引言

現(xiàn)階段，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中得到推廣應(yīng)用，監(jiān)控類產(chǎn)品數(shù)量不斷增加，逐漸滲透到銀行、交通、醫(yī)療與家具等領(lǐng)域。在物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展之下，遠(yuǎn)程監(jiān)控范圍變得更加廣闊。在本文研究中，主要是在NB-IOT通信基礎(chǔ)上，對壓濾機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控并遠(yuǎn)程傳輸，立足于壓濾機(jī)在污水處過程的狀態(tài)參數(shù)，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，使多種工作環(huán)境需求得到充分滿足，達(dá)到規(guī)范管理、節(jié)能降耗的目標(biāo)。

污水處理現(xiàn)狀

從總體來看，我國當(dāng)前污水處理現(xiàn)狀不容樂觀，主要體現(xiàn)在以下方面。一是處理廠運(yùn)行效率較低，以粗放式管理為主，一些進(jìn)口的老舊設(shè)備存在不同程度的損壞，污水處理效率較低。雖然當(dāng)前已經(jīng)建成許多污水廠，但因城市自身的處理率較低，政府相關(guān)部門對此不夠重視，污水處理方面的規(guī)劃與投資不足，導(dǎo)致水污染治理工程建設(shè)受到阻礙；二是部分地區(qū)盲目選擇處理工藝，未與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況相結(jié)合，過于注重?zé)衢T工藝的引入，沒有做到因地制宜，對水質(zhì)、水量與用水等方面的考慮不周，導(dǎo)致部分污水處理設(shè)備閑置，難以正常投入使用，由此增加建設(shè)投資與運(yùn)營成本；三是處理廠中進(jìn)水池、沉淀池、格柵以及脫水機(jī)房中散發(fā)臭氣，影響周圍生態(tài)環(huán)境。部分污泥沒有及時處置，一些廢水使用后也未得到妥善處理，由此造成資源浪費(fèi)與環(huán)境污染。

壓濾機(jī)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括三個層面，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層。數(shù)據(jù)采集模塊的作用是對感知層物體編號、識別、采集與反饋等。通用消息中間件與數(shù)據(jù)管理平臺可從感知層中采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理和通信。企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度中間件可在應(yīng)用層中采集與反饋，使其更加符合污水處理行業(yè)需求，由此在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)需求

壓濾機(jī)屬于污水處理鏈條中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，始終受到社會廣泛關(guān)注。據(jù)調(diào)查，截至2019年，我國污水處理能力為575億噸，年污泥產(chǎn)量為4560萬噸。在壓濾機(jī)運(yùn)行中，需要技術(shù)人員輪流值守，無法及時記錄其工作時間與狀態(tài)，難以實(shí)現(xiàn)有效的人機(jī)交互。在科技發(fā)展之下，用戶對該設(shè)備提出新的要求，即引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提高該設(shè)備的自動化水平，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試、數(shù)據(jù)自動采集、遠(yuǎn)程故障診斷、無人值守與人機(jī)交互等功能。對此，在NB-IOT通信監(jiān)控的壓濾機(jī)基礎(chǔ)上構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，具有低功耗、高覆蓋率、低成本等特點(diǎn)，可在多種工作環(huán)境下應(yīng)用。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，用戶可利用電腦網(wǎng)頁、手機(jī)APP等對壓濾機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，使設(shè)備的技術(shù)含量得以提升，更具競爭力。在大數(shù)據(jù)分析下，用戶可隨時了解該設(shè)備的開機(jī)率、工作時長等，從而更加靈活的應(yīng)對市場需求，促進(jìn)產(chǎn)品更新?lián)Q代。

系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)主要以在線分析與應(yīng)用需求研究為目標(biāo)，利用自動化控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)與專業(yè)軟件構(gòu)建而成，用于數(shù)據(jù)采集、分析、處理和存儲的獨(dú)立系統(tǒng)。在本文研究的監(jiān)控系統(tǒng)中，包括采樣模塊、傳輸模塊、遠(yuǎn)程管理模塊等，上述部分相互獨(dú)立又可協(xié)同運(yùn)作，可確保整個系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。污水?dāng)?shù)據(jù)采集模塊。該模塊的作用在于檢驗(yàn)污水處理情況，重點(diǎn)對處理流程中污水各物質(zhì)含量變化進(jìn)行分析。采集端設(shè)有準(zhǔn)確可靠的取樣系統(tǒng)，采用隨機(jī)抽查的方式對各取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，將其輸入到智能監(jiān)控終端中，確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠；無線傳輸設(shè)備。該部件屬于監(jiān)測系統(tǒng)中的重要內(nèi)容，主要包括局域網(wǎng)、NB-IOT網(wǎng)絡(luò)等；數(shù)據(jù)管理中心。該系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)接收、報警、數(shù)據(jù)分析與WEB發(fā)布四個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)之間相互協(xié)同運(yùn)作，共同完成數(shù)據(jù)接收、處理與發(fā)布等工作，屬于監(jiān)控系統(tǒng)的核心所在。監(jiān)控設(shè)備中的四個子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集與接收。在報警子系統(tǒng)中，主要借助移動通訊技術(shù)運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常或者處于危險狀態(tài)時，該系統(tǒng)便可立即向操作者發(fā)出警報；數(shù)據(jù)分析屬于監(jiān)控系統(tǒng)的核心所在，主要由操作者直接掌控，屬于中樞分析單位；WEB發(fā)布系統(tǒng)屬于該系統(tǒng)與外界之間關(guān)聯(lián)的紐帶，同時也是人們獲取污水狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)的主渠道，可通過該系統(tǒng)的應(yīng)用查詢污水處理相關(guān)信息，使污水處理監(jiān)控人員及時了解污水處理質(zhì)量，實(shí)時調(diào)整壓濾機(jī)參數(shù)以便提高污水處理效率。

