ChunboXiu1,2,LiyingDong1
1.SchoolofElectricalEngineeringandAutomation,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin,ChinaE-mail:xiuchunbo
tjpu.edu.cn2.KeyLaboratoryofAdvancedElectricalEngineeringandEnergyTechnology,TianjinpolytechnicUniversity,Tianjin,ChinaE-mail:
stu.tjpu.edu.cn摘要：为了提高工业废水处理系统的效率和不成熟的运行管理经验，设计了一种基于物联网的污水处理监测系统。系统由应用层、网络层和感知层组成。传感层通过各种传感器和设备组件收集工厂废水的参数。传感层通过各种传感器和设备组件收集工厂废水的参数。将采集到的数据上传到网络层，通过网关通过GPRS技术连接，然后通过百度云平台对数据进行处理和存储，最后应用到实际中，客户端可以随时查看。为污水处理厂的运行管理提供了完整的解决方案，在实际应用中具有较高的可靠性。关键词:物联网，污水处理，监控，百度云介绍
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在污水处理行业中，我国城市污水处理才发展了30年。从产业到产业的发展过程只有10年的时间[1-3]。因此，与具有较强技术和专业管理能力的外资企业相比，我国企业的污水处理还存在许多不足之处。中国正处于经济高速发展时期，环境保护有其自身的特殊性。污染源企业的水环境和废水排放现状有其自身的特点。进口设备和设备在某些方面不能满足国内用户的需求，仪器[4]的适应性也存在一定的局限性。有鉴于此，结合中国国情的发展，随着社会经济的发展，多参数废水在线自动测量分析仪器和兼容、可扩展性的测量软件的推广是我国及今后几年环境保护发展的必然趋势。近年来，中国政府越来越重视污水处理行业的发展，制定了一系列鼓励和支持政策。污水处理行业保持了强劲的发展势头，但污水处理行业的周期性不明显。而且，中国的污水处理厂具有量大、水量少、水质差异大、投资薄弱、资源分散、管理技术人员水平相对落后、缺乏专业指导等特点。因此，提出了一种基于物联网的污水处理监测系统，用于处理部分地区的工业污水。利用物联网可以实现对污水处理企业生产过程的实时监控和管理[5,6]。系统的总体框架设计
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根据物联网理论，将基于物联网的污水处理监测系统分为三个层次。它主要由感知层、网络层和应用层三个层次构成。传感层中的传感器节点和其他设备组件在收集厂废水中产生大量的数据。通过百度云平台，负责感知层采集数据的通信、预处理和二次处理。在应用层面，通过前期反馈中收集的数据信息，结合污水处理行业的需求，最终形成一种基于物联网的污水处理企业智能化管理解决方案。系统总体结构如图1所示。感应层是排水系统[7]综合控制信息系统的基础。通过各种无线传感器和视频监控设备，主要由排水系统各关键节点的水质、流量、液位和温度等组成。为整个控制信息系统实现基础数据的采集，完成各种控制指令的远程调度和基础应用，以满足和实现设施的现场管理要求。将网络技术传输到应用层，通过识别筛选获得有针对性的实时应用信息，智能制定各种运行控制措施。网络层是连接感知层和应用层的重要环节。目前的管网技术包括多种形式，可根据排水系统集散点的分布特点采用不同的技术。如果数据采集点在工厂内分布比较集中，则采用有线网络;工厂外收集的数据分布比较分散。如果使用有线网络的成本相对较高，那么无限制传输更合适。例如Zigbee网络、4G网络、GPRS网络等。网络层的架构主要由多个区域实现，实现分区管理。为系统的远程监控功能提供了必要的数据通道。这些数据通道连接到控制中心和遥感层节点。应用层是排水管理信息系统结构的重要组成部分，它涵盖了监测系统的各种业务。业务内容包括污水厂、泵站自动化运行系统、工厂日常查询系统、排水户信息管理系统等子系统。利用物联网传感技术监测和控制操作设备的污水处理厂和泵站,建立数据采集和监视控制系统,并为工厂监控系统，实现对泵、闸门、栅格等设备的自动控制，避免人工直接与泵接触[8-10]。泵站室设备提高了泵站运行的安全性和可靠性。通过对传感层基础数据的获取，设备的远程管理功能可以实现对采集设备的远程管理和维护，节省人力、物力，数据标签管理功能实现对采集量的管理。应用层平台提供简洁的统计报表，帮助系统管理员随时掌握数据，为外部应用系统提供数据支持。自动化生产可以更加高效，能够实时监控和远程控制整个区域的污水处理系统的运行。功能实现
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3.1采集与处理
