引言

現階段，遠程監控系統在生產生活中得到推廣應用，監控類產品數量不斷增加，逐漸滲透到銀行、交通、醫療與家具等領域。在物聯網不斷發展之下，遠程監控范圍變得更加廣闊。在本文研究中，主要是在NB-IOT通信基礎上，對壓濾機進行狀態監控并遠程傳輸，立足于壓濾機在污水處過程的狀態參數，構建物聯網遠程監控系統，使多種工作環境需求得到充分滿足，達到規范管理、節能降耗的目標。

污水處理現狀

從總體來看，我國當前污水處理現狀不容樂觀，主要體現在以下方面。一是處理廠運行效率較低，以粗放式管理為主，一些進口的老舊設備存在不同程度的損壞，污水處理效率較低。雖然當前已經建成許多污水廠，但因城市自身的處理率較低，政府相關部門對此不夠重視，污水處理方面的規劃與投資不足，導致水污染治理工程建設受到阻礙；二是部分地區盲目選擇處理工藝，未與當地實際情況相結合，過于注重熱門工藝的引入，沒有做到因地制宜，對水質、水量與用水等方面的考慮不周，導致部分污水處理設備閑置，難以正常投入使用，由此增加建設投資與運營成本；三是處理廠中進水池、沉淀池、格柵以及脫水機房中散發臭氣，影響周圍生態環境。部分污泥沒有及時處置，一些廢水使用后也未得到妥善處理，由此造成資源浪費與環境污染。

壓濾機物聯網監控系統設計

本系統主要包括三個層面，即感知層、網絡層與應用層。數據采集模塊的作用是對感知層物體編號、識別、采集與反饋等。通用消息中間件與數據管理平臺可從感知層中采集數據，對數據信息進行預處理和通信。企業生產調度中間件可在應用層中采集與反饋，使其更加符合污水處理行業需求，由此在物聯網的基礎上構建遠程監控系統。

設計需求

壓濾機屬于污水處理鏈條中的關鍵環節，始終受到社會廣泛關注。據調查，截至2019年，我國污水處理能力為575億噸，年污泥產量為4560萬噸。在壓濾機運行中，需要技術人員輪流值守，無法及時記錄其工作時間與狀態，難以實現有效的人機交互。在科技發展之下，用戶對該設備提出新的要求，即引入物聯網技術，提高該設備的自動化水平，實現遠程調試、數據自動采集、遠程故障診斷、無人值守與人機交互等功能。對此，在NB-IOT通信監控的壓濾機基礎上構建遠程監控系統，具有低功耗、高覆蓋率、低成本等特點，可在多種工作環境下應用。通過該系統的應用，用戶可利用電腦網頁、手機APP等對壓濾機的運行狀態與各項參數進行監視。通過物聯網技術應用，使設備的技術含量得以提升，更具競爭力。在大數據分析下，用戶可隨時了解該設備的開機率、工作時長等，從而更加靈活的應對市場需求，促進產品更新換代。

系統構成

該系統主要以在線分析與應用需求研究為目標，利用自動化控制、計算機技術與專業軟件構建而成，用于數據采集、分析、處理和存儲的獨立系統。在本文研究的監控系統中，包括采樣模塊、傳輸模塊、遠程管理模塊等，上述部分相互獨立又可協同運作，可確保整個系統安全可靠的運行。污水數據采集模塊。該模塊的作用在于檢驗污水處理情況，重點對處理流程中污水各物質含量變化進行分析。采集端設有準確可靠的取樣系統，采用隨機抽查的方式對各取樣點數據進行采集和傳輸，將其輸入到智能監控終端中，確保數據精準可靠；無線傳輸設備。該部件屬于監測系統中的重要內容，主要包括局域網、NB-IOT網絡等；數據管理中心。該系統主要包含數據接收、報警、數據分析與WEB發布四個子系統，每個子系統之間相互協同運作，共同完成數據接收、處理與發布等工作，屬于監控系統的核心所在。監控設備中的四個子系統主要負責對現場數據進行實時采集與接收。在報警子系統中，主要借助移動通訊技術運行，當系統發生異常或者處于危險狀態時，該系統便可立即向操作者發出警報；數據分析屬于監控系統的核心所在，主要由操作者直接掌控，屬于中樞分析單位；WEB發布系統屬于該系統與外界之間關聯的紐帶，同時也是人們獲取污水狀態相關數據的主渠道，可通過該系統的應用查詢污水處理相關信息，使污水處理監控人員及時了解污水處理質量，實時調整壓濾機參數以便提高污水處理效率。

