摘要

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴重，人類(lèi)越來(lái)越關(guān)注自身及后代的生存環(huán)境。造紙工業(yè)污染物排放威脅著(zhù)我國脆弱的水環(huán)境，造紙企業(yè)的可持續發(fā)展必須嚴格遵守環(huán)保法律法規，實(shí)時(shí)管控排水水質(zhì)，采取必要措施防止水環(huán)境污染，因此，開(kāi)發(fā)與設計針對造紙企業(yè)的水質(zhì)檢測及預警管理系統顯得尤為重要。

　　根據造紙行業(yè)污水處理工藝的特點(diǎn)及污水檢測的參數需要，設計了"水質(zhì)檢測傳感器+單片機+管理軟件"的監控管理系統，建立了智能化的管理平臺，實(shí)施對造紙企業(yè)污水的有效監控和管理。該系統能夠實(shí)現對造紙污水數據檢測，排污監控，排污預警的一系列操作控制。根據生產(chǎn)需求，設計開(kāi)發(fā)了企業(yè)信息管理模塊，水質(zhì)數據采集功能模塊，水質(zhì)數據查詢(xún)模塊，水質(zhì)數據分析模塊，數據庫備份模塊，預警管理決策模塊等功能模塊，并在功能模塊實(shí)現的基礎上利用 B/S、SQL 數據庫等技術(shù)對功能模塊完成了實(shí)現。

　　應用造紙污水檢測及預警管理系統實(shí)現了造紙企業(yè)污水水質(zhì)實(shí)時(shí)檢測，監控，預警功能。避免了造紙企業(yè)在污水外排監控預警方面的缺陷，該系統具有操作管理簡(jiǎn)單方便和信息傳遞快捷準確的優(yōu)點(diǎn)，減少了用工數量，很大程度上杜絕了污水外排，有益于企業(yè)的長(cháng)期、穩定和綠色發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：管理系統；造紙企業(yè)；污水檢測；傳感器

ABSTRACT

　　With the rapid development of national economy, the problem of environmental pollution is becoming more and more serious, and the discharge of pollutants from papermaking industry threatens the fragile water environment of our country. The sustainable development of papermaking enterprises must strictly abide by the laws and regulations of environmental protection, control the water quality of drainage in real time, and take necessary measures to prevent water environment pollution. Therefore, it is very important to develop and design the water quality monitoring and precaution management system for papermaking enterprises.

　　According to the characteristics of wastewater treatment process and the requirements of wastewater monitoring parameters in papermakingindustry, a monitoring and management system of water quality detection sensor + single chip microcomputer + management software is designed, and an intelligent management platform is established to effectively monitor and manage the wastewater in papermaking industry. The system can realize a series of operation and control of papermaking wastewater data detection, pollution monitoring and pollution precuation. According to the production demands, several modules are established, including the design and development of enterprise information management module, water quality data collection function module, water quality data query module, water quality data analysis module, database backup module, precuation management decision-making module and other functional modules. The above functions are realized by using B/S, SQL database and other technologies.

　　The wastewater monitoring and precaution management system is applied to realize the functions of real-time detection, monitoring and precaution of wastewater quality in papermaking enterprises. The system has the advantages of simple operation and management, fast and accurate information transmission, is able to reduce the number of workers and largely eliminate the sewage discharge, which is beneficial to the long-term, stable and green development of the papermaking enterprises.

　　Key words: Management system; The papermaking enterprises; Environmentmonitoring; The sensor

目錄

　　第一章 緒論

　　隨著(zhù)中國成為世界上第二大經(jīng)濟體，社會(huì )各個(gè)行業(yè)都在快速地發(fā)展著(zhù)，但是某些行業(yè)的發(fā)展也給環(huán)境帶來(lái)了巨大的影響。例如造紙行業(yè)，工廠(chǎng)的廢水排放量較大，產(chǎn)生環(huán)境污染的情況在加劇，污水不容易處理，使環(huán)境破壞嚴重。

　　這也給環(huán)境保護工作帶來(lái)了巨大的壓力，如果相關(guān)部門(mén)不加大管理力度，對于環(huán)境而言會(huì )造成不可挽回的損失，這就需要設計一個(gè)企業(yè)污水監控管理系統，用來(lái)監督工廠(chǎng)的相關(guān)行為，更重要的是監控污水的排放情況，對所有可能出現的污染源頭進(jìn)行一系列的監控。

