水質在線自動監測系統的設計與管理

隨著工業化生產的發展，我國成為世界加工廠，各種不同行業、不同水質特點的工業污水的大量排放，使水環境受到嚴重的污染，水資源安全受到嚴重威脅，污染事故頻繁發生，水環境污染還沒有得到根本遏制。為保護我們日益嚴峻的生存環境，我國不斷加大環境保護的力度，把環境治理提高到生態文明建設和美麗中國建設的高度，其中一項重要舉措是加強對水環境的水體質量監測，嚴格控制污水和廢水的排放標準。

　　我國傳統的環境監測工作一般采用人工采集、實驗室分析、手工處理數據和匯總制表等工作手段，由于采樣間隔時間長，數據分析慢、傳遞不及時，難以對企業的排放、污水處理廠的運行控制和水環境質量進行實時監測，無法及時把握實況。

　　以在線自動分析儀器儀表為核心，以移動互聯網和物聯網的協同交互，運用現代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、信息技術以及相關的監控分析軟件和通訊網絡所組成的一個綜合性的在線自動監測系統是建立智慧水務和環境監測系統的重要發展方向。污水處理水質在線監測系統基于分布式GPRS/Internet監控網絡，可同時對多個遠程現場進行運行監視、自動預警、操作控制，實現在線數據查詢、統計報表和維護管理。

　　1系統組成結構

　　水質在線監測管理監控系統是集監視、測量、控制、管理等于一體的計算機自動化和信息管理系統。

　　根據水質凈化工藝的生產工藝流程、控制點及現場設備的安裝地理環境，遵循“集中監視，分散控制，隨地查詢”的設計思想，整個系統分上位機監控層、PLC控制層、現場儀表層和通訊網絡，以及Web服務等幾部分，并具有充分的可擴充功能，以便新增設備的接入和新建監測站點陸續加入到監控系統中。系統架構如圖1所示。

　　圖1水質在線監測管理系統結構

　　由圖1可知，系統在層次上主要包括監測站點、通信網絡、監測中心主站三部分。利用前端監控、數據采集設備的數據遠傳通訊功能和系統軟件功能完成數據采集，通過光纖、微波或定時的GPRS信號發送到監控中心，實現地理分布式水質參數的實時監測，并且以WEB方式發布，工作人員通過瀏覽器和手機端可以查看數據。

　　2系統軟件功能

　　水質在線監測是污水處理監控與管理系統的核心功能，可以實現對排污企業實時、不間斷地連續監測，檢測參數包括系統運行管理需求的量的參數、質的參數和過程參數，如工業企業污水的排放流量、COD、氨氮、pH等參數，保證監測數據的準確性和代表性，能夠真實反映污水處理系統的進水水質和污水處理廠的運行情況。通過對實時數據的監測和分析，可預測水質的變化趨勢，對水質關鍵參數變化進行預警，為污水處理系統的排放源-管網-提升泵站-污水處理廠的運行管理和應急決策提供重要依據和參考。

　　系統運行時某站點歷史數據趨勢如圖2所示。

　　圖2監測軟件運行畫面

　　運用組態軟件開發平臺可以方便地完成如下功能。

　　（1）實時監控：將所有企業所有排污口的設備運行狀況、污染物排放濃度、流量、排放量等信息盡收眼底。通過監控界面，也可以設置控制參數，進行實時控制與調節。

　　（2）報警與預警：如果水質污染指標超過國家或地區標準，系統將自動生成報警信息，以聲音、動畫等形式提供多樣化的報警功能。系統精確地給出具體的超標數值、超標時間、超標排放量、超標排放介質量，為強化監理工作提供詳實可靠的依據。

　　（3）統計與查詢：將水質在線監測數據和報警信息進行。

　　全方位多角度的分類匯總與統計分析，充分滿足各種統計要求。用戶可以選擇按指標、測點、時間、能耗、藥耗等多種方式進行查詢，查詢結果可以轉化成報表文件以及數據圖示三種不同形式呈現。

　　（4）趨勢預測：根據所選日期和時間段，動態顯示任意時間內的趨勢曲線，便于操作人員和警戒線對照，及時對將要出現的故障進行處理。

　　（5）GIS信息：空間定位利用GIS的管理空間數據的功能，將分布在不同監測點或采樣點在系統上進行空間顯示定位。

　　（6）安全管理：對用戶及其權限做嚴格區分，管理授權用戶的登錄，設置不同的操作權限，并可對每個登陸系統的操作員的操作過程進行記錄，并可隨時查詢。從而有效地避免系統誤操作，做到操作事故可追溯，保證了系統的保密性和安全性。

