水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與管理隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，我國已成為世界加工廠，各行業(yè)、不同水質(zhì)特征的工業(yè)污水大規(guī)模排放，對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重污染，水資源安全受到嚴(yán)重威脅、污染事故頻發(fā)，水環(huán)境污染并未得到根本遏制。為保護(hù)日益嚴(yán)峻的生存環(huán)境，我國不斷加大環(huán)境保護(hù)力度，將環(huán)境治理提升到生態(tài)文明建設(shè)和美麗中國建設(shè)的高度。其中一項(xiàng)重要措施是加強(qiáng)水環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格控制污水、廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

我國傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作普遍采用人工采集、實(shí)驗(yàn)室分析、人工數(shù)據(jù)處理和匯總制表等方式，由于采樣間隔長(zhǎng)、數(shù)據(jù)分析慢、傳輸不及時(shí)，難以控制企業(yè)的排放、污水處理廠的運(yùn)行控制和水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，無法及時(shí)掌握實(shí)際情況。

以在線自動(dòng)分析儀器為核心，以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同交互，利用現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)及相關(guān)監(jiān)測(cè)分析軟件和通信網(wǎng)絡(luò)所組成的一個(gè)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是建立智慧水務(wù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。污水處理水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于分布式GPRS/Internet監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可同時(shí)對(duì)多個(gè)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)測(cè)、自動(dòng)預(yù)警和操作控制，實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和維護(hù)管理。

1、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)管理監(jiān)控系統(tǒng)是集監(jiān)視、測(cè)量、控制、管理等于一體的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化和信息管理系統(tǒng)。

根據(jù)水質(zhì)凈化工藝的生產(chǎn)工藝流程、控制點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝地理環(huán)境，遵循“集中監(jiān)視，分散控制，隨地查詢”的設(shè)計(jì)思想，整個(gè)系統(tǒng)分上位機(jī)監(jiān)控層、PLC控制層、現(xiàn)場(chǎng)儀表層和通訊網(wǎng)絡(luò)，以及Web服務(wù)等幾部分，并具有充分的可擴(kuò)充功能，以便新增設(shè)備的接入和新建監(jiān)測(cè)站點(diǎn)陸續(xù)加入到監(jiān)控系統(tǒng)中。

系統(tǒng)在層次上主要包括監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)中心主站三部分。利用前端監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳通訊功能和系統(tǒng)軟件功能完成數(shù)據(jù)采集，通過光纖、微波或定時(shí)的GPRS信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)地理分布式水質(zhì)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且以WEB方式發(fā)布，工作人員通過瀏覽器和手機(jī)端可以查看數(shù)據(jù)。

2、系統(tǒng)軟件功能

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)是污水處理監(jiān)控與管理系統(tǒng)的核心功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)排污企業(yè)實(shí)時(shí)、不間斷地連續(xù)監(jiān)測(cè)，檢測(cè)參數(shù)包括系統(tǒng)運(yùn)行管理需求的量的參數(shù)、質(zhì)的參數(shù)和過程參數(shù)，如工業(yè)企業(yè)污水的排放流量、COD、氨氮、pH等參數(shù)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性，能夠真實(shí)反映污水處理系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)和污水處理廠的運(yùn)行情況。通過對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和分析，可預(yù)測(cè)水質(zhì)的變化趨勢(shì)，對(duì)水質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)變化進(jìn)行預(yù)警，為污水處理系統(tǒng)的排放源-管網(wǎng)-提升泵站-污水處理廠的運(yùn)行管理和應(yīng)急決策提供重要依據(jù)和參考。

運(yùn)用組態(tài)軟件開發(fā)平臺(tái)可以方便地完成如下功能。

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控：將所有企業(yè)所有排污口的設(shè)備運(yùn)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(jiān)控界面，也可以設(shè)置控制參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與調(diào)節(jié)。

（2）報(bào)警與預(yù)警：如果水質(zhì)污染指標(biāo)超過國家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成報(bào)警信息，以聲音、動(dòng)畫等形式提供多樣化的報(bào)警功能。系統(tǒng)精確地給出具體的超標(biāo)數(shù)值、超標(biāo)時(shí)間、超標(biāo)排放量、超標(biāo)排放介質(zhì)量，為強(qiáng)化監(jiān)理工作提供詳實(shí)可靠的依據(jù)。

（3）統(tǒng)計(jì)與查詢：將水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息進(jìn)行。

全方位多角度的分類匯總與統(tǒng)計(jì)分析，充分滿足各種統(tǒng)計(jì)要求。用戶可以選擇按指標(biāo)、測(cè)點(diǎn)、時(shí)間、能耗、藥耗等多種方式進(jìn)行查詢，查詢結(jié)果可以轉(zhuǎn)化成報(bào)表文件以及數(shù)據(jù)圖示三種不同形式呈現(xiàn)。

（4）趨勢(shì)預(yù)測(cè)：根據(jù)所選日期和時(shí)間段，動(dòng)態(tài)顯示任意時(shí)間內(nèi)的趨勢(shì)曲線，便于操作人員和警戒線對(duì)照，及時(shí)對(duì)將要出現(xiàn)的故障進(jìn)行處理。

（5）GIS信息：空間定位利用GIS的管理空間數(shù)據(jù)的功能，將分布在不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)或采樣點(diǎn)在系統(tǒng)上進(jìn)行空間顯示定位。