　　1.1 選題的依據和意義

　　水污染治理涉及到很多方面，致使污染監控的工作量比較大，關(guān)注的范圍比較多，大多數的工作都需要人工 24 小時(shí)全天進(jìn)行，這樣用人力的方式進(jìn)行監控耗時(shí)耗力而且檢測數據不完整，不能更好的完成監控工作。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展成熟，水環(huán)境參數的實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測已經(jīng)成為可行，污水檢測處理及預警管理變得至關(guān)重要。

　　我國的污水處置當前還居于成長(cháng)過(guò)程，對污水處理的探索，尤其是自動(dòng)化處理的研究比不上歐美大國。水污染會(huì )對環(huán)境保護和人類(lèi)健康生活產(chǎn)生巨大的影響，針對這樣的情況，就有必要采用自動(dòng)化的管理系統進(jìn)行具體的監控工作，系統的主要任務(wù)就是檢測污水源，從而精確的體現污水的相關(guān)內容，展示整個(gè)水污染監察的狀態(tài)，具體為相關(guān)部門(mén)后續的監管提供及時(shí)、有力、并有效的幫助，使得排放企業(yè)能夠遵守相關(guān)法律法規，提高整體環(huán)境監控的質(zhì)量。

　　另外，經(jīng)過(guò)水污染監管系統的完善，增強對管理層的約束性，增大其犯法的本錢(qián)，從而提升環(huán)境保障的水準。水污染監管系統的發(fā)展，可以將普通的監管和人員的勘測進(jìn)行改變，并令其轉換為高度計算機化的監管方法。

　　管理系統可以完成大量業(yè)務(wù)，有效監控和管理大量的污染源，建立計算機化管理平臺，提高相關(guān)服務(wù)的管理效率，更好的達到保護的目的，實(shí)現環(huán)境保護的最大化。

　　1.2 國內外研究現狀

　　西方歐美較發(fā)達的國家優(yōu)先落實(shí)了產(chǎn)業(yè)化，對于環(huán)境保護的認識也早于我國，尤其是將水污染的嚴重問(wèn)題揭示給后人。多年以來(lái)，發(fā)達國家的很多的科研人員探尋解決的方案，興建廠(chǎng)房并發(fā)明了很多對污水進(jìn)行分解的設備。這些歷史經(jīng)驗表現出改造污水處理廠(chǎng)對改便污水的狀況很重要，同時(shí)也重視污水環(huán)境檢測及預警管理系統的研究。大多數的國家通過(guò)自身的不斷努力，處置水污染成功的比例在逐年增高。造紙產(chǎn)業(yè)是國家重要的經(jīng)濟財富，造紙污水處理已經(jīng)變成權衡國家知識水平和文化水平的標示[1].

　　為保障歐洲大陸范圍內水量的可持續發(fā)展和水質(zhì)的安全，歐盟陸續協(xié)商制定了多部保護自然資源的基礎法規，尤其加大了對水體的保護。2015 年頒布的歐盟水框架指令更為嚴苛，規定了廢水處理的后的達標指數，歐盟各國為達成排放指標做出了細致的研究。其中德國在污水處理方面領(lǐng)先于歐洲各國，在一百多年前德國就開(kāi)始進(jìn)行污水治理，在六十年代末就已經(jīng)開(kāi)始研究污水處理的自動(dòng)化建設，在七十年代已經(jīng)投入試運營(yíng)，八十年代開(kāi)始推廣。目前在歐洲德國的污水自動(dòng)化處理技術(shù)處于世界先進(jìn)水平。德國的污水處理廠(chǎng)大量使用自動(dòng)化檢測設備，大大提高了檢測效率，節省了大量人力物力。

　　美國是世界上第一經(jīng)濟強國，科技發(fā)達，工業(yè)體系完備，在制造了豐富商品的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的工業(yè)廢水。同時(shí)美國也是世界第一大紙漿生產(chǎn)國，產(chǎn)生了大量的造紙廢水。美國為了解決污水問(wèn)題很早以前就興建了多座污水處理廠(chǎng)，并且在六十年代創(chuàng )造性的提出了"二十一世紀水廠(chǎng)"理念，將污水處理標準提升到可供人類(lèi)飲用的標準。在提高處理率的同時(shí)，美國也在研究污水處理自動(dòng)化技術(shù)，在經(jīng)過(guò)幾十年的研究、運行，其自動(dòng)化技術(shù)十分成熟，不僅新投產(chǎn)的污水處理廠(chǎng)大量使用自動(dòng)化技術(shù)，還對投產(chǎn)多年的老污水處理廠(chǎng)進(jìn)行改造升級，解決了老舊污水處理廠(chǎng)操作費時(shí)費力誤差大的問(wèn)題，實(shí)現了污水處理自動(dòng)化，同時(shí)運用智能報警設備，防止潛在故障。

