污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

許 倩

(山西春成煤礦勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030006)

引 言

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的突飛猛進(jìn)以及人口數(shù)量的增加，人類(lèi)賴以生存與發(fā)展的水資源越來(lái)越匱乏。人類(lèi)對(duì)于水資源的需求不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，人類(lèi)自身活動(dòng)對(duì)于有限水資源的污染越來(lái)越嚴(yán)重，這些均導(dǎo)致水資源短缺，也對(duì)污水處理提出了更高要求。各行各業(yè)的生產(chǎn)生活過(guò)程中，會(huì)伴隨著大量污水的產(chǎn)生，所產(chǎn)生的污水可分為工業(yè)污水、醫(yī)療污水以及生活污水3類(lèi)[1]，其中以工業(yè)污水的產(chǎn)生量最大，但同時(shí)工業(yè)污水又具有其特殊性，其主要污染物為大量的工業(yè)顆粒物，因而對(duì)于工業(yè)污水的處理要求具備生化處理、高凈化性、高可靠性等特征。

我國(guó)的各大城市均擁有自己的污水處理廠，但由于工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的空間分布區(qū)域廣、設(shè)備多、工藝流程長(zhǎng)等諸多因素導(dǎo)致工業(yè)污水處理廠的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控難。隨著我國(guó)移動(dòng)通信發(fā)展水平的提高，網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域較廣，且網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用較低，因此，提出一種以GPRS網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸載體的污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[2]。下文將從硬件與軟件兩方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行介紹說(shuō)明。

1 系統(tǒng)硬件部分

整個(gè)污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件主要有上位機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、PLC、傳感器等組成，如圖1所示。其中，上位機(jī)上需安裝具有特殊通信功能的OPC路由軟件與監(jiān)控軟件，使得上位機(jī)可通過(guò)GPRS通信經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艌D如第73頁(yè)圖2所示。污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置pH值、流量、溶解氧等諸多傳感器對(duì)污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并上傳給PLC S7-200,再由PLC與調(diào)制解調(diào)器SINAUT MD720-3經(jīng)由PPI電纜進(jìn)行通信，之后將調(diào)制解調(diào)器的信號(hào)經(jīng)由GPRS數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)的路由軟件SINAUT MICROSC OPC，其中上位機(jī)可同時(shí)與256臺(tái)PLC進(jìn)行連接，最后再由上位機(jī)的監(jiān)控軟件WinCC flexible將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)記錄。工作人員根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可直觀快速了解到各個(gè)污水處理廠的所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并據(jù)此作出決策，再反向?qū)⒏鞣N控制指令傳輸至更處理廠下位機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)、泵、閥門(mén)等的有效控制，使得整個(gè)系統(tǒng)閉合。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)硬件圖

圖2 上位機(jī)與PLC通信圖

2 系統(tǒng)軟件部分

首先按照?qǐng)D3所示界面對(duì)OPC路由軟件配置完成，使得其與PLC可以正確通信，其中t004與4分別為工作站名稱與工作站序號(hào)；GPRS modem下層菜單所列為調(diào)制解調(diào)器的名稱與密碼，名稱自動(dòng)生成，不可更改；PLC status monitoring菜單所列是PLC與上位機(jī)連接狀態(tài)監(jiān)控的檢查方式與檢查間隔時(shí)間。

其次對(duì)PLC進(jìn)行通訊函數(shù)的配置。如圖4所示將函數(shù)sinautmicrosc.mwl加載到PLC中，其子函數(shù)自上往下分別為初始化函數(shù)、發(fā)送函數(shù)、接收函數(shù)與控制函數(shù)。其中初始化函數(shù)WDC_INIT可對(duì)調(diào)制解調(diào)器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；發(fā)送函數(shù)WDC_SEND是PLC向外發(fā)送數(shù)據(jù)與指令的函數(shù)；接收函數(shù)WDC_RECEIVE可將PLC接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的運(yùn)算分析處理；控制函數(shù)WDC_CONTROL使

圖3 OPC路由軟件系統(tǒng)配置界面

圖4 PLC函數(shù)配置見(jiàn)面

得PLC可以在PPI通訊方式與自由端口通訊方式中隨意選擇與切換。以上所有的四項(xiàng)子函數(shù)有效確保了上位機(jī)與下位機(jī)的通信可靠與高效。

完成前文所述配置工作后，整個(gè)控制系統(tǒng)就可以進(jìn)行正常工作了，在該系統(tǒng)工作過(guò)程中，下位機(jī)的控制邏輯如圖5所示。該控制系統(tǒng)既可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，又可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)近距離直接監(jiān)控，遠(yuǎn)程與近程控制又都提供了手動(dòng)與自動(dòng)兩種控制模式可供選擇。遠(yuǎn)程控制時(shí)，整個(gè)控制系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)將系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定好后，再經(jīng)由GPRS將上位機(jī)的控制指令傳達(dá)至下位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控；近程控制方式時(shí)，可不經(jīng)過(guò)上位機(jī)，直接通過(guò)觸摸屏來(lái)設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)等，從而達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)直接控制調(diào)試的目的；采用自動(dòng)控制模式時(shí)，通過(guò)PLC自身的自動(dòng)控制閉環(huán)算法PID按照前文所述控制邏輯完成對(duì)污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)、泵、閥門(mén)等設(shè)備的自動(dòng)控制。

圖5 下位機(jī)控制邏輯圖

OPC服務(wù)器為其連接的所有工作站均分配了對(duì)應(yīng)的OPC變量，將路由軟件與監(jiān)控軟件安裝在上位機(jī)后就能夠通過(guò)OPC路由軟件的客戶端上顯示的所有服務(wù)器中找到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器M2MOPC.OPC.1。同時(shí)監(jiān)控軟件擁有極強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力與畫(huà)面顯示功能，并且用戶還可依據(jù)自身習(xí)慣設(shè)置不同控制方式與操作模式時(shí)的操作界面，具有很高的用戶協(xié)調(diào)性。其次，監(jiān)控系統(tǒng)在檢測(cè)到污水處理廠的異常數(shù)據(jù)時(shí)能夠迅速發(fā)出警報(bào)，并將報(bào)警記錄存儲(chǔ)，這樣，用戶就可以方便調(diào)閱記錄的數(shù)據(jù)信息，并且該軟件還可將數(shù)據(jù)自動(dòng)生成曲線等多種形式，便于用戶讀取分析。

3 結(jié)論

鑒于當(dāng)前污水處理廠自動(dòng)化、信息化水平低的

現(xiàn)狀，文章介紹了一種基于GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1) 該系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、可靠性好、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能夠極大提升對(duì)污水處理過(guò)程監(jiān)控的準(zhǔn)確性，確保污水處理效果。

2) 應(yīng)用該系統(tǒng)可以對(duì)污水處理廠實(shí)施有效的遠(yuǎn)程集中控制，從而大大提高了其自動(dòng)化、信息化水平以及污水的處理效率，確保了經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的和諧統(tǒng)一。