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污水处理监测系统应用方案

一、 项目背景

     随着经济的发展, 中国的污水排放量已越来越大, 已造成地表水的严重污染, 环境质量呈现不断恶化趋势, 但当前全国各地对污染源和排污河渠的水质监测仍停留在手工监测阶段, 时间覆盖率低, 样品缺乏科学性和代表性, 难以反映企业及城市污水排放连续变化的情况。国家及各省市地区日趋重视生态环境的保护, 在水资源污染方面不断加强治理, 但因为环境保护意识的淡薄及利益的驱使等诸多因素, 随意偷排污水和非达标排污, 造成环境严重污染的情况时有发生, 因此在监测监管方面也要加大投入, 提供一个有效的实用的先进的监控系统和解决方法, 对加强环境监测力度显得极为迫切建立废水在线监测系统, 提高水质监测能力, 势在必行。

     在污水治理监测项目中, 所涉及的污水处理监测系统, 很多必须无人值守设备或监测点, 受到地形、 气候、 监测范围等因素影响, 不适合用有线通信和无线数传电台等数据传输方式, 而且它们还具有移动性差、 成本高、 扩展性差、 设备维护不方便等缺点, 而中国移动GPRS网络覆盖面广, 具有高速的数据传输和永远在线的特点, 配合灵活的资费方式, 使GPRS通讯在污水处理监控系统中的应用具有无可比拟的性价比优势。

二、 项目分析

2.1 系统组成
2.1.1 污水数据采集终端
     根据监测性质的不同主要分为三个方面, 地表水站( 河流、 水库等饮用水) 、 城市污水处理厂和工业污染源; 主要检测的物理量有: 流速、 流量、 PH值、 COD、 氨氮、 硝氮、 亚硝氮、 总磷等; 实时将现场噪声数据采集到智能监控终端内。经过工业上通用的MODIBUS标准协议进行传输。
2.1.2无线传输设备
      鉴于对通讯模块的要求, 我们选择厦门才茂通讯有限公司的CM550-5XX IP MODEM(dtu)。它具有体积小、 功耗低、 配置使用简单、 即插即用。支持主备数据通道、 并行多数据通道、 实时在线和按需在线多种工作方式、 而且支持APN网络接入等功能不但能够保障数据安全可靠还能让客户根据需传输节省资费。
2.1.3数据管理中心
     监测数据接收子系统( 整个系统中至关重要的一个子系统,它肩负着各种现场实时数据的监测及数据接收的作用,具有无人职守自动工作功能) ; 数据分析统计子系统( 监测系统中的核心部分.是用户直接操作和感受到的部分, 采用 C/S模式在监测部门内部供工作人员直接操作使用) ; 报警短信子系统( 利用当前广泛使用的移动通讯技术进行开发的一个及其有用的功能系统, 终端仪器仪表设定报警值后和短信 MODEM组合, 以快速的把报警信息发到指定的管理层) ; WEB发布子系统( 污水自动监测系统中对外公布的网页查询系统, 是提供普通市民了解居住城市水体质量的窗口, 也是被监测企业、 工厂对自己排放污染程度的要求) ;
2.2 系统总架构
     污水数据采集终端经过RS232/485通讯接口与CM550-5XX串口连接, 数据监控中心能够采用多种方式连接网络, 例如固定IP、 APN、 ADSL等。
    无线传输设备CM550-5XX经过GPRS网络连接到远程数据中心服务器主机, 与中心建立TCP/IP连接后开启透明数据通道。当采集终端需要上报数据的时候将数据直接送往串口, 此时CM550-5XX就会把收到的数据原封不动地发送到数据中心服务器主机。当数据中心下发的命令或数据经过通道传输到CM550-5XX后, CM550-5XX经过串口送到采集终端, 从而实现了数据双向透明传输。