硬件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集中間件

該部分作為部署在感知層中應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)污水處理全面感知目標(biāo)，對物體進(jìn)行感知和識別，采集和捕獲一些信息。在該中間件中，利用各類總線網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)作支撐，將其分散到各地監(jiān)控站中采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對其集中調(diào)度，采用一套公共數(shù)據(jù)采集平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與存儲，為外部應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行提供更多便利。通過該平臺的應(yīng)用，可使以往自控設(shè)備分布廣、種類多無法統(tǒng)一管理的問題得到解決。在數(shù)據(jù)采集管理平臺中，主要包括應(yīng)用層、管理層、中間層與底層。其中，應(yīng)用層包括外部應(yīng)用系統(tǒng)與統(tǒng)計(jì)報表分析，可幫助管理者隨時了解數(shù)據(jù)狀態(tài)，該平臺中還帶有許多接口，可為應(yīng)用系統(tǒng)提供更多山東華宇工學(xué)院 ?周 ?旭基于NB-IOT壓濾機(jī)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)支持；在管理層中，包括數(shù)據(jù)采集中介、遠(yuǎn)程管理、標(biāo)簽管理與數(shù)據(jù)存儲四項(xiàng)內(nèi)容，以采集中介為核心，通過遠(yuǎn)程管理與基礎(chǔ)采集提高效率，從而節(jié)約更多的人力與物力投入；在中間層中，包括GPRS、光纖接入以及ADSL寬帶等內(nèi)容。硬件層中包含協(xié)議轉(zhuǎn)換器，可將總線協(xié)議轉(zhuǎn)變?yōu)門CP協(xié)議；網(wǎng)絡(luò)層中包括光纖接入與網(wǎng)絡(luò)接入等；底層屬于自控系統(tǒng)，采集平臺可直接從該系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，如若條件不允許，也可從與之相對的組態(tài)軟件中獲取信息。數(shù)據(jù)通信中介：該部分的作用在于將感知信息經(jīng)過基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)傳遞到應(yīng)用層中。在污水處理企業(yè)中，一般采用不規(guī)則的星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，以廠為核心，將星形發(fā)散到下方的設(shè)備之中，也可以圍繞著區(qū)域服務(wù)器，將其發(fā)散到下方的眾多污水處理廠之中。生產(chǎn)調(diào)度與管控件：該部分主要是在系統(tǒng)應(yīng)用層中實(shí)現(xiàn)。對廠站中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，將運(yùn)行工藝充分體現(xiàn)出來，使設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)更加清楚直觀。對運(yùn)行日報進(jìn)行采集后自動生成綜合報表，針對設(shè)備養(yǎng)護(hù)、維修等進(jìn)行自動化管理，使年度計(jì)劃與能耗分析均可觸手可得。該部件是計(jì)算機(jī)技術(shù)與專家推斷的綜合產(chǎn)物，可對曝氣池、水泵機(jī)組、壓濾機(jī)等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。同時，還可在人工智能的輔助下，對污水廠進(jìn)行精細(xì)管理與控制，為管理者科學(xué)決策提供更多數(shù)據(jù)參考，為規(guī)范化管理與節(jié)能降耗等提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

軟件開發(fā)

該系統(tǒng)主要借助物聯(lián)網(wǎng)，對用戶服務(wù)系統(tǒng)軟件進(jìn)行開發(fā)。IONIC作為代碼庫，主要用于混合手機(jī)應(yīng)用開發(fā)，支持電腦與手機(jī)雙端運(yùn)行。在該軟件中利用MQQT協(xié)議對服務(wù)器信息進(jìn)行收發(fā)，主要流程為：首先，連接服務(wù)器，將用戶端與服務(wù)端連網(wǎng)后，用戶端將CONNECT報文傳送到服務(wù)端。在這一連接中，用戶端只可發(fā)送一次報文，服務(wù)端需要將用戶端發(fā)送第二個報文，將其作為協(xié)議違規(guī)處理，并將用戶端的連接斷開。在有效載荷中含有一個或者多個編碼字段，如用戶端唯一標(biāo)識符，Will消息、Will主題、用戶名與密碼等等。除標(biāo)識符意外，剩余字段均可自由選擇，標(biāo)志位對報頭字段的可變性具有決定作用；然后，發(fā)布信息。PUBLISH控制報文在用戶端與服務(wù)端之間相互傳遞；最后，訂閱主題。用戶端可向服務(wù)端發(fā)送報文，以此構(gòu)建一個或者多個訂閱，每位用戶注冊后可關(guān)注一個或者多個主題。為了將應(yīng)用信息傳遞給相應(yīng)的用戶，服務(wù)端可將報文傳遞到用戶端。該報文制定最大QOS等級，服務(wù)端可以此為依據(jù)將相應(yīng)的信息傳遞給與之匹配的用戶端。通過上述軟硬件的開發(fā)與構(gòu)建，可在NB-IOT通訊壓濾機(jī)基礎(chǔ)上利用物聯(lián)技術(shù)構(gòu)建科學(xué)的監(jiān)控與服務(wù)系統(tǒng)，使設(shè)備數(shù)據(jù)采集更加精準(zhǔn)可靠，縮短故障設(shè)備維修時間，提高設(shè)備利用效率，為企業(yè)謀取更多利益。

