CN104714533A - 污水处理站运行状态远程监控***与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污水处理站的监控，进一步涉及一种污水处理站运行状态远程监控***与方法。目的在于提供一种可以实现远程控制的污水处理站运行状态监控***与方法。一种污水处理站运行状态远程监控***，包括：监控中心、通讯平台、测控终端PLC和RTU；本发明具有以下优点：采用无线GPRS网络，减少布线成本，可以更好的扩展网络，利于***扩展。

Description

污水处理站运行状态远程监控***与方法
技术领域：
本发明涉及污水处理站的监控，进一步涉及一种污水处理站运行状态远程监控***与方法。
背景技术：
目前，远程监控技术己是工业领域的一项重要技术，随着工业企业运行规模的不断扩大，现场环境越来越复杂，要监控的目标更加多样化，监控***的结构也越来越分散化。传统污水处理站通过有线的方式布置，有着成本过高、缺乏灵活性等缺点。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种可以实现远程控制的污水处理站运行状态监控***与方法。具体的技术方案如下：
污水处理站运行状态远程监控***，包括：监控中心、通讯平台、测控终端PLC和RTU；
监控中心主要包括服务器，服务器安装三维力控组态软件；通讯平台借助GPRS网络、Internet网络以及组态软件配备的I/O设备驱动、CommBridge组件，通过GPRS RTU实现现场数据与监控中心的无线传输；
所述测控终端PLC通过RS485通信接口与远程终端单元RTU连接，所述测控终端PLC通过RS485通信接口与电磁流量计连接，所述测控终端RTU通过AI接口分别与电流检测模块、电压检测模块连接；测控终端PLC程序中设置相应的时间模块，运行人员可以在上位机选择预设8种模式中的一种，也可以进行各个设备运行时长的实时修改，而不需修改PLC程序；
测控终端PLC DI输入信号模组有4组输入信号，分别是拨码开关、浮子开关、切换开关、控制设备；测控终端PLC DO输出信号模组为控制设备；所述控制设备为提升泵和鼓风机。
在上述***上实现的污水处理站运行状态远程监控方法，过程如下：
(一)提升泵和鼓风机的初始化；
(二)控制模式选择，远程控制模式进入步骤(三)，本地控制模式进入步骤(四)；
(三)根据监控中心服务器***设置选择工作状态；
(四)根据测控终端PLC按钮的设置选择工作状态；
(五)根据浮子开关进行液位判断，如果液位低于设置的最低限，进入步骤(六)，如果液位高于设置的最低限，进入步骤(七)；
(六)根据工作状态启动鼓风机，停止提升泵；
(七)根据工作状态启动鼓风机和提升泵；
返回步骤(二)。
本发明具有以下优点：
(一)污水处理站主要设备采用时序模式，这样的控制流程能够使运行人员根据水质的变化、要求和现场设备运行情况进行实时动态管理。这种运行方式不仅给运行人员的操作和维护带来很大的方便，而且保障了污水处理后的水质。
(二)采用无线GPRS网络，减少布线成本，可以更好的扩展网络，利于***扩展。
附图说明：
图1为本发明远程监控***结构图。
图2为本发明的控制方法流程图。
具体实施方式：
结合图1、图2，通过实施例说明本发明的具体实施方式。
污水处理站运行状态远程监控***，包括：监控中心、通讯平台、测控终端PLC和RTU；
监控中心主要包括服务器，服务器安装三维力控组态软件；通讯平台借助GPRS网络、Internet网络以及组态软件配备的I/O设备驱动、CommBridge组件，通过GPRS RTU实现现场数据与监控中心的无线传输；
所述测控终端PLC通过RS485通信接口与远程终端单元RTU连接，所述测控终端PLC通过RS485通信接口与电磁流量计连接，所述测控终端RTU通过AI接口分别与电流检测模块、电压检测模块连接；测控终端PLC程序中设置相应的时间模块，运行人员可以在上位机选择预设8种模式中的一种，也可以进行各个设备运行时长的实时修改，而不需修改PLC程序；在本实施例中选用西门子S7200PLC。
