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IoT产业发展趋势和展望:环保

简介: 有幸受到邀请来写这篇文章,虽然只是一个做技术的人,骨子里又想通过技术为公益、环保事业做多一点贡献。 以前对环保行业并不了解,也不知道我们能做什么,潜下心来认真的去学习和了解这个行业,才知道这个领域有太多问题需要我们的技术。 这篇文章主要聊一聊,环保行业问题出在哪里,那些是我们能够解决的,IOT在工业、环保领域应用所遇到的问题和期望。

做了技术又能做环保

毕业后一直做技术和管理等工作,到现在也有快十多年的时间,期间从事过教育、电信、军工、电子商务、金融类等行业软件开发,除了军工涉及CAD、CAE、CAPP等技术集成其余基本都属于业务类传统软件开发。我入环保这行纯粹是一个意外,现在的这家公司做了二十多年的环保,后来进入到这家公司之后才知道环保行业是做什么,以前对于环保都是一些很模糊的概念,大概只知道绿化、乱扔垃圾、大气污染,从来不晓得我们生活中所产生的污水也是需要复杂处理的。环保是一个很大的产业,我现在的公司只是做污水处理这块。水对于我们生活的重要性不言而喻,我们生活中处处也离不开水,那么生活中所产生的污水都去了哪里?我们的饮用水又是从哪里来的?
我们都知道要做好应用软件的有两个重要的因素,业务和技术。二者缺一不可;1、技术不到位,软件的可靠性、安全性、时效性都难以保证。2、业务不到位,软件的实用性、解决问题的目的可能就达不到要求。
在涉及环保领域之前我对于物联网的应用还是所知较少,进入到这个领域之后,才潜下心去学习和研究环保治理与物联网之间的关系。
从业务角度去理解需求,从需求角度去研究技术应用。每一次新技术爆发就好像一次“文艺复兴”,诸子百家也是杂乱丛生,从中学习的整个过程也是令人即兴奋又惆怅,兴奋的是终于有新技术能够解决很多问题了,可是惆怅的是不知道谁才是一个标准,谁才能比较长久。

环保行业现状

随着我国环保行业的市场化进程,区域性项目公司数量不断增长,在各地拥有多家污水厂、自来水厂,导致各厂之间信息传递脱节、管理模式不一、技术资源难以共享、集中管理难度大等问题。因此,迫切需要进一步提高整体管理水平,通过信息化的管理手段实现对基层生产单位的远程监控、技术指导、生产调度、数据挖掘、信息发布等,使企业管理由分散转向集中、由粗放转向精细化和智能化,从而提高管理水平、降低运营管理成本、提高核心竞争力。
以污水厂为例,我国污水处理厂自动化控制现状:
通常设置有中央控制站,现场控制子站,现场手操控制设备三个级别。各级之间采用局域网、工业现场总线(如MODBUS,PROFIBUS总线等)、硬接线连接,进行信息交换。
中央控制站,是指厂级的计算机系统,大多设于厂区办公区域的中控室,现场控制子站指的是现场级的计算机系统,中央控制站的计算机系统主要是对污水处理厂的运行管理情况进行集中监测,对全场所有工艺设备的控制和监测,主要通过对PLC的管理来实现。
现场控制子站则主要包括以下几个:鼓风机控制子站、污泥回流泵房控制子站、加药间控制子站、污泥脱泥间控制子站、配电控制子站、各构筑物控制子站等,从而控制现场操作设备(包括水泵、阀门、闸门,滗水器、格栅机、风机、刮泥机,脱水机、加药设备、配电设备等)的运行状态,必要时通过手动开关或远程切换开关实现控制各类设备。
自动化采集仪表数据,将动态的工艺流程图显示在中控室的计算机屏幕上,同时,现场的重要工艺参数变化情况及仪表监测数据等也可以很清楚的显示在总站和子站界面上,以此实现运行状态下,自动采集流量、液位、污泥量、各类水质指标等数据的功能,并对数据超标时自动报警,便于管理者分析控制。
建立完善的视频监控及自动报警,对污水处理厂各重要设备,建筑物进行视频监控,防止故障造成损失扩大,当设备出现故障时,首先预先设定的操作命令会对故障进行初次处理,并且系统会显示报警画面来提示操作人员对故障进行处理。
自动控制系统与传统的人工控制方式相比,大大提高了污水处理自动化水平和管理水平,同时也大大提高了污水处理的质量,减少了有害物质的排放,产生了很好的经济效益和社会效益。由于我国污水处理的自动化技术起步比较晚,相对西方发达国家应用于污水处理厂的自控系统,我国的自动化控制技术还有相当大的差距,目前对于我国污水处理行业的自控发展,还是尽可能的引进先进的自控硬件设备和自动化控制理念,同时,加大自动化系统的自主研发投入,将这些先进的硬件和软件进行完善、改进,应用到各不相同的污水处理行业及污水处理工艺中,从而避免或减少人为因素带来的隐患或事故,能够安全可靠的完成复杂的工艺流程,保证污水处理的效果,减轻工作者的劳动强度,从而提高劳动效益和效率,并有效的节约资源。