壓濾機(jī)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)接收功能實(shí)現(xiàn)該模塊作為監(jiān)控系統(tǒng)中的重要內(nèi)容，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測與接收。將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和對比之后，剔除噪聲數(shù)據(jù)。現(xiàn)場反控是指通過調(diào)整采集方案的方式，啟動現(xiàn)場設(shè)施，利用參數(shù)對系統(tǒng)與設(shè)備進(jìn)行反向控制。由于現(xiàn)場中的儀表類型不盡相同，所監(jiān)測的數(shù)值與識別功能也有所區(qū)別，可對不同監(jiān)測站的連接情況與運(yùn)行情況綜合分析，并將收到的信息存儲到后臺，起到數(shù)據(jù)保護(hù)與備份的作用。

?數(shù)據(jù)分析功能實(shí)現(xiàn)

（1）將水體污染編號實(shí)時顯示出來、原始信息查詢、誤差調(diào)整、有效數(shù)據(jù)審核與預(yù)報數(shù)據(jù)錄入。

（2）對現(xiàn)場樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和記錄，與自動監(jiān)測數(shù)據(jù)對比后備份；針對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過短信向指定對象實(shí)時分布報警信息。

（3）制作各類數(shù)據(jù)匯總報表、統(tǒng)計(jì)報表，并上傳到指定位置。

（4）自定義監(jiān)測采集方案，對現(xiàn)場自動采集器進(jìn)行科學(xué)操作與維護(hù)；將現(xiàn)場設(shè)施與維護(hù)記錄權(quán)限合理分配。（5）WEB用戶注冊認(rèn)證、訪客信息統(tǒng)計(jì)與權(quán)限設(shè)置等等。

報警功能

實(shí)現(xiàn)該模塊在應(yīng)用過程中，可借助通訊技術(shù)將警報信息傳送到操作者的監(jiān)測通信設(shè)備中，確保整體系統(tǒng)順暢穩(wěn)定，使操作者能夠?qū)崟r掌握系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并在異常情況下及時采取解決措施。

?WEB發(fā)布功能

實(shí)現(xiàn)該模塊作為系統(tǒng)與外界銜接的橋梁與紐帶，可為廣大用戶監(jiān)測污水狀態(tài)提供接口，使市民都可實(shí)時了解城市水體質(zhì)量，真實(shí)體現(xiàn)企業(yè)污水排放程度，引起企業(yè)的重視，并加大監(jiān)督指導(dǎo)力度。該模塊應(yīng)用中發(fā)布的內(nèi)容包括兩項(xiàng)，一是當(dāng)前水體狀態(tài)與歷史記錄查詢，提供更多水體質(zhì)量監(jiān)測報告，用戶可借助該系統(tǒng)查詢備份與修改；二是對系統(tǒng)中各項(xiàng)數(shù)據(jù)情況進(jìn)行監(jiān)測，并對監(jiān)測結(jié)果與報告進(jìn)行綜合分析。

結(jié)語

綜上所述，本文立足于當(dāng)前污水處理現(xiàn)狀，以NB-IOT通訊的壓濾機(jī)為例，利用物聯(lián)技術(shù)構(gòu)建科學(xué)的監(jiān)控與服務(wù)系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求、系統(tǒng)構(gòu)成、軟硬件的開發(fā)與構(gòu)建等進(jìn)行分析，可在NB-IOT通訊的壓濾機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控基礎(chǔ)上，使設(shè)備數(shù)據(jù)采集更加精準(zhǔn)可靠，充分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收功能、數(shù)據(jù)分析功能、報警功能以及WEB發(fā)布功能，由此縮短故障設(shè)備維修時間，提高設(shè)備利用效率。同時，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用下，借助污水自控系統(tǒng)對處理環(huán)節(jié)中的進(jìn)、產(chǎn)、排三項(xiàng)工序進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對下屬泵站的壓濾機(jī)與污水廠的水量、水質(zhì)與設(shè)備狀態(tài)等信息進(jìn)行整合，使污水生產(chǎn)和處理均得到實(shí)時控制與精細(xì)管理。