测控终端PLC DI输入信号模组有4组输入信号，分别是拨码开关、浮子开关、切换开关、控制设备；测控终端PLC DO输出信号模组为控制设备；所述控制设备为提升泵和鼓风机。
通讯平台组网方式采用无线GPRS，先进入移动通信网，然后进入Internet，将相关数据发送给监控中心服务器。主要通讯过程是远端现场将采集的数据及设备运行状态利用具有GPRS功能的数据终端RTU6640模块通过无线方式与***基站通信，然后通过GPRS和互联网建立连续的双向无线连接，这样在GPRS模块和已申请一个固定IP地址的监控计算机之间就可以通过IP地址进行TCP/IP双向通信，数据传输透明而可靠。本实施例选用北京聚英翱翔电子有限公司的GPRS RTU 6640设备，作为数据无线通讯的核心模块，RTU是Remote Terminal Unit(远程测控终端)的缩写。
GPRS RTU 6640具备数据采集及处理、数据传输(网络通信)两种功能，是分布距离远、生产单位分散的生产***中数据采集与监视控制***的基本组成单元。
监控中心服务器采用固定IP连网，此种连网方案，IP地址是固定的，寻址较为方便，数据终端单元DTU连网较为容易，DTU不容易断网，工作较为可靠，适合多节点，大数据量数据传输。如果服务器是经路由器连接至Internet网络，即一个固定的公网IP直接接在HUB或交换机上，所有的电脑共享上网，这时路由外部地址只有一个，而内部的IP是私有地址，不止一个。我们采用虚拟服务器在宽带路由器上实现端口映射，把在公网的地址转翻译成私有地址。
DTU连网方案选择采用无线GPRS，每个DTU都需要安装一张***公司的SIM卡才能完成无线通讯工作，通讯过程是传输数据先进入移动通信网，然后进入Internet，再发送给服务器。DTU上电后，主动与具有固定IP的通信服务器建立连接。这样，在GPRS模块和监控中心之间就可以通过IP地址进行TCP/IP双向通信，数据传输透明而可靠。
根据上述组网方案，数据的上行传输过程是，①PLC通过RS485串口将数据传给DTU；②DTU将数据打成TCP/IP包，通过无线网络再传送给监控中心服务器；③监控中心服务器接到数据后将数据处理并存储；数据的下行传输与上述过程相反，不再赘述。
DTU初始配置：将DTU的RS232接口和PC机的串口通过串口延长线连接起来，将DTU上电。打开DTU配置软件，选择相应串口，波特率默认为38400bps。应用“DTU_RTU配置软件V2.0”中的“DTU_RTU配置软件.exe”文件实现DTU相关参数的配置；DTU参数配置包括“基本设置”、“连接设置”、“IP1设置”。“基本设置”采用默认配置即可；西门子S7200PLC通讯协议为PPI，“连接设置”中的RS485设置波特率为9600，数据为8，停止位1，校验位偶校验；“IP1设置”中数据中心地址与路由器公网IP一致，端口号与路由器端口映射中的服务端口一致。握手包和心跳包出需填写AA012553332E3131400D。其他默认即可。
电流、电压检测模块：
考虑污水处理站当地供电设施比较分散，输电线路长，输电导线接点多，线路损耗大，且供电能力一般较弱，难免有接触不良之处，打雷、下雨、刮风等都有可能使接点不良处电线晃动，可能会出现电压不稳的情况，因此在设计过程中增添了电流、电压监测功能。
数显多功能网络电力仪表具有极高的性能价格比，可以直接取代常规电力便送器、测量指示仪表、电能计量仪表以及相关的辅助，已广泛应用于各种控制***、管理***、电力监控、开关柜中等等，具有安装方便、接线简单、维护方便、工程最小、现场可编程设置输入参数、能够完成业界不同PLC、工业控制计算机通讯软件的组网。本实施例选用浙江人和电器的电压监控模块，其功能包括基本功能和扩展功能，基本功能有实时测量三相电压和电流、功率、频率及功率因数，计量有功电能等；扩展功能有4-20mA/0-5V变送输出，RS485接口、MODBUS-RTU通讯，开关输入，继电器输出等。
测控终端PLC参数
(1)PLC的选型与配置