我国污水处理厂控制需求:

我国污水处理自动化控制起步比较晚,直到20世纪90年代,自动化、信息化在水行业受到了普遍重视,进入90年代中期以后,污水处理厂才开始广泛引用自动化控制系统,但多是直接引进国外成套自动设备,国产自控系统在污水处理厂应用很少,虽然近20年来我国水处理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,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,整体上还处在国外八九十年代的水平,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,自动化技术和信息化技术缺乏融合而没有发挥其应有的作用。
自动控制系统需要采用先进的通讯技术、网络技术、计算机技术、图形显示技术、数据库技术等综合技术构建成新型的自动化远程监控系统。
1、 需要采用先进的通讯技术、网络技术如(5G、NB-IOT、LORA等)取代工业现场总线(如MODBUS,PROFIBUS总线等)、硬接线连接,进行快速、可靠的信息交换,消除信息孤岛,实现信息的整合、共享及综合应用。
2、研发高效网关,解决工业现场设备数据接口与云平台的无缝连接。
3、研发嵌入式PCB板,改造通用仪器仪表,使其能通过数据接口与云平台的无缝连接。
4、使用高效、高速无线通信设备,取代现场局域网,实现高效数据传输,大幅减少施工工作量,节约时间和投资。
物联网在工业应用中的问题
其实我们国家很多企业和工厂都做了很多的尝试和试验,有些取得了跨越式的进步,也有些碰到了各种各样的问题。
1、通讯技术,现在比较流行的一些物联网通讯技术(NB-iot、WiFi、蓝牙、ZigBee、lora),大多以无线通讯技术为主,但是工业场合中很多机房、厂房因环境复杂电磁干扰巨大,造成很多无线信号传输不稳定,数据丢包严重、延迟较高、传输速率低等等结果,所以很多工厂在建设过程中更多的以有线的光纤电缆为主,但是光纤电缆造价和维护成本均比较高。以我个人对工业领域的认知,他们对于网络更多要求的是抗干扰、速率稳定。个人觉得目前缺少一种特别稳定的、强大的无线通讯技术可能5G的工业化是一个很好的契机吧。
2、通讯协议,我个人其实对于通讯协议倒不是很担心,目前市面上比较流行的、应用面积比较广泛的MQTT通讯协议,效果确实比较理想。虽然现在工业场合下更多的还是以MODBUS、西门子的Profibus 应用比较多,但是通过了解各种硬件厂商、集成商都在相继扩展MQTT的协议接口,对于我们将来对工业的物联网化起到了很好的作用。
3、硬件模块,这个版块怎么说呢,相互交替,又是鱼龙混杂。很多设备商自己也在自己的设备去扩展各种各样的外挂模块,以便他们的设备监控(有时做远程控制使用)、数据上报(消除BUG、升级产品),也有很多单独去做各种各样的成品模块。目前有一些大的厂家做的还不错,但是缺乏工业领域所认同的标杆性产品。
4、平台太多,目前市面上有很多大公司、国企都在做物联网的SaaS平台,真的是太多了太多,有时候同一个厂区的数据,接入到两家的平台,结果竟然不一样(我也搞不明白)。
前者有像西门子、施耐德、PTC等超级大公司所制定的各项自我标准、技术协议,并不像互联网公司可以统一遵循整个行业的所认同的一种准则;后者又有各项硬件模块通讯方式不一、通讯协议不一,集成过程复杂多变,甚至于同一种协议同一种数据下不同的设备竟能读出两种结果,风险不可控的因素众多。

时至今日我们依然感觉到今天的技术发展真的太快了,稍不留神可能就跟不上时代的步伐。我想如果让物联网等技术要在工业、环保等领域应用的更好一些,可能我们真的需要一些牵头的企业(包括传统工业信息化标杆性的企业)去制定一些标准,统一各种协议。带有工业性质的企业他们的建设成本、改造成本、运营成本都是非常高,我们的技术和服务一定是紧紧围绕着降低他们的各项成本、提升各项产值、产能、质量;若不然IOT技术发展再好,对于需要改变的企业来说来说又有什么意义呢?

