智慧水厂：高锰酸盐投加设备物联网系统

一、项目背景

某水务一体化运营企业致力于“供排水一体化、城乡水务一体化、投资建设运营一体化”等综合目标，下辖多座自来水厂，承担城乡供水安全保障任务。高锰酸盐作为自来水厂预处理与深度处理环节的关键药剂，能够强化混凝除浊、控制消毒副产物，并可去除色度异味、微量有毒重金属、有机物、无机物及藻类，对保障饮用水安全具有重要作用。

目前，企业各水厂的高锰酸盐投加环节虽已逐步引入自动化投加设备，但监控管理手段仍以人工巡检、现场操作为主，药剂投加量依赖运行人员经验判断，投加设备运行状态与水质数据之间缺乏有效关联。企业卖出的是“供水服务”，丢掉的却是加药工艺运行的全部数据知识；一旦投加异常或设备故障，往往只能在水质波动或停水后才被发现，既影响供水安全，也推高了运维成本。这种“建设强、运营弱”的结构性失衡，成为企业从传统水务运营向智慧水务服务转型的核心障碍。

二、痛点解析

其一，人工操作效率低。现场各加药室分布较散，依赖人工操作不仅劳动强度大，而且容易出现人为错误，如药剂投加过量或不足，直接影响混凝效果与出水水质。

其二，故障响应能力差。由于缺乏有效的故障预警机制，计量泵故障、储液罐液位异常等问题发现滞后，面对突发故障的响应能力较差，难以形成高效可靠的运维机制。

其三，数据分析应用少。药剂投加量需根据水质实时监测数据进行精确调整，但由于缺乏实时、可靠的数据支撑，设备运行策略与处理效率迟迟得不到优化，能耗与药耗成本居高不下。

三、项目调研

现场调研确认以下关键条件：

设备方面，高锰酸盐投加系统以PLC控制器（AB PLC）为核心，控制柜可输出计量泵运行状态与运行参数、储液罐液位、各水池流量、投加浓度与投加值设定、设备启停状态、故障报警代码等参数。

需采集的核心点位包括：计量泵运行/停止状态与频率、储液罐液位瞬时值、各配水池进水流量、投加浓度设定值与实际投加值、加药工艺各阶段状态、故障报警字、设备运行/停机状态。

网络环境方面，各加药室分散于厂区不同位置，部分点位有线接入不便，要求网关支持4G无线联网能力，并具备断网本地缓存、恢复后补传能力，避免网络波动造成数据断档。

平台接入方面，数据经网关解析后上报至IOT云平台，实现组态监控、自动告警、远程控制、能耗管理与数据分析等功能，并支持手机端、电脑端远程访问。

四、解决方案

针对高锰酸盐投加“加药室分散、工艺与水质数据需关联、远程调控要求高”的特点，方案采用工业智能网关作为边缘采集节点，搭配IOT云平台构建物联网系统。

南向采集层：现场使用工业智能网关WG583与水泵控制柜内AB PLC通过网线连接，网关内置主流PLC协议驱动，按项目配置点位模板，采集计量泵状态与参数、储液罐液位、水池流量、投加浓度与投加值、故障报警等字段，并在边缘侧完成数据清洗与单位换算，减少无效流量。

北向汇聚层：网关采用4G物联网卡上网方式，将数据以MQTT方式上报至IOT云平台，平台按水厂—加药室—设备层级组织资产，支撑组态大屏、报警管理与数据分析。网关本地具备断点续传能力，网络恢复后自动补传缓存数据。

双向应用层：一条链路用于上传数据——实现24小时不间断检测泵站运行实时数据，动态显示储液罐液位与各水池流量，绘制组态界面还原加药工艺流程；另一条链路用于下发控制指令——在权限管控前提下支持对PLC进行远程读写，实现投加浓度与投加值的灵活设定。两条通道共用同一套网关与网络，不增加现场改造。

五、参数特点

硬件形态：工业智能网关WG583，安装于加药控制柜内，适应水厂潮湿环境，支持采集PLC、流量计、液位计等设备数据。

联网功能：支持4G/以太网等联网方式，适应厂区有线接入与分散加药室无线接入两类场景。

采集能力：内置AB等主流PLC协议驱动，支持点位模板化配置，具备边缘计算能力，可在网关侧完成流量累积、液位变化趋势等预处理。

平台适配：支持接入IOT云平台，按水厂—加药室—设备层级组织设备资产，实现实时数据、历史数据、报警数据监控，通过云组态、报表与大屏实现可视化应用。

远程维护：配套远程维护通道，为工程师建立通往远端PLC的安全数据通道，支持远程配置、远程诊断与程序升级，操作留痕可审计。

六、实现功能

远程监控：通过采集AB PLC并将数据发送至云平台，实现对高锰酸盐投加系统的远程监控，管理人员可通过手机或电脑远程访问整个系统，24小时掌握泵站运行实时数据。

组态展示：基于云组态功能还原加药工艺流程，快速查询高锰酸钾储液罐、计量泵、配水池等设备状态与工艺参数，动态显示储液罐液位与各水池流量，一目了然。

自动告警：在发生异常或故障时及时向操作人员发送报警信号，支持微信、短信、邮件等通知方式，并记录报警—响应—闭环全过程，以便快速采取适当措施处理问题。

远程控制：可根据实时流量需求与运行状态，智能调整泵的运行参数，灵活设置投加浓度与投加值，实现料水智能自动配比、流体自动投加、流量精准调控，确保加药工作安全有序进行，控制操作全程留痕。

能耗管理：通过合理调整泵的开关、配水池流量、储罐液位等状态，确保水的稳定供给，实现生产范围内的能耗成本控制与节能管理，并支持故障自动停机切换。

数据分析：基于多维度数据信息，将设备数据与工艺数据关联分析，输出投加合规性分析（投加浓度达标率、药耗偏差）与维保建议，为优化加药装置运行性能、减少能耗成本提供可靠数据支持，支撑预测性维护与科学决策。

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