（6）安全管理：對(duì)用戶及其權(quán)限做嚴(yán)格區(qū)分，管理授權(quán)用戶的登錄，設(shè)置不同的操作權(quán)限，并可對(duì)每個(gè)登陸系統(tǒng)的操作員的操作過程進(jìn)行記錄，并可隨時(shí)查詢。從而有效地避免系統(tǒng)誤操作，做到操作事故可追溯，保證了系統(tǒng)的保密性和安全性。

（7）WEB發(fā)布：系統(tǒng)具有WEB發(fā)布功能，允許經(jīng)過授權(quán)的遠(yuǎn)程用戶，隨時(shí)登陸系統(tǒng)查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且支持智能手機(jī)、平板電腦等智能移動(dòng)終端的遠(yuǎn)程瀏覽。

（8）共享接口：利用通信協(xié)議組件與生產(chǎn)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)聯(lián)接，提供真實(shí)原始數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的企業(yè)管理信息化平臺(tái)。同時(shí)，軟件平臺(tái)以其靈活的開放性和可擴(kuò)展性，可根據(jù)具體需求為第三方軟件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)分析功能預(yù)留相應(yīng)的接口。

3、設(shè)計(jì)策略及其特點(diǎn)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系，而系統(tǒng)軟件涉及多種新技術(shù)的應(yīng)用，其設(shè)計(jì)的合理性直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的高效性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性，以及開發(fā)成本。因此，在構(gòu)建監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)時(shí)，需要特別重視軟件設(shè)計(jì)策略。

3.1基于組態(tài)軟件架構(gòu)

采用先進(jìn)成熟的組態(tài)軟件技術(shù)來架構(gòu)系統(tǒng)，吸取傳統(tǒng)分布式實(shí)時(shí)SCADA系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互接口和用戶界面，保證各子系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性。

組態(tài)軟件具有方便、靈活的開發(fā)環(huán)境，大大降低了軟件開發(fā)工作量并加強(qiáng)了行業(yè)定制能力。采用先進(jìn)的組態(tài)軟件技術(shù)，支持工程模板、畫面模板、對(duì)象模板等功能，“模型對(duì)象”一次生成、多次使用；同時(shí)，組態(tài)軟件使用并發(fā)處理、完全透明的通信驅(qū)動(dòng)模型，支持多種傳輸方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的無線控制和數(shù)據(jù)采集，并兼容市場(chǎng)主流的儀器、儀表，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從采集、傳輸至存儲(chǔ)庫的全過程高準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

監(jiān)測(cè)中心軟件平臺(tái)全部采用模塊化設(shè)計(jì)理念。

3.2融合C/S和B/S模式

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為完全的分布式結(jié)構(gòu)，同時(shí)支持C/S和B/S應(yīng)用，不僅有利于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)高速度、高吞吐量、強(qiáng)可靠性、跨網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)廣泛的安全性和可跟蹤性，也方便構(gòu)建Web服務(wù)，提供豐富的企業(yè)級(jí)信息系統(tǒng)客戶端應(yīng)用和工具。

融合C/S、B/S模式，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)中的Web服務(wù)器資源與數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，使得系統(tǒng)整體響應(yīng)加快，減少占用有限的服務(wù)器資源，從而提高系統(tǒng)的效率；B/S模式的維護(hù)和升級(jí)只是針對(duì)服務(wù)器，不需對(duì)客戶端進(jìn)行任何改變，成本較低、易于擴(kuò)展。

3.3智能化數(shù)據(jù)處理

自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)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(chǎn)生的誤差，特別是方法不同引起的誤差有時(shí)會(huì)很大。因此，可以適當(dāng)降低實(shí)際水樣比對(duì)試驗(yàn)相對(duì)誤差的要求，同時(shí)結(jié)合軟件補(bǔ)償算法在線調(diào)校，使大部分的在線檢測(cè)儀器在正常運(yùn)行過程中具有更大的適應(yīng)性。

在組態(tài)開發(fā)時(shí)通過設(shè)置測(cè)點(diǎn)參數(shù)，如零漂、線性系數(shù)，或者生成工程值與原始值之間的轉(zhuǎn)換腳本，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校準(zhǔn)。例如，將依序采集的COD測(cè)試數(shù)據(jù)分組，按照最小二乘法進(jìn)行擬合，以得到COD在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的修正系數(shù)和修正值。

3.4無縫融入智慧水務(wù)平臺(tái)

水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以連續(xù)檢測(cè)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(guān)數(shù)據(jù)，采用實(shí)時(shí)發(fā)布/訂閱數(shù)據(jù)服務(wù)，將這些數(shù)據(jù)直接分發(fā)到智慧水務(wù)平臺(tái)?；蛘?，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過擴(kuò)展功能模塊，對(duì)這些水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出污水在曝氣池中所停留的最少的時(shí)間，在活性污泥池中培養(yǎng)的最少時(shí)間。水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與智慧水務(wù)平臺(tái)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(gè)處理階段的時(shí)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(jié)語

本文基于組態(tài)軟件并融合C/S和B/S模式構(gòu)建水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)等功能，保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性和安全性，具有靈活性強(qiáng)、易于測(cè)試、擴(kuò)展升級(jí)成本低等優(yōu)點(diǎn)。軟件編程設(shè)計(jì)在具有較大的普適性的同時(shí)可以結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行個(gè)性化系統(tǒng)和裝備配置，在智慧水務(wù)建設(shè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中將發(fā)揮越來越重要的作用。