水質在線自動監(jiān)測系統的設計與管理隨著工業(yè)生產的發(fā)展，我國已成為世界加工廠，各行業(yè)、不同水質特征的工業(yè)污水大規(guī)模排放，對水環(huán)境造成嚴重污染，水資源安全受到嚴重威脅、污染事故頻發(fā)，水環(huán)境污染并未得到根本遏制。為保護日益嚴峻的生存環(huán)境，我國不斷加大環(huán)境保護力度，將環(huán)境治理提升到生態(tài)文明建設和美麗中國建設的高度。其中一項重要措施是加強水環(huán)境水質監(jiān)測，嚴格控制污水、廢水排放標準。

我國傳統的環(huán)境監(jiān)測工作普遍采用人工采集、實驗室分析、人工數據處理和匯總制表等方式，由于采樣間隔長、數據分析慢、傳輸不及時，難以控制企業(yè)的排放、污水處理廠的運行控制和水環(huán)境質量進行實時監(jiān)測，無法及時掌握實際情況。

以在線自動分析儀器為核心，以移動互聯網和物聯網的協同交互，利用現代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、信息技術及相關監(jiān)測分析軟件和通信網絡所組成的一個綜合性的在線自動監(jiān)測系統是建立智慧水務和環(huán)境監(jiān)測系統的重要發(fā)展方向。污水處理水質在線監(jiān)測系統基于分布式GPRS/Internet監(jiān)控網絡，可同時對多個遠程現場進行運行監(jiān)測、自動預警和操作控制，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(jiān)測管理監(jiān)控系統是集監(jiān)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(huán)境，遵循“集中監(jiān)視，分散控制，隨地查詢”的設計思想，整個系統分上位機監(jiān)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(jiān)測站點陸續(xù)加入到監(jiān)控系統中。

系統在層次上主要包括監(jiān)測站點、通信網絡、監(jiān)測中心主站三部分。利用前端監(jiān)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(fā)送到監(jiān)控中心，實現地理分布式水質參數的實時監(jiān)測，并且以WEB方式發(fā)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(jiān)測是污水處理監(jiān)控與管理系統的核心功能，可以實現對排污企業(yè)實時、不間斷地連續(xù)監(jiān)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(yè)企業(yè)污水的排放流量、COD、氨氮、pH等參數，保證監(jiān)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(jiān)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。

運用組態(tài)軟件開發(fā)平臺可以方便地完成如下功能。

（1）實時監(jiān)控：將所有企業(yè)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(jiān)控界面，也可以設置控制參數，進行實時控制與調節(jié)。

（2）報警與預警：如果水質污染指標超過國家或地區(qū)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(jiān)理工作提供詳實可靠的依據。

（3）統計與查詢：將水質在線監(jiān)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(tài)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(jiān)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(qū)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(fā)布：系統具有WEB發(fā)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(yè)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(jiān)測與管理系統是一個綜合性的在線自動監(jiān)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(fā)成本。因此，在構建監(jiān)測管理系統時，需要特別重視軟件設計策略。

3.1基于組態(tài)軟件架構

采用先進成熟的組態(tài)軟件技術來架構系統，吸取傳統分布式實時SCADA系統的優(yōu)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(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)工作量并加強了行業(yè)定制能力。采用先進的組態(tài)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(tài)軟件使用并發(fā)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(jiān)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(jiān)測中心軟件平臺全部采用模塊化設計理念。

3.2融合C/S和B/S模式

在線監(jiān)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(jiān)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(yè)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(jiān)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(tài)開發(fā)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(jiān)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(jiān)測系統可以連續(xù)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(fā)布/訂閱數據服務，將這些數據直接分發(fā)到智慧水務平臺?；蛘?，監(jiān)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(yǎng)的最少時間。水質監(jiān)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(tài)軟件并融合C/S和B/S模式構建水質在線監(jiān)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(jiān)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(yōu)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(yè)特點進行個性化系統和裝備配置，在智慧水務建設和環(huán)境監(jiān)測工作中將發(fā)揮越來越重要的作用。