CN104007706A - 一种全时段企业污水产生与处理的监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种全时段企业污水产生与处理的监测方法及系统，系统包括企业生产监测系统、污水处理监测系统、远程无线处理终端和服务管理平台；企业生产监测系统和污水处理监测系统通过信号线直联于远程无线处理终端，远程无线处理终端利用无线通信与服务管理平台双向联系；企业生产监测系统和污水处理监测系统将实时监测的数据上报给远程无线处理终端，远程无线处理终端统计分析实时监测的数据，定时自动的上报给服务管理平台，同时服务管理平台也可主动调用远程无线处理终端的实时数据。本发明采用不间断的监测统计方法，因此可以很好的防止企业偷排污水，为环境管理部门管理水平的提高提供很好的技术方案。

Description

一种全时段企业污水产生与处理的监测系统及方法

技术领域

本发明涉及环保监测技术领域，具体涉及一种全时段排污企业污水产生与处理的监测系统及方法，特别适用于环保管理部门对排污企业的监测和管理。

背景技术

随着经济的发展，环境问题已经成为中国面临的一个重要问题。已经开始严重制约经济的发展，随着现代化进程的加快，污水排放量也不断增加，然而由于过去“重建设，轻环保”的旧观念，缺乏必要的污水收集系统和污水处理设施，污水无序乱流，不仅直接污染了小自身生态环境，而且造成了河湖水体的严重污染，已成为区域性水环境的重要污染源。对饮用水安全和居民生存环境构成严重威胁，制约了经济发展及城镇可持续发展。大量工业废水也造成了处理废水的人力资源的增加，污水处理监测管理系统能够减少管理部门的人力资源，在总控室通过控制 PC 机实现对污水处理系统的实时监控和设备检测和各种设备的控制和报表生成。对于提高企业的污水处理效率，对于促进经济、环境与社会的可持续发展战略有着重要的意义。

我国污水处理自动化控制起步较晚，监测管理系统更加落后，现代技术利用较少。进入 20 世纪 90 年代以后，污水处理厂才开始引入自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动监测管理系统在企业污水处理应用很少。早在 70 年代，我国的水行业就开始应用自动化技术，到 90年代，自动化、信息化在水行业受到了普遍重视。近 20 年来，我国水行业在自动化技术和信息化技术应用方面得到了长足的发展，创造了良好的经济效益和社会效益。

  自动化技术与信息技术已经广泛地应用于水行业中。尤其是自动化技术，应用于闸门泵站的自动化改造、水厂和污水厂的 SCADA 系统、城市供水调度系统。随着无线通信技术，互联网技术和视频技术等不断发展和普及，已基本实现了水行业的“可视化”[3]。但是，与国际水平相比，我国的自动化和信息化技术还相对滞后，整体上还处在国外 80-90 年代的水平。主要体现在发展的不平衡和应用水平方面。以智能决策为目标的信息化技术则相对迟缓，“信息孤岛”现象依然严重，自动化技术和信息化技术缺乏融合，大量的过程数据都静静地“躺”在现场，而没有发挥其应有的作用。节能减排作为当前水行业发展的重要任务之一，其工作的进展备受瞩目。而自动化与信息化技术作为水行业发展中的后助力量，保障着节能减排工作的有续进行。

 因此，基于现场设备自动化功能的全厂综合自动化的主要目标重点不仅仅是保证生产处理质量，而更现实的是减轻劳动强度、方便生产管理、提高设施设备的利用率、节能降耗、减员增效。一些发达国家的城市污水处理厂无不例外均配置了自动化技术水平愈来愈高的全厂综合自动化控制、监测和管理系统，其显著效果就是其运营人员数量的大幅度减少，节省成本。据了解，污水处理厂建设自控系统，成本一般占设备的 10%，包括控制仪表、流量计这些等等都在内。原来污水处理厂的管理控制是粗的控制，有了自控系统之后能够做到精确控制，避免很多失误，实现精细化管理。

