淺析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在自動化污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

殷文明

（重慶遠(yuǎn)通電子技術(shù)開發(fā)有限公司，重慶 400074）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)萬物聯(lián)通的信息技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的誕生和應(yīng)用推動了工業(yè)自動化水平的提升。污水處理廠項(xiàng)目通常位于基礎(chǔ)設(shè)施較差的偏遠(yuǎn)地區(qū)。大多數(shù)污水處理廠結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自動化程度不一，安全級別不同，而使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接污水處理廠的不同硬件設(shè)備，及時(shí)獲取污水處理廠現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等，可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的故障定位和警報(bào)，可以有效提高污水處理系統(tǒng)的自動化程度，提高污水處理廠的處理效率。

1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)由三層組成，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用程序?qū)印?/p>

（1）感知層。主要利用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，使用傳感器、RFID、多媒體收集、二維碼、實(shí)時(shí)定位等技術(shù)從各種設(shè)備收集物理參數(shù)、音頻、視頻數(shù)據(jù)。然后將對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和協(xié)作處理。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。該層通過傳感器網(wǎng)絡(luò)與移動網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的可靠無障礙通信，以滿足物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信需求。

（3）應(yīng)用程序?qū)?。該層包含兩個(gè)子框架。一個(gè)是應(yīng)用程序支持框架，另一個(gè)是應(yīng)用程序服務(wù)框架。應(yīng)用程序支持框架支持系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換，而應(yīng)用程序服務(wù)框架則支持諸如智能自動化、智能控制之類的應(yīng)用程序。

2 物聯(lián)網(wǎng)在自動化污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

污水處理廠運(yùn)行過程中通過分布式網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動化控制，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）。系統(tǒng)監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備并執(zhí)行數(shù)據(jù)收集，設(shè)備控制、參數(shù)設(shè)置、警報(bào)設(shè)置和故障定位等操作。控制系統(tǒng)分為現(xiàn)場控制層（感知層），主控制層（網(wǎng)絡(luò)層）、云控制層（應(yīng)用程序?qū)樱?。污水處理廠的設(shè)備和儀表通過光纖網(wǎng)絡(luò)通信，形成光纖局域網(wǎng)，并連接至管理系統(tǒng)，智能分配靜態(tài)IP地址，以實(shí)現(xiàn)高效的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

中央控制室監(jiān)視和控制系統(tǒng)自動監(jiān)視整個(gè)污水處理過程，通過工業(yè)以太網(wǎng)連接到每個(gè)現(xiàn)場控制站，兩組工作站相互備用，在發(fā)生故障時(shí)快速切換?？刂剖遗溆须娮油队捌梁屯队皟x，以顯示整個(gè)污水處理工藝流程圖和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。每個(gè)子控制站都配備了一系列智能控制柜，其內(nèi)部包括可編程控制器、人機(jī)界面HMI（Human Machine Interface）、冗余光纖交換機(jī)、通信擴(kuò)展接口、附屬設(shè)備等。根據(jù)污水處理廠的處理技術(shù)和設(shè)備特點(diǎn)，技術(shù)人員需要根據(jù)實(shí)際需要在現(xiàn)場安裝多個(gè)PLC現(xiàn)場控制站?，F(xiàn)場控制站的控制核心部件是PLC可編程控制器，而HMI使用工業(yè)觸摸屏?？刂乒駜?nèi)配置遠(yuǎn)程通信從站模塊，通過兩層隧道協(xié)議（如PPTP或L2TP）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，沒有有線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場控制站增設(shè)4G模塊，通過手機(jī)卡連接到移動互聯(lián)網(wǎng)。移動設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端使用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的主要功能是數(shù)據(jù)收集、智能監(jiān)控以及發(fā)送控制中心命令。安裝監(jiān)控軟件后，平板電腦、智能手機(jī)和筆記本電腦可以無縫連接污水處理廠的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

現(xiàn)場控制站實(shí)時(shí)收集從每個(gè)終端站傳來的各種數(shù)據(jù)和信號，并通過人機(jī)界顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括工藝流程圖、系統(tǒng)性能圖、關(guān)鍵參數(shù)等。操作站通過人機(jī)對話控制操作，相關(guān)人員根據(jù)界面的輸入提示操作設(shè)備。在數(shù)據(jù)處理過程中，必須嚴(yán)格驗(yàn)證和識別實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備，突出顯示現(xiàn)場控制站的狀態(tài)信息，集中顯示故障警報(bào)信息。中央控制系統(tǒng)需要具有強(qiáng)大的故障檢測功能，可以有效地分析和識別大量常見故障，通過收集和分類每個(gè)現(xiàn)場控制站的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，準(zhǔn)確評估數(shù)據(jù)的可靠性，生成數(shù)據(jù)分析報(bào)告、歷史數(shù)據(jù)、歷史圖表等。根據(jù)污水處理廠的具體需求。遠(yuǎn)程人機(jī)終端可以實(shí)時(shí)顯示每個(gè)現(xiàn)場控制站的狀態(tài)?？刂平尤胛锫?lián)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備?；趶闹醒肟刂普鞠螺d的現(xiàn)場控制站數(shù)據(jù)將進(jìn)行智能分析并實(shí)時(shí)更新相關(guān)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和記錄，確保恒定功耗的情況下最大化系統(tǒng)運(yùn)行效益。

3 結(jié)語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在污水處理自動化系統(tǒng)中的使用優(yōu)于傳統(tǒng)的有線控制，光纖通信可以替代冗長的的通信電纜，從而大大減少了污水處理廠自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期，成本低，性能穩(wěn)定可靠，后續(xù)維護(hù)具有明顯的優(yōu)勢。特別是對于污水處理行業(yè)，因?yàn)樵诰€監(jiān)控工具分散，泵、閥控制難以集中，因此，通過物聯(lián)網(wǎng)將各個(gè)設(shè)備無縫連接起來可以有效提高污水處理系統(tǒng)的自動化水平，值得推廣應(yīng)用。