控制器PLC主要负责采集现场流量计、浮子开关等传感器的信号，除了把信号转换后经通讯模块传给控制中心服务器，由控制中心服务器进行显示和控制外，还要根据控制要求对现场的提升泵、风机做出相应的控制，所以控制器PLC不但具有中心控制的作用，还具有数据中转站的作用。
控制方式有远程控制及现场控制，每一种方式又含有自动8种模式控制和设备手动控制。需要控制的设备有：提升泵，将污水抽吸入氧化池中；鼓风机：向氧化池中曝气。采集信号的设备有：浮子开关，采集液位高、中、低信号；流量计，检测污水处理的累积水量和瞬时流量。
数字输入量包括：远程、现场控制方式，液位高、中、低信号，拨码开关高、中、低位，提升泵1、2的运行状态，鼓风机1、2的运行状态，共计12个输入。数字输出量包括：提升泵1、2的运行状态，鼓风机1、2的运行状态，共计4个输出，用于简单开关量控制。
通讯接口设计，PLC具有2个RS-485接口，控制***设计中利用PLC的串口0充当现场控制器与远程监控中心的通讯接口，根据PPI协议实现同组态软件的通讯，首先将PPI－RS485端连接到RTU6640RS485端，建立S7－200PLC与RTU 6640的硬件连接，然后在RTU 6640里***可自由接通GPRS的SIM卡，申请开通GPRS服务。PLC的另一串口设置为自由口，根据流量计的通讯协议编写通讯程序，实现对非标流量计的数据访问，解决非标协议和多种协议不兼容的问题。
(2)开关电源
现场控制柜中需供电的模块有PLC和RTU，PLC供电电源是20.4v至28.8vDC，RTU供电电源是7v-30vDC。本实施例采用24v直流开关电源，由于明纬开关电源具有低价格、高可靠性、高效率、工作温度低、体积小、重量轻等许多优点，选用明纬开关电源DR4524。
监控组态软件：
本实施例要实现污水处理站现场处理过程与整体管理结合起来，通过现场数据的采集实现实时监控及现场处理过程控制，得到数据报表等等，实现这些功能就需要使用组态软件来完成。组态软件是数据采集与过程控制的专用软件，是在自动控制***监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预置的各种软件模块可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的I/O，BOARD，与高度可靠的工控计算机和网络***结合，可向控制层和管理层提供软件、硬件的全部接口，进行***集成。本实施例选用了力控组态软件。
监控中心配备的计算机安装三维力控组态软件，通过其软件开发主要实现远程监示污水处理站的工艺流程，监控主要设备工作状态，存储和历史记录查询各种监测信息、控制信息及操作信息，生成各种数据报表及数据趋势曲线，网络发布。
(1)确定I/O参数
根据***监控方案及需要监控的设备与参数确定了组态软件开发中的I/O参数，一个监控站点的具体内容如下表所示，其中序号1-35参数是数字量，序号36-46参数是模拟量。其他站点一样。
表1：I/O参数表
序号 I/O方向 连接设备 说明
1 输出 PLC 远程方式中自动、手动控制信号
2 输出 PLC 控制1号提升泵远程启、停
3 输出 PLC 控制2号提升泵远程启、停
4 输出 PLC 控制1号鼓风机远程启、停
5 输出 PLC 控制2号鼓风机远程启、停
6 输出 PLC 设定泵、风机工作模式1
7 输出 PLC 设定泵、风机工作模式2
8 输出 PLC 设定泵、风机工作模式3
9 输出 PLC 设定泵、风机工作模式4
10 输出 PLC 设定泵、风机工作模式5
11 输出 PLC 设定泵、风机工作模式6
12 输出 PLC 设定泵、风机工作模式7
13 输出 PLC 设定泵、风机工作模式8
14 输入 PLC 本地/远程控制方式(指示作用)
15 输入 PLC 液位高信号
16 输入 PLC 液位中信号
17 输入 PLC 液位低信号
18 输入 PLC 远程编码开关低位
19 输入 PLC 远程编码开关中位
20 输入 PLC 远程编码开关高位
21 输入 PLC 泵、风机工作模式1
22 输入 PLC 泵、风机工作模式2
23 输入 PLC 泵、风机工作模式3
24 输入 PLC 泵、风机工作模式4
25 输入 PLC 泵、风机工作模式5
26 输入 PLC 泵、风机工作模式6