 由于现代污水产生厂家规模越来越大，所以自动化程度要求越来越高。污水处理自动化监测管理系统应具有全自动逻辑控制、在线工艺状态显示及参数记录、运行故障诊断记录、生产报表显示记录等功能。系统能长周期安全无故障运行，具有高可靠性。在新的形势下，污水监测管理对于自动化产品提出了更高的要求。良好的质量控制，使产品能够高效稳定的运行，为保证企业产生的污水得到有效的处理，能够更好的提高环保部门的管理水平。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述背景技术存在的问题，提供一种全时段企业污水产生与处理的监测系统及方法，有效解决污水产生企业生产及污水处理的监测管理问题。

本发明采用的技术方案是：

一种全时段企业污水产生与处理的监测方法，系统包括企业生产监测系统、污水处理监测系统、远程无线处理终端和服务管理平台；企业生产监测系统和污水处理监测系统通过信号线直联于远程无线处理终端，远程无线处理终端利用无线通信与服务管理平台双向联系；企业生产监测系统和污水处理监测系统将实时监测的数据上报给远程无线处理终端，远程无线处理终端统计分析实时监测的数据，定时自动的上报给服务管理平台，同时服务管理平台也可主动调用远程无线处理终端的实时数据。

 上述技术方案中，所述的企业生产监测系统由串行通讯模块、AD模块、系统管理模块和传感器组成，实时监测企业主要的生产设备运转状态，具体是通过安装在生产设备上的传感器采集设备运转信息，系统通过AD转换和初步分析，将实时获取设备的运转状态上报远程无线处理终端。

上述技术方案中，所述的污水处理监测系统由串行通讯模块、AD模块、系统管理模块和传感器组成，实时监测企业主要的污水处理设备运转状态，具体是通过安装在污水处理设备上的传感器采集设备运转信息，系统通过AD转换和初步分析，将实时获取设备的运转状态上报远程无线处理终端。

上述技术方案中，所述的远程无线处理终端，由串行通讯模块、数据统计分析模块、系统管理模块、无线通信模块和电源管理模块组成；接收企业生产监测系统和企业污水处理监测系统的上报数据，自主管理企业端监测系统，数据统计和分析处理，和服务管理平台进行无线通讯，实现数据的定时上报。

上述技术方案中，所述的服务管理平台，由数据库系统、统计分析模块、无线通信模块、异常情况处理模块和操作平台组成；接收远程无线处理终端上报的数据，控制远程无线处理终端和异常情况处理。

本发明技术效果如下：

本发明是一种全时段监测排污企业污水产生与处理的系统，现在企业的污水处理系统都是由第三方负责运营，而对企业污水处理费用是按企业污水产生量来收取的。如能较为精确的监测到企业的生产，就能精确的了解企业的污水产生量，为环境管理部门提供可靠的依据。排除了污水生产企业与污水处理企业联合偷排的可能性。

系统由企业生产监测系统、污水处理监测系统、远程无线处理终端和服务管理平台组成。企业生产监测系统和污水处理监测系统通过信号线直联于远程无线处理终端，远程无线处理终端利用无线通信与服务管理平台双向联系。企业生产监测系统和污水处理监测系统将实时监测的数据上报给远程无线处理终端，远程无线处理终端统计分析实时监测的数据，定时自动的上报给服务管理平台，同时服务管理平台也可主动调用远程无线处理终端的实时数据。本发明可全时段的监测排污企业的生产情况，从而可以精确的统计企业的污水产生数量；同时全时段的监测了企业污水设备运行情况。本发明采用不间断的监测统计方法，因此可以很好的防止企业偷排污水，为环境管理部门管理水平的提高提供很好的技术方案。

附图说明

图1为本发明原理框图；

图2为本发明系统结构图。

具体实施方式

参见图1、图2，本发明的全时段企业污水产生与处理的监测系统及方法。系统由企业生产监测系统、污水处理监测系统、远程无线处理终端和服务管理平台组成。企业生产监测系统和污水处理监测系统通过信号线直联于远程无线处理终端，远程无线处理终端利用无线通信与服务管理平台双向联系。企业生产监测系统和污水处理监测系统将实时监测的数据上报给远程无线处理终端，远程无线处理终端统计分析实时监测的数据，定时自动的上报给服务管理平台，同时服务管理平台也可主动调用远程无线处理终端的实时数据。有效的解决污水产生企业生产及污水处理的监测管理问题。