　　日本作為亞洲發(fā)達國家，人口數量大，土地面積小，人均紙消費量遠遠高于我國。雖然日本大部分用紙采用進(jìn)口方式，將污染源頭轉嫁紙制造國。但日本國內也有大量造紙企業(yè)存在，也面臨著(zhù)造紙廢水的處理問(wèn)題。日本憑借國內電子產(chǎn)品先進(jìn)的優(yōu)勢，在污水處理廠(chǎng)中大量使用自動(dòng)化設備，提高了生產(chǎn)效率，節約了運營(yíng)成本。

　　中國人口眾多，但是每個(gè)人擁有的水比整個(gè)地球人平均擁有水的一半還少，如果要處置污水源，需要對污水實(shí)行處置和回收使用。相關(guān)數據結果顯示，目前中國水污染程度很高，總體趨勢日趨嚴重。80%的城市排放的廢水沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何的處理直接排放到鄰近的河流流域，嚴重的水質(zhì)污染狀況使水資源呈現出匱乏的形式，嚴重危害身體。農村污水垃圾處理量大面廣，由于農村分布較為分散，因而投資成本和運營(yíng)成本普遍較高[2].

　　另外，中國大部分工業(yè)部門(mén)仍處于擴大生產(chǎn)的模式。廢水處理的程度和效率非常低，相當數量的污染物被排放進(jìn)入江河，這意味著(zhù)釋放的污染物總量將進(jìn)一步增加，水資源的污染狀況將越來(lái)越嚴重。

　　我國污水處理起步較早，上個(gè)世紀二十年代在上海市興建了我國第一座污水處理廠(chǎng)，但由于我國經(jīng)歷了抗日戰爭、解放戰爭、十年浩劫等，嚴重制約了工業(yè)發(fā)展，致使污水處理工作陷入停頓。我國 1982 年組建了城鄉建設環(huán)境保護部，部?jì)仍O環(huán)境保護局，環(huán)境保護工作才出現專(zhuān)業(yè)管理部門(mén)。隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展八十年代環(huán)境保護局改為國家環(huán)境保護局（副部級），九十年代國家環(huán)境保護局升格為國家環(huán)境保護總局（正部級），是國務(wù)院主管環(huán)境保護工作的直屬機構。

　　去年十三屆全國人大一次會(huì )議決定組建生態(tài)環(huán)境部，不再保留環(huán)境保護部。我國環(huán)境管理部門(mén)的發(fā)展見(jiàn)證我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，也促進(jìn)了我國污水處理事業(yè)的騰飛。

　　隨著(zhù)國家相關(guān)法規的完善，人民環(huán)保意識的提高，造紙企業(yè)作為污染大戶(hù)，承擔越來(lái)越大的社會(huì )責任。而采用一套污水檢測與預警管理系統很大程度上提高了污水處理效率，降低了污水外排風(fēng)險。在我國一些大型污水處理工廠(chǎng)污水檢測管理設備已經(jīng)開(kāi)始投入運行，并取得很好的效果[3].我國污水處理自動(dòng)化建設目前還處于落后水平，大量污水廠(chǎng)仍然采用人工采樣--實(shí)驗室化驗的方法來(lái)測定污水水質(zhì)。但這樣的檢測方法費時(shí)費力，存在人為干擾的可能性，并且采集的污水數據不連續，存在空窗期，存在安全隱患，不能確保污水數據的即時(shí)性、準確性，不方便污水處理部門(mén)對生產(chǎn)過(guò)程的監督與檢查。

　　1.3 研究?jì)热菖c方法

　　目前，我國對污水的處置得到巨大的發(fā)展，各個(gè)市區都認識到了水資源的重要性，于是興建了大量的處置工廠(chǎng)，期望用自己的行動(dòng)去減少環(huán)境污染的情況，效果較明顯。

