導(dǎo)讀：無線通訊技術(shù)的發(fā)展，給予了現(xiàn)代污水處理技術(shù)無人監(jiān)管、遠(yuǎn)程監(jiān)控的可能。如今，借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)和終端，基于現(xiàn)代無線通信技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)靈活、易操控、的污水處理網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，已成為各國污水處理的戰(zhàn)略目標(biāo)。
隨著移動(dòng)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，基于GPRS技術(shù)的無線通訊在當(dāng)前正得到廣泛應(yīng)用，將該通訊技術(shù)應(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)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(diǎn)分散，有線網(wǎng)絡(luò)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(fèi)用，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，少人甚至無人監(jiān)管具有重要的意義。將網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍更廣、網(wǎng)絡(luò)連接更方便的GPRS技術(shù)應(yīng)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(shí)現(xiàn)污水處理現(xiàn)場的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。
GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式將資料傳送到用戶手上。GPRS被廣泛應(yīng)用于WWW瀏覽、信息查詢、遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域。GPRS可以穩(wěn)定地傳送大容量的高質(zhì)量音頻與視頻文件，實(shí)際應(yīng)用GPRS可提供高達(dá)56~115kb/s的傳輸速度，高理論值能達(dá)171.2kb/s。當(dāng)進(jìn)行通信時(shí)，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(hào)Modem建立連接。對(duì)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(gè)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(jì)費(fèi)以用戶通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)。GPRS技術(shù)具有高速傳輸、永遠(yuǎn)在線和價(jià)格低廉等三大特點(diǎn)，特別運(yùn)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(duì)于發(fā)達(dá)國家而言起步較晚，目前城市污水處理率只有6.7%。結(jié)合我國實(shí)際情況，參考國外先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)好污水處理廠應(yīng)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(shù)有機(jī)結(jié)合等幾個(gè)發(fā)展方向。我污水處理廠網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用分級(jí)處理工藝，分為一級(jí)處理和二級(jí)處理。一級(jí)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(zhì)。二級(jí)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(jī)物以及氮、磷等營養(yǎng)物。
對(duì)于污水處理廠而言，存在大量傳感器、控制器等現(xiàn)場設(shè)備，他們通常相當(dāng)零散的分布在較大的范圍內(nèi)，由他們構(gòu)成的控制底層網(wǎng)絡(luò)，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制信息量不大，信息傳輸?shù)娜蝿?wù)較簡單，但對(duì)其傳輸信息的實(shí)時(shí)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(dǎo)致數(shù)據(jù)采集點(diǎn)相對(duì)分散，距離遠(yuǎn)，不便集中管理。因此，采用PLC CC-Link GPRS組成雙層網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)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(diǎn)、GPRS通訊、遠(yuǎn)程監(jiān)控上位PC機(jī)4個(gè)部分組成。各現(xiàn)場智能設(shè)備分別作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間、現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)之間的信息傳遞與溝通。向上傳送信息實(shí)現(xiàn)資源共享、集中管理，向下延伸擴(kuò)大控制規(guī)模、分散控制，完成各種復(fù)雜的綜合自動(dòng)化功能。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由PLC編程，上位機(jī)監(jiān)控和HMI的觸摸屏人機(jī)界面構(gòu)成SCADA系統(tǒng)。通過PLC編程實(shí)現(xiàn)污水處理流程的控制，設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含自動(dòng)、手動(dòng)兩種互相獨(dú)立的操作方式，主站實(shí)現(xiàn)開關(guān)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(luò)傳送給變頻器和從站，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的控制。從站主要負(fù)責(zé)與上位機(jī)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(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)等。
由于對(duì)污水處理的多項(xiàng)工藝指標(biāo)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，保證工藝要求，現(xiàn)場情況又十分復(fù)雜，不適宜工作人員長期進(jìn)行現(xiàn)場操作，因此為了便于工作人員對(duì)現(xiàn)場的遠(yuǎn)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、靈活的組態(tài)方式和數(shù)據(jù)鏈接功能，用其構(gòu)造監(jiān)控系統(tǒng)能大大縮短開發(fā)時(shí)間，并能保證系統(tǒng)的質(zhì)量，操作人員可以通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面向PLC發(fā)出各種控制命令，還可同時(shí)將PLC的各種實(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)圖表和圖形表示出來，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的全程監(jiān)控，易控軟件系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)報(bào)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(dòng)刷新，使監(jiān)測界面實(shí)時(shí)反映污水處理流程中各個(gè)環(huán)節(jié)的水質(zhì)情況，自動(dòng)保存實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)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(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場人機(jī)界面相同的手動(dòng)、自動(dòng)運(yùn)行切換功能。當(dāng)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(shí)，該監(jiān)控系統(tǒng)可發(fā)出循環(huán)聲音報(bào)警信號(hào)，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(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場緊急事件的處理，也可以切換至手動(dòng)方式，直接控制閥門開關(guān)，泵的啟停。該網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了軟件操作人員登錄管理機(jī)制，設(shè)置了多級(jí)權(quán)限，實(shí)現(xiàn)多級(jí)控制，因此可將一套監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于多級(jí)管理機(jī)構(gòu)，節(jié)省了資源。
利用GPRS通訊技術(shù)，使得控制系統(tǒng)更加靈活、可操作、方便擴(kuò)大控制規(guī)模，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和上位機(jī)監(jiān)視畫面。通過GPRS無線通訊技術(shù)，使這些節(jié)點(diǎn)形成了具有一定規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過把底層網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)與控制信號(hào)的雙向收發(fā)，構(gòu)成了一個(gè)典型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)終端。借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)和終端，構(gòu)建一個(gè)靈活、易操控、的污水處理網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。
(本文作者系北控水務(wù)楊偉，原文標(biāo)題：借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建污水處理網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng))
