基于GPRS的污水檢測信息無線傳輸監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮冬梅

摘要：本設(shè)計(jì)利用PLC、組態(tài)王監(jiān)控軟件及GPRS模塊實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)中關(guān)鍵信息采集、無線傳輸及上位機(jī)監(jiān)控。具體介紹了設(shè)計(jì)方案、ZHD780DTU組網(wǎng)方案、組態(tài)王監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)測試，該系統(tǒng)能夠?qū)⑦h(yuǎn)程采集的數(shù)據(jù)完整發(fā)送于上位機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。

Abstract： The design realized the key information collection， wireless transmission and upper computer monitoring in sewage treatment system by PLC， Kingview monitoring software and GPRS module. The design scheme， ZHD780DTU networking scheme and Kingview monitoring picture are introduced in detail. Through the experimental test， the system can send the data collected from the remote to the upper computer for monitoring， which can achieve the design requirements.

關(guān)鍵詞：GPRS;無線傳輸;組態(tài)監(jiān)控 PLC

Key words： GPRS;wireless transmission;configuration monitoring programmable logic controller

中圖分類號：TP273;X703 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）01-0181-02

0 ?引言

隨著信息化社會的逐漸深入和人工智能時(shí)代的來臨，信息技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用逐漸蓬勃發(fā)展，并且?guī)砹藢?shí)際效益[1]。工業(yè)污水排放，作為工業(yè)控制的一部分，無論從工業(yè)生產(chǎn)、安全和效能方面還是節(jié)能環(huán)保方面都顯得尤為重要。在污水處理行業(yè)引用計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作不僅能夠做到經(jīng)濟(jì)、高效，而且能夠減少地下操作引發(fā)的事故，保障了生產(chǎn)的安全性[2]。PLC工控技術(shù)已經(jīng)非常成熟，結(jié)合GPRS技術(shù)以及組態(tài)王監(jiān)控畫面技術(shù)為工業(yè)污水檢測打造高效化、網(wǎng)絡(luò)化、安全性高的管理系統(tǒng)提供了良好的基礎(chǔ)[3]。

基于以上，設(shè)計(jì)一款能將污水處理系統(tǒng)中各檢測設(shè)備的狀態(tài)穩(wěn)定可靠實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，使其能夠及時(shí)監(jiān)控和反饋相關(guān)數(shù)據(jù)。具體通過主控制器采集各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)信息并且存儲處理，使用GPRS無線通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，通過組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)畫面的監(jiān)控。

1 ?系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要利用PLC及組態(tài)王監(jiān)控軟件結(jié)合GPRS無線通信模塊完成對污水中溶解氧濃度、pH值、溫度值的監(jiān)測及處理[4]。PLC與終端設(shè)備（pH值傳感器、溶解氧傳感器、電磁閥等）進(jìn)行連接，將采集的數(shù)據(jù)通過STEP 7 Micro/WIN環(huán)境進(jìn)行編程，PLC將運(yùn)算結(jié)果輸出，通過各執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)對污水中各參數(shù)值的調(diào)控。整個(gè)控制系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。PLC作為下位機(jī)將現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集的信號通過GPRS無線通信裝置傳輸給上位機(jī)。

1.1 上位機(jī)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中上位機(jī)通常采用工控機(jī)。其主要功能為對電動機(jī)、變頻器及電磁閥等的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制、并實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、及時(shí)處理等功能;工控機(jī)通過組態(tài)監(jiān)控軟件顯示工藝流程、溶解氧、pH值、溫度等模擬量值，并繪制實(shí)時(shí)趨勢曲線。

1.2 下位機(jī)設(shè)計(jì)

下位機(jī)采用西門子S7-200系列PLC，可直接控制電動機(jī)和電磁閥，同時(shí)通過模擬量擴(kuò)展模塊采集現(xiàn)場溶解氧濃度、pH值、溫度值等值。根據(jù)工藝要求，PLC上電自檢無誤后會自動根據(jù)外部傳送的信號及程序的執(zhí)行來控制電動機(jī)的啟停及變頻器的轉(zhuǎn)速等。

1.3 無線通訊

PLC與上位機(jī)通過GPRS DTU設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，監(jiān)控主機(jī)通過定義的虛擬設(shè)備將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控畫面，完成數(shù)據(jù)的顯示和監(jiān)控。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒炭驁D如圖1所示。

2 ?ZHD780DTU組網(wǎng)方案

2.1 GPRS（ZHD780DTU）產(chǎn)品概述

本設(shè)計(jì)無線通訊模塊選用振鴻偉業(yè)研發(fā)的工業(yè)級4G全網(wǎng)通DTU產(chǎn)品ZHD780DTU系列產(chǎn)品。該設(shè)備通過4G網(wǎng)絡(luò)可輕松實(shí)現(xiàn)串口到網(wǎng)絡(luò)的雙向數(shù)據(jù)透明傳輸。ZHD780DTU系列采用靈活的RS232/485端子接口或者DB9接線方式與終端設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)客戶終端設(shè)備與服務(wù)器間的通訊。

