“物聯(lián)網(wǎng)+”在沼氣集中供氣工程的研究與應(yīng)用

鄒偉清 劉進(jìn)法 吳黎黎 廖 裕 林平水 張小生

（江西省新余市農(nóng)業(yè)局，江西新余 338000）

1 研究背景

近年來，畜牧養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖污染給環(huán)境帶來一定壓力。為做到農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)，采取第三方處理農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物模式，建立沼氣集中供氣工程。一方面，變廢為寶，把有機(jī)廢棄物變成了沼氣工程發(fā)酵原料，節(jié)約了大量資源；另一方面，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域廢棄物的循環(huán)再利用，防治有機(jī)廢棄物的面源污染，有效地保護(hù)了環(huán)境，改善了生產(chǎn)條件，增強(qiáng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展后勁，實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)良性循環(huán)[1]。沼氣集中供氣工程涉及到的處理過程眾多，且受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容的限制，日常實(shí)時操作管理很不方便。為此，依托新余市羅坊沼氣站，開發(fā)基于GPRS+PLC系統(tǒng)的沼氣遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對多個沼氣集中供氣工程進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控操作管理，既有利于沼氣集中供氣工程項(xiàng)目的發(fā)展，又對新余市農(nóng)業(yè)發(fā)展起到積極作用。

2 主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線

沼氣站遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)主要集中在病死畜禽監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)、沼氣供氣管網(wǎng)安全監(jiān)測系統(tǒng)、沼液在線監(jiān)測與運(yùn)輸系統(tǒng)，以及有機(jī)肥供給登記信息系統(tǒng)等4個子系統(tǒng)，通過無線傳感節(jié)點(diǎn)、車載前端系統(tǒng)進(jìn)行信息匯總，將收集到的信息通過無線或有線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器上[2]，對沼氣站的運(yùn)營情況通過手機(jī)或者電腦進(jìn)行實(shí)時預(yù)報、預(yù)警。針對超過設(shè)置閥值的異常情況進(jìn)行即時反饋，通過網(wǎng)關(guān)反饋到控制中心，中心通過調(diào)節(jié)控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。工藝路線圖見圖1。

圖1 工藝路線圖

3 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)介紹 基于GPRS+PLC系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控站監(jiān)控。沼氣監(jiān)控系統(tǒng)是一種SCADA系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集監(jiān)視和控制系統(tǒng)。分為三個部分組成：監(jiān)控中心、通訊、終端。監(jiān)控中心硬件采用工控機(jī)或者服務(wù)器，安裝采用最新的定制組態(tài)軟件技術(shù)，可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行瀏覽[3]。PLC的CPU雙編程口，一個連接本地監(jiān)控系統(tǒng)，一個接GPRS模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，監(jiān)測中心軟件為用戶提供一個可視化的監(jiān)測界面。該監(jiān)測界面讓用戶直觀、方便、快捷地了解沼氣站系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和儀表的實(shí)時數(shù)據(jù)；通訊選用DTU，利用移動運(yùn)營商提供的無線網(wǎng)絡(luò)平臺實(shí)現(xiàn)SCADA。利用GSM無線通信方式來實(shí)現(xiàn)水井參數(shù)的實(shí)時采集[4]。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)架 見圖2。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)架圖

3.3 設(shè)計(jì)說明

3.3.1 終端 控制站采用S7-200 PLC，通過無線采集模塊DTU和SIM卡利用串口進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集并將數(shù)據(jù)傳輸給DB服務(wù)器。

3.3.2 數(shù)據(jù)及WWW發(fā)布服務(wù)器 服務(wù)器具有監(jiān)測站點(diǎn)內(nèi)監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測畫面和數(shù)據(jù)顯示。服務(wù)器通過WWW公眾網(wǎng)絡(luò)接收來自各個采集站的實(shí)時數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯，合理對設(shè)備進(jìn)行調(diào)配。通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時接收遠(yuǎn)程智能現(xiàn)場傳回的數(shù)據(jù)，具有多個現(xiàn)場控制系統(tǒng)的集中監(jiān)測能力，在監(jiān)視同時可以遠(yuǎn)程控制相關(guān)的自控設(shè)備，通過點(diǎn)擊畫面可以遙控遠(yuǎn)方設(shè)備的開關(guān)，啟停。數(shù)據(jù)中心采用寬帶方式與INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP或域名。

3.3.3 WWW網(wǎng)絡(luò)瀏覽功能 用WWW網(wǎng)絡(luò)版軟件發(fā)布運(yùn)行的工程可以在局域網(wǎng)內(nèi)使用標(biāo)準(zhǔn)的IE瀏覽器進(jìn)行監(jiān)控現(xiàn)場的設(shè)備，提供完善的安全管理機(jī)制，只有授權(quán)的用戶才能修改過程參數(shù)。具備獨(dú)立的Web服務(wù)器，Web Server實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器端與客戶端畫面的高度同步，Web頁面自動適應(yīng)服務(wù)器工程分辨率，Web客戶端與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸采用事件驅(qū)動機(jī)制、變化傳輸方式，IE“瘦”客戶端顯示的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)具有更好的實(shí)時性。Web通訊的負(fù)載均衡使系統(tǒng)具備高容量的數(shù)據(jù)吞吐能力和良好的健壯性，保證很多Web客戶端的并發(fā)訪問。

3.3.4 數(shù)據(jù)通信技術(shù) DTU通訊有GPRS、CDMA、3G等多種網(wǎng)絡(luò)形式。用戶需要根據(jù)終端使用現(xiàn)場的實(shí)際信號覆蓋情況，選擇是采用標(biāo)準(zhǔn)的GPRS通訊方式，還是采用更先進(jìn)的CDMA、WCDMA、TD-SCDMA通訊方式。

3.4 軟件示例 見表1、圖3、圖4、表2。

3.5 設(shè)備清單 見表3。

4 結(jié)語

本研究將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與沼氣集中供氣工程結(jié)合起來，通過無線采集技術(shù)及無線控制技術(shù)組建了一個可以遠(yuǎn)程管理的沼氣站。采集的數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街骺刂行?，?shí)現(xiàn)智慧沼氣站監(jiān)控系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析匯總的一體化解決方案。對多個沼氣集中供氣工程進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控操作管理，既有利于沼氣集中供氣工程項(xiàng)目的發(fā)展，又對新余市從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型、綠色發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。

表1 遠(yuǎn)程設(shè)備控制表

圖3 羅坊沼氣站集中供氣工程監(jiān)測圖

圖4 羅坊沼氣站發(fā)酵罐溫度實(shí)時監(jiān)測圖

表2 沼氣站數(shù)據(jù)報表

表3 江西省新余市羅坊鎮(zhèn)大型沼氣集中供氣項(xiàng)目PLC及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備清單