　　自從 1980 年我國開(kāi)始執行環(huán)境資源主動(dòng)檢測方式后，其它種類(lèi)的環(huán)境主動(dòng)檢測方式也在各個(gè)市區內逐漸推行使用。此技術(shù)既提高了市區天氣質(zhì)量，又督促了其他環(huán)保自主檢測技術(shù)的進(jìn)步。日前，污水自主檢測手段、噪音掌控自主檢測手段、水污染自主檢測手段等各類(lèi)環(huán)保檢測技術(shù)，已經(jīng)在中國各個(gè)市區發(fā) 展壯大，進(jìn)步的形勢很猛烈，對于保護環(huán)境而言很重要[4].隨著(zhù)環(huán)境自主檢測手段的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò )的智能化和計算機技術(shù)的發(fā)達，環(huán)境檢測系統現處于日漸改善的情況。相關(guān)的環(huán)境部門(mén)已經(jīng)開(kāi)始著(zhù)手制定對環(huán)境保護的政策，可以通過(guò)法律的約束，提高人們保護自然的法律意識，讓國人的法律意識不再淡薄。由于儀器種類(lèi)多，各個(gè)市區之間存在著(zhù)明顯的差別，數據之間的差異性也導致問(wèn)題的不同。大多數的人對產(chǎn)生的數據都會(huì )產(chǎn)生懷疑，一些人覺(jué)得數據存在著(zhù)造假的行為，另一部分的人認為，如果在繼續這樣下去，可能會(huì )造成更大的環(huán)境污染。

　　若想要保護環(huán)境，只需每人付諸行動(dòng)就可為保護環(huán)境做出貢獻，奉獻出自己的一份力量。需從周?chē)�的各種的小事做起，及時(shí)關(guān)閉水龍頭，珍惜稀少資源，動(dòng)員身邊的人去做環(huán)保的事情，個(gè)人的發(fā)展和環(huán)境息息相關(guān)，保護環(huán)境迫在眉睫，要用動(dòng)身行動(dòng)去保護和珍惜它，不做不利環(huán)境的事情[5].由此看來(lái)，研發(fā)污水檢測系統至關(guān)重要，完善系統的相關(guān)功能，讓用戶(hù)有良好的體驗。

　　論文就造紙企業(yè)污水檢測及預警管理系統給出了設計方案，該系統主要分兩大子系統，環(huán)境檢測子系統和環(huán)境管理及預警子系統，全文總計有五章的內容：

　　第一章緒論，主要體現國內外目前對水資源污染治理的現狀及解決方案，給出了論文研究的主要內容；第二章系統需求分析，在對秦皇島市撫寧區相關(guān)造紙企業(yè)詳細調研的基礎上，給出了造紙企業(yè)污水檢測及預警管理系統的功能及性能需求；第三章環(huán)境檢測系統的硬件設計，給出了檢測系統的框架結構，檢測模塊中的處理器、傳感器及其他硬件設備的選型及參數配置；第四章環(huán)境管理及預警系統的設計，給出了系統的運行環(huán)境，設計了數據庫及詳細說(shuō)明預警管理系統中的參數管理、閾值及決策支持；第五章系統實(shí)現與應用，給出了系統軟件實(shí)現的用戶(hù)登錄界面、水質(zhì)數據查詢(xún)界面、水質(zhì)數據分析界面、水質(zhì)數據采集功能界面等主要的系統界面及設計實(shí)現方法。

　　第二章 系統需求分析
　　2.1 業(yè)務(wù)流程
　　2.2 目標及功能分析
　　2.3 系統性能分析

　　第三章 環(huán)境檢測系統的硬件設計
　　3.1 檢測系統框架結構
　　3.2 檢測平臺硬件結構設計
　　3.3 數據采集傳感器

　　3.4 單片機系統設計
　　3.4.1 單片機及接口設計
　　3.4.2 控制電路設計
　　3.5 其他資源配置
　　3.5.1 接觸器選型
　　3.5.2 變頻器的選擇及配置

　　第四章 環(huán)境管理及預警系統的設計
　　4.1 造紙企業(yè)污水檢測主要參數分析
　　4.2 系統的功能結構
　　4.3 數據庫概念設計
　　4.4 數據庫物理設計
　　4.5 功能模塊的詳細設計
　　4.5.1 檢測數據采集模塊
　　4.5.2 污水預警決策管理模塊設計

　　第五章 系統實(shí)現及應用
　　5.1 系統登錄用戶(hù)界面
　　5.2 水質(zhì)數據采集功能
　　5.3 水質(zhì)數據查詢(xún)界面
　　5.4 水質(zhì)數據分析界面