企业生产监测系统主要由串行通讯模块、AD模块、系统管理模块和传感器组成，通过实时监测企业主要的生产设备运转状态来实现，具体是通过安装在生产设备上的传感器采集设备运转信息，可根据实际需要安装多个传感器，每单元可监测8路传感器。

常用传感器为电磁感应传感器，高性能的电磁感应变送器能将电磁信息转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为4～20mA）。该变送器使用整体式传感器，安装方便，具有抗振性好、精度高、稳定性好、高可靠性等特点，并且大大减少了对单片机I/O口的占用。输出控制器由继电器驱动电路组成，单片机的I/O 通过继电器驱动电路控制电机设备的电源的开关。系统只有在采集的时候，包括触发启动采集、自动采集和手动采集才会启动传感器，这样有效避免了采集的干扰，减小了数据的采集误差，同时大大降低了系统的整机功耗。管理模块是本系统的核心，控制全系统的运行，包括AD转换过程，每路传感器的工作状态，并对每一路传感器采集到的数据进行初步统计和分析，最后上报给远程无线控制终端。

为保证采集系统的精度，本发明可采用高精度低功耗的AD，如16位ADS1112，它是由德州仪器公司（TI）推出的一款业界最小封装（SOT23-6）的16位△∑型模数转换器（ADC）。该系列是具有内置可编程增益放大器（PGA）、振荡器和二线式I2C串行接口的精密、宽动态范围ADC。它们可在2.7V至5.5V电源的条件下工作， 功耗仅0.25mW。ADS1112是一种连续自校准ADC，可提供差分输入和16位无丢失码精度，采用I2C接口，工作电压为2.7-5.5V单电源。ADS1100的转换速度为8、16、32、128次采样/秒（SPS），精度分别达到16、15、14和12位。片上可编程增益放大器（最大增益为8）允许直接测量较微弱信号。在单转换模式中，该器件可在每次转换后自动断电，因此大大降低了空闲期间的功耗（低至<0.15uW）。ADS1112具有2.048V内部基准。ADS1112能够以15、30、60或240SPS的速率进行转换操作。

污水处理监测系统主要由串行通讯模块、AD模块、系统管理模块和传感器组成，通过实时监测企业污水处理主要的设备运转状态来实现，具体是通过安装在污水处理设备上的传感器采集设备运转信息，可根据实际需要安装多个传感器，如电器设备采用的电磁感应传感器等。管理模块是本系统的核心，控制全系统的运行，包括AD转换过程，每路传感器的工作状态，并对每一路传感器采集到的数据进行初步统计和分析，最后上报给远程无线控制终端。

远程无线处理终端，由串行通讯模块、数据统计分析模块、系统管理模块、无线通信模块和电源管理模块组成，如图2所示。包括接收企业生产监测系统和企业污水处理监测系统的上报数据，自主管理企业端监测系统，数据统计和分析处理，和服务管理平台进行无线通讯，实现数据的定时上报等。终端的硬件设计主要包括电源电路、单片机STC12C5A60S2最小系统、外围电路的控制单元模块的设计、采集终端通讯模块的设计以及终端控制电路的设计。

无线通讯采用GSM通信网络作为远程无线终端系统的通信媒介，以收发GSM短信息的通信方式进行数据采集、监测和控制。在任何GSM能覆盖的地区，都采用GSM网络作为通信媒介。GSM通信网络的特点是技术最为成熟及先进、通信方式多、手机接续速度快、通信质量好、安全保密性能强、抗干扰能力强、网络覆盖面特别广、可以实现国际自动漫游等诸多优点。所以利用GSM作为通信媒介的方式是实现全时段监测管理系统的一个很有效的途径。

GSM模块，是一个类似于手机的通讯模块，集成了手机的若干功能于一块小电路板上，它可以发送短消息、通话等等。模块虽小，但它具备了很多手机的功能，拥有它等于就是拥有了手机的核心部分了，它在很多应用领域中都有着广泛的应用，GSM模块通过使用AT指令才能控制它，模块可以与电脑RS232串口相连，也可以用单片机来进行控制。