主要对生产过程中的参数进行监控、采样、预处理，并以一定的形式输出，为生产人员提供详细的数据支持，从而分析、了解生产情况，对生产过程进行监控。在污水处理监测过程中，需要测量的参数有污水处理厂的进、出水温度、污水的PH值、污泥浓度、浊度等。而厌氧消化过程往往需要温度控制，温度传感器尤为重要。典型的测量元件采用热阻。在曝气和厌氧消化过程中，压力测量通常用于报警参数。液位测量用于水位监测，采用液位传感器。利用液位传感器进行水位监测的液位测量[11-13]。流量监测器采用差压流量计，PH值是生化过程中的重要变量，也是厌氧消化和硝化过程中的关键值。PH电极通常安装在污水处理厂中，浸泡在污泥中，通过不同的清洗策略可以实现长期免维护[14-16]。对于缓冲容量大的废水，pH值的测量可能对工艺变化不太敏感，因此经常使用碳酸盐测量系统。增加传感器是为了收集整个系统的数据。通过各种传感器,工业污水处理厂实时监测数据,是一种物理、化学成分、生物质能和其他信号可以转换成电信号的设备,有不同形式的输出信号,是我们不可或缺的系统组件如果人脑计算机相比,那么传感器就是我们的五种感官[17]。该功能的实现包括以下步骤:创建对象访问、创建对象解析以及处理和存储数据的过程。对传感器采集到的数据进行流计算处理，将采集到的所有数据从非标准JSON格式中去除，留下标准JSON格式的数据作为系统数据。Accesstothings是一种完全管理的云服务，帮助在设备和云之间建立安全可靠的双向连接，支持大规模设备的数据收集、监控、故障预测和其他物联网场景。通过注册和登录百度云账户,创建实例,访问设备和政策的事情,然后进行连接测试,参数配置到使用网关和MQTT发布消息,百度云平台是否可以发送订阅消息从客户。传感器通过网关和GPRS传输信息，使客户端可以在计算机上订阅和发布主题，从而实现对污水处理数据的实时监控。对象解析是云为用户提供Modbus协议解析服务。当云接收到网关返回的原始数据时，结合用户提供的设备通信地址表，对象解析将数据解析成可以直接用于存储和分析的数据。设备通过灵活的规则设置，将数据传输到云端，TSDB已到达目标数据库。解析项目创建情况，将系统采用的网关类型添加到网关设备管理中，并设置子设备在子设备中创建多个传感器。规则引擎将直接从对象访问收集的数据引入对象分析。该巡检命令基于传感器的协议，为Modbus命令。该命令主要由一个地址码、一个功能码、一个传感器地址和一个奇偶校验码组成。检查间隔一般为5秒。响应超时:传感器响应的延迟时间，一般默认为毫秒。网关在设置的巡检周期内进行扫描巡检，并将巡检结果打包成JSON字符串格式发布。通过传感器采集到的工厂实时数据，可以采集到的所有数据都可以通过以下流数据源和数据目的地进行处理。使用SQL格式进行简单筛选，非JSON格式的数据可以自动筛选，剩下的数据存储在创建的时间序列数据库中。3.2监督职能
对待检测的实时数据进行实时分析、汇总、组织和计算，进行二次处理，并存储在实时数据库和历史数据库中。监督系统的输出一般不会直接影响生产过程，但经过生产人员的判断后，操作人员会对生产过程[18]进行干预。手机用户需要查询信息时的登录界面如图2所示。用户可以通过手机注册，然后登录污水处理系统。登录后，可以进行密码修改等其他信息设置。用户还可以根据污水处理厂监控的设备需求，添加定制的设备部件和传感器。例如，在现场增加一种新的传感器设备时，可以进行设置。添加到本系统中，方便用户控制。整个系统的智能化实现，让您可以随时随地看到所需的数据。信息查询是远程监控系统中最基本、最常用的功能之一。用户可以根据自己的需要在设备中心添加设备，设置设备参数，使用服务器请求查询，请求设备通过，进入数据库查询数据。该功能的实现节省了大量的人力、物力和时间，提高了污水处理的效率。其整个查询流程流程图如图3所示。当客户机想要查询电影剪辑设备的各种信息,首先他需要发送一个请求到服务器,当服务器收到请求通过连接到数据库,数据库连接成功,开始查询所需的所有数据,数据和自动生成的图表读取希望反馈给客户看它。当查询未能找到数据时，将显示相关数据，然后再次检查用户信息，直到正确输出为止。泵站将水样泵入泵站，然后分配给每个传感器进行分析。污水温度,例如,当监视和测量热电阻温度测量的污水,上传数据到网关,并有效的数据存储到实时数据库通过物联网的数据处理,以便为客户提供可靠的数据和生成的变化图表。客户可通过电脑随时接收到水位信息、进水流量、污水PH值、污水温度值图表。3.3报警功能
传感器技术在系统的运行中起着至关重要的作用，数据采集中的每个参数都将由特定的传感器采集。如果传感器不能正常工作，那么系统监控的工人将收到反馈。在数据分析栏中，系统可以自动显示所有传感器的工作状态。当传感器出现故障时，系统可以第一时间显示报警提示，提醒用户及时处理。如果生产过程中出现故障，可进行报警处理。报警信号带动现场声光报警，并送入计算机进行录音。系统趋势呼叫显示，按下趋势按钮或进入趋势页面，用鼠标选择要显示的标签，即可显示该趋势。显示屏上的报警显示可以通过按报警按钮或切入报警页面调用。在显示屏上，通过按主菜单上的曲线按钮，可以进入实时曲线、告警曲线和历史曲线。3.4控制功能
在检测的基础上，进行信息处理，并根据事先确定的控制策略形成控制输出，直接作用于生产过程。完整的监控处理系统是上述四项功能的综合集成。物联网监控系统的应用为污水处理厂处理过程中各种变量的监控提供了基础，但仅仅一个简单的监控系统是不够的。还必须配备数据分析处理系统，才能使污水处理效果更加明显，可以节省人力物力，同时大大提高污水处理效果。所谓数据分析和处理，主要是指利用数据分析软件，以获得最大的利润，使成本最小化，并根据一些数据和条件优化解决方案的方法。结论
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基于物联网的排水综合管理和控制信息管理系统对污水收集和处理系统的各个方面进行监控，提高泵站和污水处理厂的流量、水位、温度和运行状态。通过物联网进行采集整合，对生产运营数据进行分析处理，实现污水处理流程的实时监控和精细化管理。在实际废水处理中取得了良好的效果。参考文献
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