導讀：物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，是互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)的拓展應用和網(wǎng)絡延伸。農(nóng)業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)應用的重要領域，本文筆者將與大家分享物聯(lián)網(wǎng)在沼氣工程中的研究與應用。

沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)是將物聯(lián)網(wǎng)技術應用在沼氣工程運行、管理的各環(huán)節(jié)，通過信息感知設備，按照約定協(xié)議，把沼氣工程運行過程中的關鍵參數(shù)、環(huán)境要素、智能管控和虛擬物件等與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息傳遞，將沼氣工程與業(yè)主、操作者、管理部門起來，以實現(xiàn)對沼氣及附屬產(chǎn)品生產(chǎn)銷售的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控、服務、管理和決策的一種網(wǎng)絡。

利用軟件開發(fā)技術，結合目前市場成熟的硬件產(chǎn)品，開發(fā)出了沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)遵循物聯(lián)網(wǎng)架構原則，結合沼氣工程特點，分為感知層、傳輸層、應用層和展現(xiàn)層。具體細化為信息采集及傳輸系統(tǒng)、智能化管控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能預警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及故障處理系統(tǒng)。

感知層由部署在沼氣工程各工藝單元的傳感器和采集節(jié)點組成，通過傳輸網(wǎng)絡將信息傳輸至云平臺統(tǒng)一存儲管理，系統(tǒng)再將數(shù)據(jù)加以分析整理來支撐對沼氣工程和設備的管理，同時結合海量大數(shù)據(jù)庫資源及專家意見，縮短運行故障處理周期，提高產(chǎn)氣率和附加值，獲得顯著的污水處理效果，提高沼氣工程智能化管控水平。

系統(tǒng)組成

信息采集及傳輸系統(tǒng)

系統(tǒng)在預處理單元采集水量、溫度和物料TS濃度等參數(shù)；在厭氧發(fā)酵單元采集溫度、壓力，PH值和物料TS濃度等參數(shù)并安裝過載報警裝置；在沼氣輸配氣單元采集沼氣成分、流量、貯氣容積和壓力等參數(shù)并安裝沼氣泄漏和過載報警裝置；在污水處理單元安裝COD，BOD，總P和總N等環(huán)保指標監(jiān)測裝置；在沼肥生產(chǎn)單元安裝N,P,K和微量元素檢測儀器；在沼氣站采集現(xiàn)場溫度、濕度和風速等環(huán)境條件。

系統(tǒng)將上述參數(shù)轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)信號，通過雙絞線或無線路由節(jié)點傳輸至DTU(數(shù)據(jù)傳輸單元)，DTU將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)，再通過GPRS網(wǎng)絡或者3G網(wǎng)絡將IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_服務器，管理人員通過手機APP，電腦或LED大屏在線監(jiān)控、調(diào)取數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析等。

智能化管控系統(tǒng)

設計1個或多個智能控制柜，控制柜內(nèi)使用PLC模板進行邏輯編程，與軟件平臺結合，使模板具有控制設備的功能。采用手動和自動兩種方式對設備進行控制，自動方式包含定時智能控制和智能自動控制兩種方式；智能自動控制是設置沼氣工程處理單元的參數(shù)閾值，當實時參數(shù)超過閾值時，軟件平臺將自動開啟或關閉相應的設備。通過對設備的控制從而實現(xiàn)沼氣工程智能化運行。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是對沼氣工程各運行單元和整個沼氣站進行視頻圖像監(jiān)測，一方面滿足日常監(jiān)控需要，管理人員可通過視頻圖像對沼氣站安防、處理單元狀態(tài)、作業(yè)規(guī)范等進行監(jiān)管;另一方面能夠?qū)舆h程指揮系統(tǒng)，管理人員和專家可實時在線查看沼氣工程的運行情況，為專家咨詢故障處理提供輔助支撐。

智能預警系統(tǒng)

沼氣工程智能預警系統(tǒng)可分為:運行參數(shù)預警、設備預警、操作違規(guī)預警和災害天氣預警。系統(tǒng)操作人員可根據(jù)專家指導在系統(tǒng)中設置處理單元的參數(shù)預警值，當沼氣工程運行過程中出現(xiàn)參數(shù)異常時，可提供多種方式(如短信、廣播等方式)對管理人員或生產(chǎn)人員進行告警，并提示生產(chǎn)人員進行下一步操作。

數(shù)據(jù)庫及故障處理系統(tǒng)

建立數(shù)據(jù)庫，將所收集到的沼氣工程運行數(shù)據(jù)匯集到系統(tǒng)大數(shù)據(jù)中心進行統(tǒng)一管理。管理人員可利用系統(tǒng)將沼氣工程按照發(fā)酵規(guī)模、工藝流程和工程類型等進行分類管理，以文字、統(tǒng)計圖和表格等形式，供第三方系統(tǒng)或人員調(diào)用、查閱，為生產(chǎn)人員、管理人員和專家提供強有力的數(shù)據(jù)支持，為沼氣工程故障處理提供可靠依據(jù)，為政府決策提供技術支撐。

沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)的作用

1.為創(chuàng)新沼氣項目補貼方式提供技術支撐

為保證沼氣工程長期有效運行、充分發(fā)揮建設效益，應對沼氣工程終端產(chǎn)品(沼氣、沼肥、發(fā)電)進行補貼，建立“先建后補”和“終端補貼”機制。沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)的建設能對沼氣、沼肥和發(fā)電進行實時監(jiān)控和計量統(tǒng)計，能有效防止業(yè)主弄虛作假，騙取項目資金，為“先建后補”和“終端補貼”提供技術支撐和補貼依據(jù)。

2.提高沼氣工程管控水平和生產(chǎn)效率

沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)對沼氣工程生產(chǎn)全程進行在線監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)庫和專家咨詢系統(tǒng)可及時發(fā)現(xiàn)并解決設備問題，排除運行故障，通過智能化管控系統(tǒng)，實現(xiàn)進出料、輸配氣、沼肥生產(chǎn)和污水處理等環(huán)節(jié)自動化控制，能提高產(chǎn)氣量、提升沼肥生產(chǎn)質(zhì)量和污水處理效果，實現(xiàn)沼氣工程管理科學化、控制自動化、運行智能化，節(jié)約勞動成本，降低能耗，提高沼氣工程生產(chǎn)效率。

3.保障沼氣工程運行安全

通過沼氣工程物聯(lián)網(wǎng)智能預警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控，能對運行參數(shù)異常、設備故障、操作違規(guī)和災害天氣發(fā)出警報，并以短信和廣播等方式通知操作人員和管理人員，如:沼氣站內(nèi)煙霧探測報警、水位超高報警、沼氣泄漏、物料過載報警，無關人員誤入、違規(guī)操作報警等，能排除人員傷亡、工程損壞、起火爆炸等安全隱患，有效保障沼氣工程運行安全。