硬件設計數據采集中間件

該部分作為部署在感知層中應用，可實現污水處理全面感知目標，對物體進行感知和識別，采集和捕獲一些信息。在該中間件中，利用各類總線網絡與網絡作支撐，將其分散到各地監控站中采集生產數據，并對其集中調度，采用一套公共數據采集平臺進行數據管理與存儲，為外部應用系統運行提供更多便利。通過該平臺的應用，可使以往自控設備分布廣、種類多無法統一管理的問題得到解決。在數據采集管理平臺中，主要包括應用層、管理層、中間層與底層。其中，應用層包括外部應用系統與統計報表分析，可幫助管理者隨時了解數據狀態，該平臺中還帶有許多接口，可為應用系統提供更多山東華宇工學院 ?周 ?旭基于NB-IOT壓濾機物聯網遠程監控系統設計數據支持；在管理層中，包括數據采集中介、遠程管理、標簽管理與數據存儲四項內容，以采集中介為核心，通過遠程管理與基礎采集提高效率，從而節約更多的人力與物力投入；在中間層中，包括GPRS、光纖接入以及ADSL寬帶等內容。硬件層中包含協議轉換器，可將總線協議轉變為TCP協議；網絡層中包括光纖接入與網絡接入等；底層屬于自控系統，采集平臺可直接從該系統中獲取數據，如若條件不允許，也可從與之相對的組態軟件中獲取信息。數據通信中介：該部分的作用在于將感知信息經過基礎承載網絡傳遞到應用層中。在污水處理企業中，一般采用不規則的星形網絡拓撲結構。例如，以廠為核心，將星形發散到下方的設備之中，也可以圍繞著區域服務器，將其發散到下方的眾多污水處理廠之中。生產調度與管控件：該部分主要是在系統應用層中實現。對廠站中的生產數據進行集中管理，將運行工藝充分體現出來，使設備運行狀態更加清楚直觀。對運行日報進行采集后自動生成綜合報表，針對設備養護、維修等進行自動化管理，使年度計劃與能耗分析均可觸手可得。該部件是計算機技術與專家推斷的綜合產物，可對曝氣池、水泵機組、壓濾機等進行優化調度。同時，還可在人工智能的輔助下，對污水廠進行精細管理與控制，為管理者科學決策提供更多數據參考，為規范化管理與節能降耗等提供強有力的技術支持。

軟件開發

該系統主要借助物聯網，對用戶服務系統軟件進行開發。IONIC作為代碼庫，主要用于混合手機應用開發，支持電腦與手機雙端運行。在該軟件中利用MQQT協議對服務器信息進行收發，主要流程為：首先，連接服務器，將用戶端與服務端連網后，用戶端將CONNECT報文傳送到服務端。在這一連接中，用戶端只可發送一次報文，服務端需要將用戶端發送第二個報文，將其作為協議違規處理，并將用戶端的連接斷開。在有效載荷中含有一個或者多個編碼字段，如用戶端唯一標識符，Will消息、Will主題、用戶名與密碼等等。除標識符意外，剩余字段均可自由選擇，標志位對報頭字段的可變性具有決定作用；然后，發布信息。PUBLISH控制報文在用戶端與服務端之間相互傳遞；最后，訂閱主題。用戶端可向服務端發送報文，以此構建一個或者多個訂閱，每位用戶注冊后可關注一個或者多個主題。為了將應用信息傳遞給相應的用戶，服務端可將報文傳遞到用戶端。該報文制定最大QOS等級，服務端可以此為依據將相應的信息傳遞給與之匹配的用戶端。通過上述軟硬件的開發與構建，可在NB-IOT通訊壓濾機基礎上利用物聯技術構建科學的監控與服務系統，使設備數據采集更加精準可靠，縮短故障設備維修時間，提高設備利用效率，為企業謀取更多利益。

壓濾機物聯網監控系統功能實現

數據接收功能實現該模塊作為監控系統中的重要內容，主要負責現場數據實時監測與接收。將收到的數據進行過濾和對比之后，剔除噪聲數據。現場反控是指通過調整采集方案的方式，啟動現場設施，利用參數對系統與設備進行反向控制。由于現場中的儀表類型不盡相同，所監測的數值與識別功能也有所區別，可對不同監測站的連接情況與運行情況綜合分析，并將收到的信息存儲到后臺，起到數據保護與備份的作用。

?數據分析功能實現

（1）將水體污染編號實時顯示出來、原始信息查詢、誤差調整、有效數據審核與預報數據錄入。

（2）對現場樣本數據進行采集和記錄，與自動監測數據對比后備份；針對異常數據進行分析，通過短信向指定對象實時分布報警信息。

（3）制作各類數據匯總報表、統計報表，并上傳到指定位置。

（4）自定義監測采集方案，對現場自動采集器進行科學操作與維護；將現場設施與維護記錄權限合理分配。（5）WEB用戶注冊認證、訪客信息統計與權限設置等等。

報警功能

實現該模塊在應用過程中，可借助通訊技術將警報信息傳送到操作者的監測通信設備中，確保整體系統順暢穩定，使操作者能夠實時掌握系統的運行情況，并在異常情況下及時采取解決措施。

?WEB發布功能

實現該模塊作為系統與外界銜接的橋梁與紐帶，可為廣大用戶監測污水狀態提供接口，使市民都可實時了解城市水體質量，真實體現企業污水排放程度，引起企業的重視，并加大監督指導力度。該模塊應用中發布的內容包括兩項，一是當前水體狀態與歷史記錄查詢，提供更多水體質量監測報告，用戶可借助該系統查詢備份與修改；二是對系統中各項數據情況進行監測，并對監測結果與報告進行綜合分析。

結語

綜上所述，本文立足于當前污水處理現狀，以NB-IOT通訊的壓濾機為例，利用物聯技術構建科學的監控與服務系統，對該系統的設計需求、系統構成、軟硬件的開發與構建等進行分析，可在NB-IOT通訊的壓濾機遠程監控基礎上，使設備數據采集更加精準可靠，充分實現數據接收功能、數據分析功能、報警功能以及WEB發布功能，由此縮短故障設備維修時間，提高設備利用效率。同時，在物聯網技術應用下，借助污水自控系統對處理環節中的進、產、排三項工序進行遠程監控，對下屬泵站的壓濾機與污水廠的水量、水質與設備狀態等信息進行整合，使污水生產和處理均得到實時控制與精細管理。