結論與展望

　　造紙企業(yè)污水檢測及預警管理系統的設計方便了企業(yè)相關(guān)員工的操作工作，提高管理人員工作效率，將水體的污染整治經(jīng)過(guò)管理系統的檢測以及人工輔助的預警管理得到更大的改善。

　　論文完成的主要工作有：

　　（1）對造紙企業(yè)污水檢測及預警管理系統設計相關(guān)的內容做了詳細調研，給出了相應的需求分析（功能、性能、環(huán)境等）；

　　（2）設計了系統的硬件結構并對軟件體系做了構建，該系統包括兩大子系統，環(huán)境檢測子系統和環(huán)境管理及預警子系統。整個(gè)系統按功能結構分為六個(gè)子模塊：企業(yè)信息管理模塊、水質(zhì)數據采集功能模塊、水質(zhì)數據查詢(xún)模塊、數據分析功能模塊、數據庫備份功能模塊、預警決策功能模塊；

　　（3）完成了用戶(hù)系統的實(shí)現，重點(diǎn)完成了系統中的環(huán)境檢測及預警管理決策，包括企業(yè)在預警管理中的閾值確定和系統管理中的決策建議。

　　論文完成了系統的基本功能，能夠對企業(yè)污水的排放和污染情況進(jìn)行監控和查詢(xún)。但是該系統也存在著(zhù)一些不足，主要體現在以下兩方面：一是系統開(kāi)發(fā)是按照調查資料做出的需求分析并進(jìn)行程序設計，但是開(kāi)發(fā)管理的過(guò)程中要求的內容還不夠嚴謹，一些問(wèn)題的考慮不夠全面，系統的一些功能還不夠完善；二是在系統的管理方面還有點(diǎn)繁瑣，需要進(jìn)一步的改進(jìn)相關(guān)的管理措施，有些程序設計方面和管理也沒(méi)有形成很好的配合。

　　手機移動(dòng)端開(kāi)發(fā)是目前系統開(kāi)發(fā)潮流的趨勢，后期的企業(yè)管理及應用中可以將造紙企業(yè)污水檢測及預警管理系統開(kāi)發(fā)成相應的手機 APP,使得數據查詢(xún)更加的方便快捷，不僅成本較低，它還可以打造完美的用戶(hù)體驗，還可以設計出重要事情的提醒，管理人員可以方便的使用手機隨時(shí)隨地的查看相關(guān)的數據，對污水進(jìn)行監控，這樣管理人員可以方便進(jìn)行實(shí)時(shí)監控數據，降低水源污染事件的發(fā)生率，提升信息安全保障能力。

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　　[30]黃書(shū)恒。自動(dòng)控制系統在污水處理中的應用探討[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2019（04）：135-136

致謝

　　光陰荏苒，日月如梭，轉眼間三年的研究生學(xué)習生涯即將進(jìn)入尾聲，回頭看這三年的研究生學(xué)習生活，有困難、也有喜悅；有坎坷、也有收獲，這些都是我人生寶貴的經(jīng)驗收獲。在論文寫(xiě)作過(guò)程中，全部都是瑣細而耐心的工作，體現在每一處細節，每一處尋行數墨，原本以為寫(xiě)作過(guò)程會(huì )順利簡(jiǎn)單的我，卻沒(méi)想到在完成論文的過(guò)程中如此的艱苦。在此，我對三年以來(lái)給我幫助的老師同學(xué)表示深深的感謝。

　　首先，要特別感謝我的導師李密生教授，從我碩士論文的開(kāi)題到定稿都伴隨著(zhù)李教授的悉心指導。每一次按照李老師提出的修改建議進(jìn)行的修改都能使我的論文更加完善，導師的多次指導修改使我的論文通過(guò)了畢業(yè)答辯。李密生教授有非常淵博的專(zhuān)業(yè)知識，這使我在向其請教問(wèn)題時(shí)獲益匪淺，他的嚴謹的治學(xué)態(tài)度與精益求精的工作作風(fēng)都是我所需要學(xué)習的，在此向我的導師李密生教授表示誠摯的感謝。

　　我還要感謝河北科技師范學(xué)院數學(xué)與信息科技學(xué)院對我的培養，數學(xué)與信息科技學(xué)院嚴謹的治學(xué)態(tài)度，優(yōu)良的學(xué)習風(fēng)氣深深的感染了我，在此即將畢業(yè)之際感謝學(xué)院各位老師對我的教育和培養。

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