導讀：無線通訊技術的發(fā)展，給予了現(xiàn)代污水處理技術無人監(jiān)管、遠程監(jiān)控的可能。如今，借助移動互聯(lián)網(wǎng)的平臺和終端，基于現(xiàn)代無線通信技術，構建一個靈活、易操控、的污水處理網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)，已成為各國污水處理的戰(zhàn)略目標。
隨著移動通訊技術的飛速發(fā)展，基于GPRS技術的無線通訊在當前正得到廣泛應用，將該通訊技術應用于網(wǎng)路控制系統(tǒng)中，可以把傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式轉變?yōu)檫h程無線數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)終端設備的互聯(lián)互通。在傳統(tǒng)污水處理中，一直存在著監(jiān)測節(jié)點分散，有線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸有限的問題。為了提高生產(chǎn)效益，降低工程費用，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，少人甚至無人監(jiān)管具有重要的意義。將網(wǎng)絡覆蓋范圍更廣、網(wǎng)絡連接更方便的GPRS技術應用到污水處理監(jiān)控系統(tǒng)，與現(xiàn)場的傳感器相融合，從根本上解決上述問題，實現(xiàn)污水處理現(xiàn)場的遠程實時監(jiān)控。
GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術，方法是以“分組”的形式將資料傳送到用戶手上。GPRS被廣泛應用于WWW瀏覽、信息查詢、遠程監(jiān)控等領域。GPRS可以穩(wěn)定地傳送大容量的高質量音頻與視頻文件，實際應用GPRS可提供高達56~115kb/s的傳輸速度，高理論值能達171.2kb/s。當進行通信時，只要能夠得到無線信道，GPRS就能建立連接，而用戶處于“在線”狀態(tài)，不需使用撥號Modem建立連接。對于分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，多個用戶可率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。計費以用戶通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)。GPRS技術具有高速傳輸、永遠在線和價格低廉等三大特點，特別運用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的少量的數(shù)據(jù)傳輸場合。
我國污水處理相對于發(fā)達國家而言起步較晚，目前城市污水處理率只有6.7%。結合我國實際情況，參考國外先進技術和經(jīng)驗，建設好污水處理廠應遵循節(jié)約投資，降低成本，減少占地，除氮以及與現(xiàn)代技術有機結合等幾個發(fā)展方向。我污水處理廠網(wǎng)絡控制系統(tǒng)采用分級處理工藝，分為一級處理和二級處理。一級處理采用物化法，通過格柵攔截、沉淀等手段去除原水中大塊懸浮物和砂粒等物質。二級處理則采用生物法，通過微生物接觸氧化、水下曝氣等工藝來去除原水中的懸浮性、溶解性有機物以及氮、磷等營養(yǎng)物。
對于污水處理廠而言，存在大量傳感器、控制器等現(xiàn)場設備，他們通常相當零散的分布在較大的范圍內(nèi)，由他們構成的控制底層網(wǎng)絡，單個節(jié)點的控制信息量不大，信息傳輸?shù)娜蝿蛰^簡單，但對其傳輸信息的實時性、快速性要求較高，況且污水處理的水池體積都較龐大，更導致數(shù)據(jù)采集點相對分散，距離遠，不便集中管理。因此，采用PLC CC-Link GPRS組成雙層網(wǎng)絡遠程控制系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)由PLC系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集節(jié)點、GPRS通訊、遠程監(jiān)控上位PC機4個部分組成。各現(xiàn)場智能設備分別作為一個網(wǎng)絡節(jié)點，通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)各節(jié)點之間、現(xiàn)場節(jié)點與上位機之間的信息傳遞與溝通。向上傳送信息實現(xiàn)資源共享、集中管理，向下延伸擴大控制規(guī)模、分散控制，完成各種復雜的綜合自動化功能。軟件系統(tǒng)的設計由PLC編程，上位機監(jiān)控和HMI的觸摸屏人機界面構成SCADA系統(tǒng)。通過PLC編程實現(xiàn)污水處理流程的控制，設計系統(tǒng)包含自動、手動兩種互相獨立的操作方式，主站實現(xiàn)開關量以及模擬輸入量的采集，將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后通過CC-Link網(wǎng)絡傳送給變頻器和從站，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場的控制。從站主要負責與上位機監(jiān)控系統(tǒng)的通信和具體的污水處理過程，包括泵的開啟、電機的運轉等。
由于對污水處理的多項工藝指標需要進行實時跟蹤，保證工藝要求，現(xiàn)場情況又十分復雜，不適宜工作人員長期進行現(xiàn)場操作，因此為了便于工作人員對現(xiàn)場的遠程監(jiān)控和管理，我們借助易控組態(tài)軟件建立監(jiān)控系統(tǒng)。組態(tài)軟件具有豐富的設備驅動程序、靈活的組態(tài)方式和數(shù)據(jù)鏈接功能，用其構造監(jiān)控系統(tǒng)能大大縮短開發(fā)時間，并能保證系統(tǒng)的質量，操作人員可以通過計算機監(jiān)控畫面向PLC發(fā)出各種控制命令，還可同時將PLC的各種實時數(shù)據(jù)采集回來，在用戶畫面上用狀態(tài)圖、趨勢圖或棒圖等動態(tài)圖表和圖形表示出來，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的全程監(jiān)控，易控軟件系統(tǒng)還具有實時報警和歷史數(shù)據(jù)保存等功能。易控軟件中的CDMA-GPRS通信接口通道與DTU-GPRS通過互聯(lián)網(wǎng)鏈接，組態(tài)軟件接收到PLC現(xiàn)場總線通過PTU發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)的信息，并不斷自動刷新，使監(jiān)測界面實時反映污水處理流程中各個環(huán)節(jié)的水質情況，自動保存實時曲線、歷史曲線、報表三種形式的數(shù)據(jù)信息，供管理人員管理、分析、決策。通過編寫組態(tài)軟件，實現(xiàn)與現(xiàn)場人機界面相同的手動、自動運行切換功能。當污水處理各環(huán)節(jié)中出現(xiàn)超過或低于限制值的情況時，該監(jiān)控系統(tǒng)可發(fā)出循環(huán)聲音報警信號，直到故障排除。事件處理，通過該監(jiān)控系統(tǒng)，可以修改現(xiàn)場PLC控制器的寄存器中的數(shù)值，實現(xiàn)對現(xiàn)場緊急事件的處理，也可以切換至手動方式，直接控制閥門開關，泵的啟停。該網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)設計了軟件操作人員登錄管理機制，設置了多級權限，實現(xiàn)多級控制，因此可將一套監(jiān)控系統(tǒng)應用于多級管理機構，節(jié)省了資源。
利用GPRS通訊技術，使得控制系統(tǒng)更加靈活、可操作、方便擴大控制規(guī)模，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和上位機監(jiān)視畫面。通過GPRS無線通訊技術，使這些節(jié)點形成了具有一定規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡，通過把底層網(wǎng)絡與上位機監(jiān)控平臺與互聯(lián)網(wǎng)結合，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)與控制信號的雙向收發(fā)，構成了一個典型的互聯(lián)網(wǎng)絡終端。借助移動互聯(lián)網(wǎng)的平臺和終端，構建一個靈活、易操控、的污水處理網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)。
(本文作者系北控水務楊偉，原文標題：借助移動互聯(lián)網(wǎng)構建污水處理網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng))
