借助移动互联网构建污水处理网络监控系统

中国水网编者按：移动互联时代对环保产业的影响正在继续。北控水务作为行业龙头，积极投身时代变化的思考，并将之与公司文化融合，形成全员的习惯。不但关注本次“移动互联对环保产业的影响”主题征文活动，并以强大的执行力，快速组织到数十篇稿件，让E20环境平台高级合伙人、中国水网/中国固废网/中国大气网主编成卫东心生感慨：“连续数年领先年度企业排行榜，北控水务的领先一定有其深刻的理由。”从6月13日起，中国水网将选择来稿中的优秀稿件，连续发布，供读者参考，敬请关注。本篇作者为：北控水务杨伟。

随着移动通讯技术的飞速发展，基于GPRS技术的无线通讯在当前正得到广泛应用，将该通讯技术应用于网路控制系统中，可以把传统的数据采集方式转变为远程无线数据采集，实现互联网终端设备的互联互通。在传统污水处理中，一直存在着监测节点分散，有线网络数据传输有限的问题。为了提高生产效益，降低工程费用，实现远程监控，少人甚至无人监管具有重要的意义。将网络覆盖范围更广、网络连接更方便的GPRS技术应用到污水处理监控系统，与现场的传感器相融合，从根本上解决上述问题，实现污水处理现场的远程实时监控。 

GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式将资料传送到用户手上。GPRS被广泛应用于WWW浏览、信息查询、远程监控等领域。GPRS可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件，实际应用GPRS可提供高达56~115kb/s的传输速度，最高理论值能达171.2kb/s。当进行通信时，只要能够得到无线信道，GPRS就能建立连接，而用户处于“在线”状态，不需使用拨号Modem建立连接。对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。计费以用户通信的数据量为主要依据。GPRS技术具有高速传输、永远在线和价格低廉等三大特点，特别运用于间断的、突发性的或频繁的少量的数据传输场合。 

我国污水处理相对于发达国家而言起步较晚，目前城市污水处理率只有6.7%。结合我国实际情况，参考国外先进技术和经验，建设好污水处理厂应遵循节约投资，降低成本，减少占地，除氮效果显著以及与现代技术有机结合等几个发展方向。我污水处理厂网络控制系统采用分级处理工艺，分为一级处理和二级处理。一级处理采用物化法，通过格栅拦截、沉淀等手段去除原水中大块悬浮物和砂粒等物质。二级处理则采用生物法，通过微生物接触氧化、水下曝气等工艺来去除原水中的悬浮性、溶解性有机物以及氮、磷等营养物。

对于污水处理厂而言，存在大量传感器、控制器等现场设备，他们通常相当零散的分布在较大的范围内，由他们构成的控制底层网络，单个节点的控制信息量不大，信息传输的任务较简单，但对其传输信息的实时性、快速性要求较高，况且污水处理的水池体积都较庞大，更导致数据采集点相对分散，距离远，不便集中管理。因此，采用PLC+CC-Link+GPRS组成双层网络远程控制系统。硬件系统由PLC系统、数据采集节点、GPRS通讯、远程监控上位PC机4个部分组成。各现场智能设备分别作为一个网络节点，通过现场总线实现各节点之间、现场节点与上位机之间的信息传递与沟通。向上传送信息实现资源共享、集中管理，向下延伸扩大控制规模、分散控制，完成各种复杂的综合自动化功能。软件系统的设计由PLC编程，上位机监控和HMI的触摸屏人机界面构成SCADA系统。通过PLC编程实现污水处理流程的控制，设计系统包含自动、手动两种互相独立的操作方式，主站实现开关量以及模拟输入量的采集，将采集的数据经过处理后通过CC-Link网络传送给变频器和从站，从而实现对现场的控制。从站主要负责与上位机监控系统的通信和具体的污水处理过程，包括泵的开启、电机的运转等。 

由于对污水处理的多项工艺指标需要进行实时跟踪，保证工艺要求，现场情况又十分复杂，不适宜工作人员长期进行现场操作，因此为了便于工作人员对现场的远程监控和管理，我们借助易控组态软件建立监控系统。组态软件具有丰富的设备驱动程序、灵活的组态方式和数据链接功能，用其构造监控系统能大大缩短开发时间，并能保证系统的质量，操作人员可以通过计算机监控画面向PLC发出各种控制命令，还可同时将PLC的各种实时数据采集回来，在用户画面上用状态图、趋势图或棒图等动态图表和图形表示出来，实现对生产过程的全程监控，易控软件系统还具有实时报警和历史数据保存等功能。易控软件中的CDMA-GPRS通信接口通道与DTU-GPRS通过互联网链接，组态软件接收到PLC现场总线通过PTU发送到互联网的信息，并不断自动刷新，使监测界面实时反映污水处理流程中各个环节的水质情况，自动保存实时曲线、历史曲线、报表三种形式的数据信息，供管理人员管理、分析、决策。通过编写组态软件，实现与现场人机界面相同的手动、自动运行切换功能。当污水处理各环节中出现超过或低于限制值的情况时，该监控系统可发出循环声音报警信号，直到故障排除。事件处理，通过该监控系统，可以修改现场PLC控制器的寄存器中的数值，实现对现场紧急事件的处理，也可以切换至手动方式，直接控制阀门开关，泵的启停。该网络监控系统设计了软件操作人员登录管理机制，设置了多级权限，实现多级控制，因此可将一套监控系统应用于多级管理机构，节省了资源。 

利用GPRS通讯技术，使得控制系统更加灵活、可操作、方便扩大控制规模，实现远程监控和上位机监视画面。通过GPRS无线通讯技术，使这些节点形成了具有一定规模的传感器网络，通过把底层网络与上位机监控平台与互联网结合，实现现场数据与控制信号的双向收发，构成了一个典型的互联网络终端。借助移动互联网的平台和终端，构建一个灵活、易操控、全方位的污水处理网络监控系统。 

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6月20-21日，“2014(第八届)环境技术产业论坛”即将开启，届时特别设置“互联网思维如何影响环保产业”主题沙龙。敬请期待。

编辑：杨瑞雪