措施去解决相关问题。针对这一现象，工厂亟需建立一套废水排放调度信息化管理系统，实现对厂区废水排放的全方位、多角度、跨区域的管理，确保污染物零排放，为实现祖国的“绿水青山就是金山銀山”这一目标做贡献。

1  设计思路

通过应用工业物联网和系统集成等技术，将各厂区分散的废水池及液位计、流量计、水质分析仪、水泵、监控探头等配套设备的实时信号数据进行标准化采集和集中存储，为工厂废水排放提供基于生产大数据的智能分析、智能预测、智能预警、智能控制、大屏展示、多指标状态追溯与回放、移动化监测等功能，为工厂生产过程中的废水排放工作提供更全面的感知、更主动的服务、更科学的决策、更及时的应对。

2  建设目标

依据设计思路，梳理出系统建设目标主要包括以下内容：

（1）对工厂各区域的废水池部署数采设备。为有效地采集废水排放相关数据、丰富信息流，须对现有的厂区各废水池安装部署液位计、流量计、水质分析仪、霍尔传感器、监控探头等设备。

（2）实现废水排放数据的自动采集与集中存储。通过工业物联网和系统集成技术，将工厂各区域的废水池现场大量分散的数采设备连接起来，解决了通信协议不统一、协议管理混乱、物理链路通讯不稳定导致上层系统数据不稳定的问题，实现不同控制设备、智能仪表的数据集中监控管理，确保系统数采的稳定性和及时性，为系统建设提供研究与应用基础。

（3）统筹建设废水排放智能调度平台。应用最新的可视化展示技术，实现各废水池排放关键指标的实时数据、历史数据的可视化分析与展示;实现各废水池液位、流量、泵运行状态等指标的预警设置与多渠道告警提醒;实现各废水池的运行状态、排放信息、设备运行信息等数据的查询与统计分析，为管理部门排放废水提供调度支持。

（4）建设废水排放移动监测系统，满足管理部门移动化监管需求。应用最新的企业移动办公平台技术，建设安全、可靠的企业移动应用系统，以满足管理部门移动化监管需求。

3  系统功能架构

根据项目建设目标，研究拟构建一个安全、高效、可扩展的废水排放智能调度信息化系统，该系统涵盖PC端废水排放智能调度系统、移动端监测系统、系统应用支撑平台、统一数据采集交换平台等内容。系统整体框架如图1所示。

3.1  PC端废水排放智能调度系统

PC端的废水排放智能调度系统是本项目系统的核心子系统，日常的废水排放综合监管与调度、排放问题追溯、实时告警和历史告警查询、各类统计报表查询均在此系统中完成。具体实施内容包括以下几点：

（1）厂区综合监控管理。通过获取各废水池液位计、流量计、水泵运行信号、监控探头等配套设备的实时信号数据，系统实时展现水池液面状态和当前可承载废水排放余量，为排水部门提供排放調度决策支持。主要内容为：各级调度人员根据授权查看许可范围内的各废水池状态监测信息;系统实时获取并展现各废水池液位计、流量计、水泵运行信号数据，动态计算排放余量，通过不同颜色展现设备状态是否正常;动态更新当前天气预报信息，提供下雨排污预警;实时展现水池溢出、紧急排污等各类告警，支持告警确认和告警信息清除;可实时查看各废水池视频监控，以及时了解现场实际情况。

废水池动态展现数据部分代码为：

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）废水排放追溯管理。系统除了实现实时数据可视化展示功能以外，还提供历史排放追溯功能，并将传统的单指标历史数据追溯方式优化为多指标同时数据回溯分析，方便业务人员在分析单个设备运行问题时，同时知晓相关联的设备运行情况，从而可快速定位问题，这种方式也为同类型的业务追溯分析提供参考与借鉴。主要实施内容为：可选择特定时间段同时展现各废水池液位、流量、水泵启停状态、储水余量等信息;可选择特定时间段、特定废水池以追溯历史排放情况;可选择特定时间段、特定设备、不同告警等级以跟踪当时告警信息;可选择特定时间段、特定废水池、特定监测指标以跟踪当时统计数据。

这里重点阐述下排放追溯的实现方式：系统提供追溯的开始时间、结束时间、数采周期、追溯速度等参数设定，开始追溯后系统会自动构造一条时间轴，并进行相关联的指标进行数据回放，回放的过程中可以暂停、继续播放，也支持选择特定时间点以查看该时间点的所有当时数据。追溯运行效果如图2所示。

（3）智能预警管理。通过建立基于废水池液位、流量等基础指标的多层级、多渠道的智能化预警功能，可为各级管理人员提供快速决策依据，如提供液位状态监测，一旦发生异常情况，系统会自动根据预警等级发送至对应处理人员。系统在传统的客户端业务告警和短信提醒的基础上，增加了告警消息推送到微信或企业微信、企业钉钉的消息中心功能。主要实施内容为：提供告警规则实现快速设置;提供不同的告警等级设置;提供不同监控时段的设置;提供工作时间和非工作时间的不同监控周期设置;支持多种告警通知方式，包括短信、邮件等通知方式;提供告警智能计算和智能推送功能;提供告警消息确认和清除功能;提供告警统计分析功能;提供告警历史记录查询功能等。