用户用手机按格式编辑短信息发送到 GSM 通讯模块，GSM 通讯模块将所接收的数据进行解包校验并将完整的命令通过RS232接口下传到微处理器， 微处理器对收到的短信进行过滤，检查是否是已设号码的用户所发的符合命令格式的有效短信，单片机会检测收到的命令码里面的地址是否和本机的地址一致，地址一致后再根据命令码采集水质数据命令，微处理器读取水质传感器数值，将采集到的数据送入GSM通讯模块，GSM通讯模块将数据以短信息方式传输给终端计算机和用户手机，单片机再次回到等待命令的状态。

服务管理平台，由数据库系统、统计分析模块、无线通信模块、异常情况处理模块和操作平台组成。包括接收远程无线处理终端上报的数据，控制远程无线处理终端和异常情况处理。

为了方便环保管理人员使用，系统控制软件是在Windows操作系统下以图形界的方式运行，用鼠标点击的方式操作。中心平台是一台速度比较快，内存比较大的计算机，通常将其配置为服务器。软件的设计首先要以两种网络所定义的通信协议为基础，进行通信软件的设计。GSM网络必须要研究清楚GSM网络内部的通信协议(主要确定本监测系统所能够利用起来的部分协议即可)。所以软件首要的必须能够识别整个系统的通信协议。管理软件能够建立基站与其它通信设备之间的通信链路。退出数据采集系统时，关闭通信链路并导出数据库中采集的数据。采集软件是整个系统的各种通信和采集的控制中心，要求具有双工通信的功能。即在任意时刻发送数据与接受数据要同时进行，并且保证收发正确。通信过程中能够随时把收到的各种有意义的信息显示出来，给用户观察。如某一时刻某个终端站点的采集数据，某个探头的工作状态等。

管理软件具有混合方式的数据采集方式，即具有自报方式又具有查询即应答式的数据采集系统。也就是在软件系统中即能随时接收自报数据，又能随时根据某一时刻的情况主动查询软件所需要的各种数据。例如：当某一时刻收到站点的自报数据时，要根据情况自动去查询其它所有终端站点的数据，直到它们都被正确接收到以后再去处理。而且还能提供不同时间段的定时查询所有的终端站点采集数据选择功能。

管理软件能够实时监视控制所有终端站点下的采集设备的情况，包括实时控制任意终端站点下的传感器的状态(开或关)、查询传感器的工作状态(传感器是工作正常还是出现故障)。并能够随时允许用户手工点击菜单发送想要查询或者控制设备的命令，把所有的设备信息通知基站用户。软件能够实时采集各个终端站点下的采集设备的数据、定时查询数据和自动自报的数据。将采集来的数据进行转换、存储。软件必须能够保证通信的可靠性。对接受来的各种数据进行分析、整理、校验、保存正确有意义的数据和根据这些数据进行下一步的判断，从而进行下一步的通信。

本发明管理软件的又一个显著的特点是不论是自报数据和查询的数据，某个时间段内所有的终端站点的数据必须全部被中心基站采集过来，并以同一个时间写入数据库，作为n条有意义的数据，n为所有的传感器数目，来描述此时所采集的区域内污水产生与处理的整体状况，为数据采集之后的数据分析及预报提供真实可靠的依据。单个点的数据只能在实时显示窗口内显示，而不能入数据库。而目前国内的绝大多数采集系统，某一时间段内只依靠单个终端站点的数据来预报，致使预报精度大大下降。

根据GSM通信网络的要求，要实时对所接到的有意义的数据发送回应信息。随时发现某个终端站点采集回来的数据不正常或者没有按指定的时间内收到时，能够自动查询该站点下的数据采集设备的工作情况，并再次采集正确数据，并整理入数据库。整个数据采集系统对通信实时性要求比较高，处理速度要在毫秒量级上，并且根据上述对采集系统的通信要求，本采集软件要采用操作系统底层API函数进行通信处理，且软件的工作都在自创建的线程内进行，所以不论处理速度还是实现上述通信功能都要比其它绝大多数同类数据采集系统用串口通信控件的方式进行通信有着明显的优势。

