水厂生产监控 IoT 系统

一、水生产企业的三个现实问题

城市自来水厂、供排水企业、桶装和饮用水生产企业，规模差很远，但烦恼其实差不多：

• 水质是红线。 浊度、余氯或臭氧残留、电导率，这些指标决定产品合不合格。靠人工巡检和化验室抽检，发现总是滞后的，留痕也难。
• 能耗算不清。 取水泵、RO 高压泵、空压机的电耗往往只有一个总表数，单耗口径缺失，节能改造和班组考核都拿不出依据。
• 人越来越难留，数据要求越来越高。 值班巡屏、人工抄表、纸质工单这套打法难以为继，监管和审核要的数据留痕却只增不减。

方案要做的事情说起来很简单：全流程采集、告警闭环、单耗核算，把「靠人盯」换成「靠数据管」。

二、总体架构：四层设计

层级	组成	职责
采集层	PLC、水质仪、流量计、称重 / 计量模块、温湿度与压力传感器、边缘网关	现场信号接入，断点续传，弱网不丢数
接入与协议	Modbus / OPC UA / MQTT / 4–20mA，时序数据库	多协议归一，采样频率按点位分级
平台层	实时监控、告警工单、能耗分析、历史数据	集中监视、闭环处理、指标核算
集成层	SCADA 叠加、监管平台上报、视频联动、MES / ERP	不替代现有系统，做数据汇聚与智能分析层

方案不打算替代谁的系统。SCADA、PLC 能直读的直读，缺失的点位用加装传感器加边缘网关补齐，在役生产控制系统一行不动，实施风险压到最低。

三、采集点位：从水源到成品库

自来水 / 供排水工艺段：取水泵站（液位、压力、电耗）→ 加药加氯（投加量、药耗计量）→ 沉淀过滤（浊度、滤池压差、反冲洗状态）→ 消毒（余氯、接触时间）→ 送水泵房（出厂压力、流量、电耗），清水池液位与出厂水质在线仪表一并接入。

桶装 / 饮用水产线，典型的 14 类采集场景：

1. 原水罐 / 蓄水池：液位、pH、浊度、电导率、温度——水源够不够、进的水合不合格；
2. 砂滤 / 活性炭滤进出水压差——压差变大，就该反冲洗或换滤料了；
3. 软化系统：出水硬度、盐箱液位——防软化失效把水垢带进后段；
4. RO 反渗透机组：进 / 浓 / 产水侧电导率、流量、回收率、膜前后压力——核心指标，判断膜要不要清洗更换；
5. 杀菌环节：臭氧浓度 / UV 灯管强度、接触时间——食品安全红线；
6. 灌装工位：洗桶水压 / 水温、灌装量、节拍、剔除信号；
7. 空压系统与气源：压力、露点、油水含量；
8. 桶盖与封口检测：视觉 / 传感器识别歪盖、漏封；
9. 成品水理化指标：电导率、TDS、温度，可按桶反查；
10. CIP 清洗与灌装间环境：碱 / 酸浓度、水温、温湿度、压差——审核留痕用得上；
11. 后段包装线：计数、封膜温度、包材余量；
12. 空桶回流与追溯：RFID / 二维码读桶、循环次数、桶龄——防丢桶，也防超期桶反复用；
13. 能耗三表：水泵、RO 高压泵、空压机分项电量 / 水量 / 气量；
14. 成品库温湿度：防暴晒高温影响水质，发货前还能出仓储记录。

四、告警要闭环，不能只弹消息

弹一条推送、值班员看一眼就划过去，这不叫告警。方案的做法分三层：

• 分级通道。 杀菌不达标、出厂水质越限、封口异常、气压骤降这类红线指标走最高优先级通道，从采集到移动端提醒控制在 30 秒级；一般指标按重要度分级推送。
• 自动工单。 异常直接生成工单，责任班组、处理时限写得清清楚楚，处理结果回写平台。「看过了就完了」的情况，系统里留不下这种记录。
• 趋势预警。 连续漂移就报警，不等超限才动作；静态阈值和动态基线两种规则都支持。

五、能耗与单耗：把账算到设备和班组

电量、水量、气量按设备和工艺段分项计量，再结合产量折算：

• 自来水厂看千吨水电耗、千吨水药耗，班组之间、工艺段之间横向对比；
• 桶装水厂算单桶成本，哪个设备最耗电、哪个环节最费料，数据说话；
• 同比环比、基线对比、异常用能识别，节能改造和投药优化有了可查的依据。

六、监管数据上报

按住建 / 水务监管平台的接口规范定时上报水质与生产数据，支持断点补传，上报日志全程可审计。以前人工整理报送的活儿，交给系统做。上报范围按规范配置，敏感数据不出厂内网络。

七、几条落地经验

1. 老旧设备不要硬改。 新设备走标准协议直连，老设备加装传感器加边缘网关接入，在役 PLC 一概不动，对生产的影响最小。
2. 口径先定，再采数。 单耗、单桶成本按工艺段算还是按班组算，实施前和厂方确认清楚，免得数据采回来对不上账，返工。
3. 采样频率分级。 流量、压力这类快变量 1–10Hz，液位、温度慢变量 0.1–1Hz 就够了，没必要为一个温度值每秒往时序库写十条。
4. 在线仪表要标定。 水质在线仪定期用化验室方法标定，最好做成自动任务，在线数据和化验数据才可比。
5. 网络和权限要隔离。 监控网和办公网分开，访问全程审计；数据可见范围按角色划分，审核和保密都照顾得到。

八、分期实施：红线先上

一期先上食品安全 / 供水安全的红线指标——杀菌、消毒、出厂水质、封口质量，先把审核留痕和告警触达这两个最急的问题解决掉。二期铺开其余工艺段和计量点位，全流程看板与工单闭环成型。三期做单耗建模、趋势预警、多厂对比和监管上报自动化。

九、交付与服务

从点位勘察、协议摸底、边缘网关部署、平台配置到运维培训，完整交付。支持完全私有化部署，监控数据不出客户环境。平台提供标准 REST API 与 Webhook，客户既有的 MES、ERP、视频监控系统都能接进来。