2.3系统实现功能
2.3.1监测数据接收子系统
1. 自动启动(在停电后/系统重启后自动启动,不用人为操作。
2. 数据过滤(本系统从安全考虑, 仅接收经系统认证后的数据)。
3. 使用于各种数据类型输出的现场检测仪表(开关量、 模拟量、 数值等)。
4. 将接收到的监测数据保存到后台数据库。
5. 现场反控(经过修改监测采集方案来启动现场设备(包括对自动采样器的操作等)。
6. 查看各监测站连接状态
2.3.2数据分析统计子系统
     数据分析统计子系统是监测系统中的核心部分.是用户直接操作和感受到的部分, 采用 C/S模式在监测部门内部供工作人员直接操作使用。具有安全、 快捷方便的特点、 系统即具有综合性、 集成性的特点、 又有各模块独立操作的有点。
其功能包括如下:
1. 现场实时监测原始数据的查询、 偏离修正、 监测数据有效性审核、 预报数据录入
2. 监测数据历史记录的维护。
3. GIS电子地图实时显示水体污染变化趋势
4. 结合历史数据生成水体污染指数曲线图
5. 监测数据异常分析、 软件报警、 实时经过短信通知报警信息
6. 各种数据汇总报表、 统计报表、 上报表格, 包括特殊格式报表
7. 默认、 自定义监测采集方案维护
8. 现场自动采样器操作
9. 现场样本试验数据录入、 与自动监测数据对比、 偏离报告
10. 现场维护记录
11. 监测站点、 监测项目等基础信息自由配置、 兼容性好
12. 人员权限分配
13. 数据备份
14. WEB用户认证、 权限分配、 及其web访问统计情况等
2.3.3报警短信子系统
1. 报警短信系统是利用当前广泛使用的移动通讯技术进行开发的一个及其有用的功能系统, 终端仪器仪表设定报警值后和短信 MODEM组合, 以快速的把报警信息发到指定的管理层。
2. 厦门才茂通信科技有限公司CM550-5XX IP MODEM, 可经过配置软件灵活配置对端接收的多个手机号码, 设备永远在线, 自动检测串口数据, 实现自动短信收发功能。和报警装置串口对接, 实时监测报警装置串口的报警数据, 便能够第一时间把某种监测项目的异常报警信息发送到相关项目负责人、 监督人的手机, 报警系统能够定时将某个统计汇总数据、 分析结果经过GSM MODEM发送到相关负责人, 让相关项目负责人、 监督人在出差、 外出等情况下第一时间了解其负责的监测情况。
2.3.4 WEB发布子系统
1. 历史、 当前水体污染报告、 预告
2. 水体测试数据查询、 曲线图
3. 监测站点明细、 监测分析报表等
三、 项目架构实施
3.1 传输模块与污水处理采集终端连接
     在工业领域设备一般都采用以太口或串口传输数据, 无线通信模块CM550-5XX同时支持232/485通信方式, 因此能够直接和污水处理数据采集终端进行连接通信, 如下图:
3.2 数据中心网络接入方式分析
3.2.1 专线接入
    中心采用APN专线, 所有点都采用内网固定IP客户中心经过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络, 双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接, 在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为客户分配专用的APN, 普通用户不得申请该APN。用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN 防止其它非法用户的进入。
     用户在内部建立RADIUS服务器, 作为内部用户接入的远程认证服务器( 或在APN路由器内, 启用路由器本地认证功能) 。只有经过认证的用户才允许接入, 用以保证用户内部安全。
用户在内部建立DHCP服务器( 或在APN路由器内, 启用DHCP功能) , 为经过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密, 避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离, 并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。此种方案无论实时性, 安全性和稳定性较前一种方案都有大大提高, 适合于安全性要求较高、 数据点比较多、 实时性要求较高的应用环境。在资金允许的情况下之最佳组网方式。
3.2.2 ADSL拨号连接( 动态公网IP地址)
     中心采用ADSL等INTELNET公网连接, 采用公网动态IP+DNS解析服务的。客户先与DNS服务商联系开通动态域名, IP MODEM先采用域名寻址方式连接DNS服务器, 再由DNS服务器找到中心公网动态IP, 建立连接。此种方式能够大大节约公网固定IP的费用, 但稳定性受制于DNS服务器的稳定, 因此要寻找可靠的DNS服务商。此种方案适合小规模应用。
3.2.3 经过固定公网IP连接
    中心采用ADSL等INTELNET公网连接, 采用公网固定IP服务的。此种方案先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务, 中心有公网固定IP的。IP MODEM直接向中心发起连接。运行可靠稳定, 推荐此种方案。
3.3 数据中心软件平台构建
     中心端软件的构建有多种方式, 对于传入数据的方式的不同, 我们提供不同的软件来帮助客户快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。
当前才茂提供三种方式的中心接口:
1. 首先是对于组态软件, 当前很多组态软件厂家已经集成了我们的驱动了, 能够直接配置使用;
2. 对于后台中心软件只读串口数据的情况, 提供一个虚拟串口软( TCP2COM) , 利用虚拟串口软件能够将以太网数据转化为串口数据, 从而实现利用无线公网传输数据且又对现有系统不做修改的完美结合。
3. 在客户想要开发自己的数据中心是, 此时我公司会提供一个动态链接库, 利用动态链接库客户能够很轻松的与传输通道进行对接, 同时会提供一个的数据中心DEMO软件, 不但开放源码还全程协助客户进行自己数据中心软件和功能的开发。客户可能经过动态链接库快速开发一个灵活的, 稳定的, 功能齐全的终端管理和数据交互的中心软件。
四、 方案特点
1. 利用才茂无线IP MODEM可基本不用布线, 且采用多点对一中心的组网方式, 实现了数据的一中心统一管理。
2. 才茂IP MODEM采用高性能工业级处理器以及看门狗等安全机制设计, 保证IP MODEM 万一通信中断也会自行检测然后自动断电重启, 保证IP MODEM 永远在线, 通信链路永远正常。
3. 当前污水处理监控工程数量及规模都不断的在扩大, 因此系统采用多点对中心的组网方案, 不论采用普通无线GPRS还是APN专网都能够实现随时增加新的采集控制点, 对现有的网络不会造成任何的中断和影响。
4. IP MODEM 采用标准的工业串口通信, 即插即用, 且高规格的模具设计, 体积小巧方便维护。
5. 才茂IP MODEM完全采用国际标准的TCP/IP安全传输协议机制, 保证数据的安全和及时, 而且采用完全透明传输机制, 保证数据的准确性。

6. 多中心设计, 可同时设置5个中心监控采集现场, 避免因某个中心网络不稳定或者关闭导致无法对现场进行监控而产生安全隐患。
7. 污水处理一般都在偏远地区, 在此CM550-5XX进行人性化工程设计, 可是工程人员无需到现场就能够远程直接对网络参数进行相应的配置, 达到时间和人力的合理利用。
8. 高规格材料选配, 可在 -25~+65ºC、 相对湿度 95%(无凝结)环境下正常工作。
五、 小结
     当前污水数据监测应用广泛, 直接关系到生态环境安全, 在特殊的大背景下国家政策也是大力推行, 厦门才茂在污水处理监测领域已有全国范围性的应用。在物联网的大环境下厦门才茂解决方案和产品已广泛应用于移动POS终端、 金融、 供应链自动化、 智能化运输、 工业自动化、 智能建筑、 智能家居、 消防、 公共安全、 环境保护、 气象、 数字化医疗、 遥感勘测、 军事、 空间探索、 农业、 林业、 水务、 电力、 煤矿、 石化等行业。