服务管理平台能够实时监视控制所有终端站点下的采集设备的情况，包括实时控制任意终端站点下的传感器的状态(开或关)、查询传感器的工作状态(传感器是工作正常还是出现故障)。并能够随时允许用户手工点击菜单发送想要查询或者控制设备的命令，把所有的设备信息通知用户。软件能够实时采集各个终端站点下的采集设备的数据、定时查询数据和自动自报的数据。将采集来的数据进行转换、存储。软件必须能够保证通信的可靠性。对接受来的各种数据进行分析、整理、校验、保存正确有意义的数据和根据这些数据进行下一步的判断，从而进行下一步的通信。

不论是自报数据和查询的数据，某个时间段内所有的终端站点的数据必须全部被中心基站采集过来，并以同一个时间写入数据库，作为n条有意义的数据，n为所有的传感器数目，来描述此时所采集的区域内污水产生与处理的整体状况，为数据采集之后的数据分析及预报提供真实可靠的依据。单个点的数据只能在实时显示窗口内显示，而不能入数据库。而目前国内的绝大多数采集系统，某一时间段内只依靠单个终端站点的数据来预报，致使预报精度大大下降。

实时对所接到的有意义的数据发送回应信息。随时发现某个终端站点采集回来的数据不正常或者没有按指定的时间内收到时，能够自动查询该站点下的数据采集设备的工作情况，并再次采集正确数据，并整理入数据库。整个数据采集系统对通信实时性要求比较高，处理速度要在毫秒量级上，并且根据上述对采集系统的通信要求，本采集软件要采用操作系统底层API函数进行通信处理，且软件的工作都在自创建的线程内进行，所以不论处理速度还是实现上述通信功能都要比其它绝大多数同类数据采集系统用串口通信控件的方式进行通信有着明显的优势。

如本发明可采用MC35i模块作为通讯接口，MC35i是一款支持中文短信息的工业级的新版GSM模块，工作在EGSM900和GSM1800双频段，电源范围为直流3.3～4.8V，休眠状态电流消耗为3.5mA，空闲状态为25mA，发射状态为300mA(平均)，峰值为2.5A；可传输语音和数据信号，功耗在EGSM900(4类)和GSM1800(1类)分别为2W和1W，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM卡读卡器和天线。SIM电压为3V/1.8V，MC35i通过AT命令可双向传输指令和数据，可选波特率为300b/s至115kb/s, 自动波特率为1.2kb/s至115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short Message Service,短消息)，可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。

MC35i由供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成。作为MC35i的核心基带处理器主要处理GSM终端内的语音和数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有模拟和数字功能。

微处理器与 GSM 模块采用串行异步通讯接口，用RS232电缆方式连接， 通过串行接口集成电路和电平转换电路与MC35i模块连接， 微处理器通过串行接口直接向GSM 模块下发AT 命令完成对MC35i 模块的初始化和基于GSM 业务的数据收发功能。下面列出一些要用的GSM AT指令。

AT+CMGC Send an SMS command（发出一条短消息命令） 

AT+CMGD Delete SMS message（删除SIM卡内存的短消息） 

AT+CMGF Select SMS message formate（选择短消息信息格式：0-PDU;1-文本） 

AT+CMGL List SMS message from preferred store（列出SIM卡中的短消息PDU/text: 0/“REC UNREAD”-未读，1/“REC READ”-已读， 2/“STO UNSENT”-待发，3/“STO SENT”-已发，4/“ALL”-全部的） 