27 输入 PLC 泵、风机工作模式7
28 输入 PLC 泵、风机工作模式8
29 输入 PLC 1号提升泵运行状态
30 输入 PLC 2号提升泵运行状态
31 输入 PLC 1号鼓风机运行状态
32 输入 PLC 2号鼓风机运行状态
33 输入 PLC 切换开关左档-本地手动
34 输入 PLC 切换开关中档-本地自动
35 输入 PLC 切换开关右档-远程
36 输入 RTU GSM信号强度
37 输入 RTU 第一路电压
38 输入 RTU 第二路电压
39 输入 RTU 第三路电压
40 输入 RTU 第一路电流
41 输入 RTU 第二路电流
42 输入 RTU 第三路电流
43 输入 PLC 瞬时流量
44 输入 PLC 累积水量
45 输入 PLC 瞬时流量单位
46 输入 PLC 累积水量单位
在上述***上实现的污水处理站运行状态远程监控方法，过程如下：
(一)提升泵和鼓风机的初始化；
(二)控制模式选择，远程控制模式进入步骤(三)，本地控制模式进入步骤(四)；
(三)根据监控中心服务器***设置选择工作状态；
(四)根据测控终端PLC按钮的设置选择工作状态；
(五)根据浮子开关进行液位判断，如果液位低于设置的最低限，进入步骤(六)，如果液位高于设置的最低限，进入步骤(七)；
(六)根据工作状态启动鼓风机，停止提升泵；
(七)根据工作状态启动鼓风机和提升泵；
返回步骤(二)。
设备监控主要是对污水处理站主要设备即水泵1、2，风机1、2的控制。控制方案有二种，一种本地(现场控制单元)控制，一种远程(监控***)控制，每种方案又分自动和手动控制2种工作状态。本地/远程控制方案的选择通过现场控制柜上的“切换开关”实现。
“切换开关”拨到“本地手动”，污水处理站主要设备的工作状态完全由控制柜面板按钮设定，直接控制电机的启动与停止。
“切换开关”拨到“远程”时，污水处理站主要设备的工作状态完全由监控***控制，此时服务器运行界面控制面板上的“切换开关”拨到“手动”，可通过单击控制面板上的设备按钮进行控制，若拨到“自动”则可通过选择控制面板下方的“工作模式”控制污水处理站主要设备；服务器运行界面控制面板中的“自动”模式下设备按钮不起控制作用，同理“手动”模式下工作模式不起作用。
“切换开关”拨到“本地自动”时，污水处理站主要设备的工作状态完全由控制柜面板上的拨码开关选择预先设定地8种工作模式中的1种来控制，工作模式如表2所示。设备在8种工作模式下的工作周期同为T，不同的是其工作的占空比，即设备的启动、停止时间。
表2:工作模式

Claims (2)

1.污水处理站运行状态远程监控***，其特征在于，包括：监控中心、通讯平台、测控终端PLC和RTU；
监控中心主要包括服务器，服务器安装三维力控组态软件；通讯平台借助GPRS网络、Internet网络以及组态软件配备的I/O设备驱动、CommBridge组件，通过GPRS RTU实现现场数据与监控中心的无线传输；
所述测控终端PLC通过RS485通信接口与远程终端单元RTU连接，所述测控终端PLC通过RS485通信接口与电磁流量计连接，所述测控终端RTU通过AI接口分别与电流检测模块、电压检测模块连接；
测控终端PLC DI输入信号模组有4组输入信号，分别是拨码开关、浮子开关、切换开关、控制设备；测控终端PLC DO输出信号模组为控制设备；所述控制设备为提升泵和鼓风机。
2.在权利要求1所述***上实现的污水处理站运行状态远程监控方法，其特征在于，过程如下：
(一)提升泵和鼓风机的初始化；
(二)控制模式选择，远程控制模式进入步骤(三)，本地控制模式进入步骤(四)；
(三)根据监控中心服务器***设置选择工作状态；
(四)根据测控终端PLC按钮的设置选择工作状态；
(五)根据浮子开关进行液位判断，如果液位低于设置的最低限，进入步骤(六)，如果液位高于设置的最低限，进入步骤(七)；
(六)根据工作状态启动鼓风机，停止提升泵；
(七)根据工作状态启动鼓风机和提升泵；
返回步骤(二)。
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