小小案例
IoT平台在农村污水处理站平台中的应用
近年来,我国社会主义新农村建设脚步不断加快,生态文明理念在建设美丽乡村,实现农村经济与农村环境保护和谐发展中也越来越受重视。国家也不断出台新政策,加强推动对农村和小城镇的水环境治理,各地政府部门也纷纷响应国家号召,全面开展农村生活污水处理建设,解决农村生活污水问题,改善农村生活环境。
而在推进区域性农村污水处理建设和运行管理时,由于农村污水处理站具有规模小、站点多、分布散、工艺杂、智能化水平低、专业运维人员缺乏、设施运行状况难以实时掌握等特点,造成运行成本高、维护难度大、有效监管难等问题,致使已建成的污水处理设施的正常运行率很低。
随着全球云计算、物联网、移动互联网等新一轮信息技术迅速发展和深入应用,建立智慧化农村污水处理站运行维护在线监测系统,是解决乡村污水处理在建设、运营管理等方面的难题的有效手段。
智慧农村污水处理监控平台,是基于物联网技术建立的农村"智慧污水处理站管理系统",具备实时数据监测、远程控制、运营管理、科学巡检、数据可视化分析等功能,还可以对全市乡镇污水运营人员、物资进行统一调度,从而实现对上百个站点的远程统一集中管理。借助智慧农村污水处理监控平台,能够保证出水水质达到设计标准,同时通过实时收集的流量、流速、水质指标等,利用后台的大数据进行分析,优化曝气时间、曝气量、污泥回流等运行参数,可以达到减少管理人员90%,降低能耗30%,延长设备运行寿命,同时为农村生活污水治理提供大数据平台,产生巨大的环境、经济、社会效益,从而实现污水处理“建得起、用得好、管得顺、有效益”的综合目标。
阿里云物联网平台如何在智慧农村污水处理站建设中发挥作用
物联网平台是阿里云专门为物联网企业推出的设备管理平台。性能强大的IoT Hub方便设备和云端稳定的进行双向通信;全球多节点的部署让全球设备都可以低延时与云端通信;多重的防护能力保障设备云端安全;功能丰富的设备管理能力帮助用户方便进行远程维护设备;稳定可靠的数据存储能力方便海量设备数据存储和实时访问。
物联网平台还提供丰富的API以及与阿里云众多云产品打通的规则引擎,通过规则引擎,您只需在web上配置规则即可实现数据采集,数据计算,数据存储等全栈服务,灵活快速的构建物联网应用。
(1)硬件生态
依托阿里云强大的paas平台和多种开发调试工具,帮助生产制造企业和开发者快速实现设备联网和智能化。提供多种设备维度的数据定义,故障展示,远程控制能力。使的设备从出厂到最终下线的一切状态,尽在掌握。
(2)云端接入
具有亿级设备连接能力的阿里云IoT Hub能帮助消息进行路由转发,实现M2M、端到云、云到端等多样化消息互通场景;并且提供设备级的权限粒度,保证消息的安全性;提供规则引擎,与阿里云丰富的云产·品无缝衔接,帮助企业方便快捷的构建自己的IoT应用。
(3)设备接入
提供多环境设备端SDK,方便客户快速连接阿里云IoT Hub;提供设备端安全的认证方法,确保设备在云端的安全以及合法性;支撑亿级设备全球低延时接入,从而方便我们水站工业设备的接入。
由于智慧农村污水净化站分为新建和改造两种类型,因此需要两种实施方案
(1)已建成的污水处理站改造
已建成的污水处理站,在原有PLC控制系统的管理的模式下,通过在各个站点安装网关,将现场数据通过4G/5G网络上传至阿里云IoT云端平台,同时污水净化站管理平台接入阿里云IoT云端平台实现数据对接,从而实现对污水净化站数据的实时查看和设备的远程管控。同时管理人员可在站点局域网内,通过移动设备连接局域网,可查看站点的实时数据,并通过移动设备或现场控制柜,对现场的设备进行管控。
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(2)新建污水处理站
新建的污水净化站,将采用具有双向通信,有应答、安全、星形拓扑、低数据速率、低成本、长寿命、通信距离较远等优点的LoRaWAN技术替换原有的PLC模式,使用LoRaWAN作为连接的物联网垂直应用,通过给底层设备安装LoRaWAN通讯模块,使设备和LoRaWAN网关之间建立连接,使其能够与LoRaWAN网关之间进行交互,从而实现数据的采集和设备的控制。将现场数据通过4G/5G网络上传至阿里云IoT云端平台,同时污水净化站管理平台接入阿里云IoT云端平台实现数据对接,从而实现对污水净化站数据的实时查看和设备的远程管控。同时可以在站点局域网络覆盖下使用移动端APP对污水处理设备进行管控。
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物联网平台为农村污水处理站提供安全可靠的设备连接通信能力帮助用户将海量设备数据采集上云,提供功能丰富的设备管理和远程运维能力帮助用户更好地管理设备,提供丰富的开放API和与阿里云众多云产品打通的规则引擎,帮助用户快速完成应用开发。阿里云IoT平台将帮助农村污水治理工作实现从无到有、从人工化向自动化、从自动化向智慧化的转变。项目投入运行后,将有效改善农村人居环境,实现美丽乡村和智慧乡村建设。

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