2.2 ZHD780DTU產(chǎn)品功能及技術(shù)參數(shù)

ZHD780DTU設(shè)備性能穩(wěn)定且可靠，它支持寬電壓范圍輸入、用戶串口參數(shù)設(shè)定、內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議棧、參數(shù)配置永久保存、自動心跳、保持永久在線、動態(tài)IP地址數(shù)據(jù)中心DNS域名尋址并提供串口數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)換功能。ZHD780DTU產(chǎn)品中的RS232/485（接線端子）有接口穩(wěn)定可靠、插拔方便、接線簡單易懂等優(yōu)勢。

2.3 ZHD780DTU組網(wǎng)方案

本設(shè)計(jì)考慮到組網(wǎng)為上、下位機(jī)間交互且規(guī)模較小及應(yīng)用到實(shí)際中的成本問題，設(shè)計(jì)選用了中心采用ADSL和INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的方案。此方案應(yīng)先向INTERNET運(yùn)營商申請ADSL等寬帶業(yè)務(wù)。

2.4 ZHD780DTU的調(diào)試

2.4.1 DTU參數(shù)配置

打開2G/3G/4GDTU參數(shù)配置軟件，根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的串口號，本設(shè)計(jì)選擇的是COM1串口，波特率為 9600，停止位為1，校驗(yàn)位None。設(shè)置完畢，點(diǎn)擊“一鍵讀取”按鈕，讀取DTU的配置信息和系統(tǒng)參數(shù)，如圖2所示。此時(shí)DTU配置成功，關(guān)閉配置程序，避免程序之間造成沖突。

2.4.2 DTU與服務(wù)器連接

打開服務(wù)器軟件，點(diǎn)擊“創(chuàng)建服務(wù)器”，把“本機(jī)端口”設(shè)置為2000，將“本機(jī)端口”和DTU處的“主數(shù)據(jù)中心端口”設(shè)置成一致。點(diǎn)擊“啟動服務(wù)器”按鈕，等待上線，大約等待10至30秒的時(shí)間，連線成功，界面有數(shù)據(jù)串傳輸成功的顯示。

3 ?監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

3.1 組態(tài)王串口設(shè)置

要把PLC和組態(tài)王關(guān)聯(lián)起來要用對組態(tài)王的串口進(jìn)行設(shè)置，由于本設(shè)計(jì)使用的是GPRS無線傳輸，4GDTU選用的控件為宏電TCP，因此，在此步設(shè)置中不可使用常規(guī)的PPI串口設(shè)置，而是要將組態(tài)王板卡的設(shè)置選擇莫迪康ModbusRTU來作為通訊串口。在莫迪康ModbusRTU板卡中新建I/0通訊設(shè)備，并且命名為CPU226，同時(shí)虛擬設(shè)備選擇宏電TCP，此設(shè)置保證了組態(tài)王和上位機(jī)的正常通訊。

3.2 數(shù)據(jù)詞典設(shè)置

將組態(tài)王和PLC相關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)詞典的設(shè)置是必不可少的，本設(shè)計(jì)對PLC和組態(tài)王的關(guān)聯(lián)遵循了Modbus協(xié)議。Modbus地址通常被寫為包含數(shù)據(jù)類型和偏移量的5個(gè)字符的數(shù)值。第一個(gè)字符決定數(shù)據(jù)類型，最后四個(gè)字符在數(shù)據(jù)類型中選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)值。Modbus主設(shè)備將地址映射，Modbus從站指令支持下列地址：00001至00128是映射至Q0.0-Q15.7的離散輸出;10001至10128是映射至I0.0-I15.7的離散輸入;30001至30032是映射至AIW0到AIW62的模擬輸入寄存器;40001至4xxxx是映射至V存儲器的保持寄存器。

3.3 監(jiān)控畫面的實(shí)現(xiàn)

畫面的制作與動畫連接部分與普通用PPI連接一致，最終制作完成監(jiān)控畫面（如圖3）。畫面中主要對處理池中pH值、溶解氧、溫度、液位值進(jìn)行監(jiān)控，并顯示進(jìn)、出水泵、加藥泵的啟停及曝氣機(jī)狀態(tài)。

4 ?結(jié)論

此設(shè)計(jì)使用振鴻偉業(yè)生產(chǎn)的ZHD780DTU作為PLC與上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的無線傳輸設(shè)備，不僅能準(zhǔn)確高效滿足污水處理中各檢測數(shù)值的遠(yuǎn)程無線傳輸，而且能提供友好的人機(jī)交互監(jiān)控畫面，更能保證污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的安全性，且系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性。

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