　　（7）WEB發布：系統具有WEB發布功能，允許經過授權的遠程用戶，隨時登陸系統查看實時數據，并且支持智能手機、平板電腦等智能移動終端的遠程瀏覽。

　　（8）共享接口：利用通信協議組件與生產調度自動化系統、信息管理系統聯接，提供真實原始數據，實現統一的企業管理信息化平臺。同時，軟件平臺以其靈活的開放性和可擴展性，可根據具體需求為第三方軟件實現檢測分析功能預留相應的接口。

　　3設計策略及其特點

　　水質監測與管理系統是一個綜合性的在線自動監測體系，而系統軟件涉及多種新技術的應用，其設計的合理性直接影響到整個系統的高效性、可擴展性、可維護性，以及開發成本。因此，在構建監測管理系統時，需要特別重視軟件設計策略。

　　3.1基于組態軟件架構

　　采用先進成熟的組態軟件技術來架構系統，吸取傳統分布式實時SCADA系統的優點，提供統一的數據交互接口和用戶界面，保證各子系統具有良好的擴展性。

　　組態軟件具有方便、靈活的開發環境，大大降低了軟件開發工作量并加強了行業定制能力。采用先進的組態軟件技術，支持工程模板、畫面模板、對象模板等功能，“模型對象”一次生成、多次使用；同時，組態軟件使用并發處理、完全透明的通信驅動模型，支持多種傳輸方式，實現對現場的無線控制和數據采集，并兼容市場主流的儀器、儀表，保證監測數據從采集、傳輸至存儲庫的全過程高準確性和實用性。

　　監測中心軟件平臺全部采用模塊化設計理念，主要模塊如圖3所示。

　　圖3監測中心軟件平臺主要模塊

　　3.2融合C/S和B/S模式

　　在線監測系統為完全的分布式結構，同時支持C/S和B/S應用，不僅有利于監測數據高速度、高吞吐量、強可靠性、跨網絡傳輸，實現廣泛的安全性和可跟蹤性，也方便構建Web服務，提供豐富的企業級信息系統客戶端應用和工具。

　　融合C/S、B/S模式，可以充分利用網絡中的Web服務器資源與數據庫建立聯系，使得系統整體響應加快，減少占用有限的服務器資源，從而提高系統的效率；B/S模式的維護和升級只是針對服務器，不需對客戶端進行任何改變，成本較低、易于擴展。

　　3.3智能化數據處理

　　自動在線監測儀器的數據誤差不僅包含自身固有誤差，而且包括由于不同的采樣、處理方法等部分產生的誤差，特別是方法不同引起的誤差有時會很大。因此，可以適當降低實際水樣比對試驗相對誤差的要求，同時結合軟件補償算法在線調校，使大部分的在線檢測儀器在正常運行過程中具有更大的適應性。

　　在組態開發時通過設置測點參數，如零漂、線性系數，或者生成工程值與原始值之間的轉換腳本，從而實現自動校準。例如，將依序采集的COD測試數據分組，按照最小二乘法進行擬合，以得到COD在線自動監測儀的修正系數和修正值。

　　3.4無縫融入智慧水務平臺

　　水質在線監測系統可以連續檢測污水廠污水中氧氣含量、酸堿度、氮磷含量和重金屬含量等污水相關數據，采用實時發布/訂閱數據服務，將這些數據直接分發到智慧水務平臺。或者，監測系統通過擴展功能模塊，對這些水質數據進行分析，得出污水在曝氣池中所停留的最少的時間，在活性污泥池中培養的最少時間。水質監測系統與智慧水務平臺的無縫連接，可以獲得污水處理的最佳方案，大大縮短污水處理的周期，將各個處理階段的時間縮減到最合理的水平，從而可以增加污水處理廠的日處理量。

　　4結語

　　本文基于組態軟件并融合C/S和B/S模式構建水質在線監測與數據管理系統，實現了實時數據采集、數據查詢、數據分析和趨勢預測等功能，保證了監測數據的準確性、一致性和安全性，具有靈活性強、易于測試、擴展升級成本低等優點。軟件編程設計在具有較大的普適性的同時可以結合行業特點進行個性化系統和裝備配置，在智慧水務建設和環境監測工作中將發揮越來越重要的作用。