智能告警部分实现代码为：

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

{

//阈值判断，判断当前任务是否在list中

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

{

//触发抖动计数加1

//shakenum= shakenum +1;

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

wfnum.wf_cuwarningnum = wfnum.wf_cuwarningnum+1;

log.Info（"触发抖动计数（list）" + rulecode + "|" + wfnum.wf_cuwarningnum）;

//// 判断抖动计数 > 规则抖动计数

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

{

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

// 找到指定target 更新list

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

// 更改指标 设为告警状态

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 + "---指标---" + targetcode + "---对比方式---" + newmonitorway + "---实时值---" + realvalue[0].wf_actvalue.ToString（） + "----产生告警----"）;

//插入告警表（告警）

db.WarningInfoDb.Insert （warninginfo）;

}

}

}

（4）统计分析查询。为各级管理人员提供统计与分析查询、报表导出与打印等功能，如提供各废水池和配套设备实时状态、历史状态、分类统计等查询;提供设备实时和历史运行信息、月报报表查询等。

（5）基础数据管理。通过对废水排放工作涉及的各类指标数据进行梳理分析，形成系统指标管理库。如废水池管理、配套设备管理、设备运行指标管理、视频监控点管理等。

3.2  移动端监测系统

手机移动应用可为管理人员的移动监测分析提供更加快速、便捷的通道。所有接入的手机首先需要通过手机移动应用平台管控系统注册认证，并且认证信息将与公司OA系员工身份匹配绑定。员工访问移动端监测系统时，无论从公司内网还是互联网接入都将先进行身份验证，身份验证通过后所能访问的内容也只能是授权范围内的信息，如废水排放过程监测、告警信息查阅、相关数据查询统计等。

3.3  系统应用支撑平台

系统应用支撑平台基于企业服务总线，可解决分布式部署、高并发业务处理、大数据量处理等难题，提供统一的组织机构管理、员工管理、用户权限管理、身份认证管理、单点登录等功能，提供跨系统集成、数据共享与整合、业务流程整合等功能，是本项目系统的基础内容。

3.4  统一数据采集交换平台

建设统一数据采集交换平台，按照统一技术接口标准、统一数据采集交换标准原则，设计构建业务主系统、子系统、外系统的数据统一汇聚通道，实现业务数据的统一采集、统一存储和统一共享交换，从而改变原有分散集成与分析导致的各种问题，形成规范化、标准化、清单化的数据采集交互体系。本系统中针对不同的数据来源采用不同的采集方式，如已经进入工厂DCS系统的仪表信号，是通过对接生产实时数据库进行数据获取，而现场仪表信号则通过智能IO进行数据采集后集中存储，系统部署两台互为冗余的实时历史数据库服务器、视频流服务器，进行各类设备数据采集后的集中存储，同时把数据实时上传至平台应用层。

4  实施效果

该项目经过7个月建设，目前已经上线并稳定运行一年有余，应用效果明显，主要體现在4个方面：

（1）对厂区所有的废水池数采设备进行了更新和补充，同时实现了设备的数据标准化采集和数据集中存储管理，从而解决了以往因废水排放数据分散在多个生产DCS而无法统一调度的问题，降低了废水排放部门间协调调度的沟通成本。

（2）系统上线前，调度人员是通过客户端组态软件查看设备状态，系统上线后，调度人员的客户机上无须再安装任何软件，使用浏览器即可访问系统，随时查看各废水池储水余量和设备运行状态，同时用户数也不再有限制，IT人员运维工作也得以减轻。

（3）系统通过建模和大数据实时计算各废水池未来储水变化，实现废水排放的智能调度，使得工厂废水排放工作精细化、智能化。系统运行后综合监控如图3所示，历史排放追溯如图4所示。

（4）手机移动应用也为废水排放动态调度提供了便利，调度人员即使出差在外，也可以随时查看系统运行情况，手机移动应用界面如图5所示。

5  结  论

工厂废水的有序排放可以降低企业环保风险，提升厂区员工和周边居民的幸福感。通过建设废水排放调度系统，应用工业物联网技术确保设备数据的稳定采集，应用最新的可视化技术、智能分析、智能告警、多指标追溯等手段，让调度人员可以快速调度和及时定位故障，使得厂区废水排放管理工作进一步精细化、智能化。

参考文献：

[1] 韩团军.基于物联网架构的引汉济渭调水工程环境监测系统设计 [J].电子质量，2018（5）：5-9.

[2] 杜岗，徐静.基于无线传感网络的水污染预警监测系统设计 [J].连云港职业技术学院学报，2018，31（3）：19-22.

[3] 呼娜.基于无线传感器网络的水质监测系统研究 [D].西安：西安建筑科技大学，2012.

[4] 赵薇.基于FPGA和无线传感器网络的水质监测系统研究 [D].南昌：南昌大学，2014.

[5] 付玉志.基于ZigBee技术的智慧农业实时采集和远程控制系统 [D].杭州：浙江大学，2015.

[6] 宗峰.基于无线传感器网络的污水监测系统设计 [J].中国沼气，2017，35（6）：37-42.

作者简介：魏安东（1983—），男，汉族，安徽桐城人，计算机工程师，本科，研究方向：项目管理。

收稿日期：2021-04-15