 AT+CMGR Read SMS message（读短消息） 

 AT+CMGS Send SMS message（发送短消息） 

 AT+CMGW Write SMS message to memory（向SIM内存中写入待发的短消息） 

 AT+CMSS Send SMS message from storage（从SIN|M内存中发送短消息） 

 AT+CNMI New SMS message indications（显示新收到的短消息） 

 AT+CPMS Preferred SMS message storage（选择短消息内存） 

 AT+CSCA SMS service center address（短消息中心地址） 

 AT+CSCB Select cell broadcast messages（选择蜂窝广播消息） 

 AT+CSMP Set SMS text mode parameters（设置短消息文本模式参数） 

 AT+CSMS Select Message Service（选择短消息服务）

 用户用手机按格式编辑短信息发送到 GSM 通讯模块，GSM 通讯模块将所接收的数据进行解包校验并将完整的命令通过RS232接口下传到微处理器， 微处理器对收到的短信进行过滤，检查是否是已设号码的用户所发的符合命令格式的有效短信，单片机会检测收到的命令码里面的地址是否和本机的地址一致，地址一致后再根据命令码采集水质数据命令，微处理器读取水质传感器数值，将采集到的数据送入GSM通讯模块，GSM通讯模块将数据以短信息方式传输给终端计算机和用户手机，单片机再次回到等待命令的状态。

服务管理平台，由数据库系统、统计分析模块、无线通信模块、异常情况处理模块和操作平台组成。系统控制软件是在Windows操作系统下以图形界的方式运行，用鼠标点击的方式操作。中心平台是一台速度比较快，内存比较大的计算机，通常将其配置为服务器。软件的设计首先要以两种网络所定义的通信协议为基础，进行通信软件的设计，软件首先识别整个系统的通信协议，建立基站与其它通信设备之间的通信链路。退出数据采集系统时，关闭通信链路并导出数据库中采集的数据。采集软件是整个系统的各种通信和采集的控制中心，要求具有双工通信的功能。即在任意时刻发送数据与接受数据要同时进行，并且保证收发正确。通信过程中能够随时把收到的各种有意义的信息显示出来，给用户观察。如某一时刻某个终端站点的采集数据，某个探头的工作状态等。

管理软件先采用混合方式的数据采集方式，即具有自报方式又具有查询即应答式的数据采集系统。例如：当某一时刻收到站点的自报数据时，要根据情况自动去查询其它所有终端站点的数据，直到它们都被正确接收到以后再去处理。而且还能提供不同时间段的定时查询所有的终端站点采集数据选择功能。

Claims (5)

1.一种全时段企业污水产生与处理的监测方法，其特征在于：系统包括企业生产监测系统、污水处理监测系统、远程无线处理终端和服务管理平台；企业生产监测系统和污水处理监测系统通过信号线直联于远程无线处理终端，远程无线处理终端利用无线通信与服务管理平台双向联系；企业生产监测系统和污水处理监测系统将实时监测的数据上报给远程无线处理终端，远程无线处理终端统计分析实时监测的数据，定时自动的上报给服务管理平台，同时服务管理平台也可主动调用远程无线处理终端的实时数据。

2. 根据权利要求1所述的全时段企业污水产生与处理的监测方法，其特征在于：所述的企业生产监测系统由串行通讯模块、AD模块、系统管理模块和传感器组成，实时监测企业主要的生产设备运转状态，具体是通过安装在生产设备上的传感器采集设备运转信息，系统通过AD转换和初步分析，将实时获取设备的运转状态上报远程无线处理终端。

3.根据权利要求1所述的全时段企业污水产生与处理的监测方法，其特征在于：所述的污水处理监测系统由串行通讯模块、AD模块、系统管理模块和传感器组成，实时监测企业主要的污水处理设备运转状态，具体是通过安装在污水处理设备上的传感器采集设备运转信息，系统通过AD转换和初步分析，将实时获取设备的运转状态上报远程无线处理终端。

4.根据权利要求1所述的全时段企业污水产生与处理的监测方法，其特征在于：所述的远程无线处理终端，由串行通讯模块、数据统计分析模块、系统管理模块、无线通信模块和电源管理模块组成；接收企业生产监测系统和企业污水处理监测系统的上报数据，自主管理企业端监测系统，数据统计和分析处理，和服务管理平台进行无线通讯，实现数据的定时上报。

5.根据权利要求1所述的全时段企业污水产生与处理的监测方法，其特征在于：所述的服务管理平台，由数据库系统、统计分析模块、无线通信模块、异常情况处理模块和操作平台组成；接收远程无线处理终端上报的数据，控制远程无线处理终端和异常情况处理。