借助移动互联网构建污水处理网络监控系统

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中国水网编者按:移动互联网时代对环保产业的影响仍在继续。作为行业的领导者，北京企业水务有限公司积极参与时代变迁的思考，并将其融入公司文化，形成全体员工的习惯。此次以“移动互联网对环保产业的影响”为主题的征文活动，不仅受到了关注，而且迅速组织了数十篇稿件，执行力度很强，这让e20环境平台资深合伙人、中国水网/中国固体废弃物网/中国大气网总编辑程伟东感慨道:“连续几年领跑年度企业排行榜，北京水务一定有其深刻的原因。”从6月13日起，中国水网将从稿件中选择优秀稿件，并不断出版，供读者参考。请注意。本文作者是北京自来水公司的杨伟。

随着移动通信技术的飞速发展，目前基于gprs技术的无线通信正在被广泛应用。将该通信技术应用于网络控制系统，可以将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。在传统的污水处理中，一直存在着监控节点分散、有线网络数据传输受限等问题。为了提高生产效率，降低工程成本，实现远程监控，少人甚至无人监管意义重大。污水处理监控系统采用网络覆盖更广、网络连接更方便的Gprs技术，与现场传感器相结合，从根本上解决了上述问题，实现了污水处理现场的远程实时监控。

Gprs是一种高速数据处理技术，它以“分组”的形式向用户传输数据。Gprs广泛应用于www浏览、信息查询、远程监控等领域。Gprs可以稳定地传输大容量的高质量音频和视频文件。在实践中，gprs可以提供高达56~115kb/s的传输速度，最高理论值可以达到171.2 KB/s。在通信时，只要能够获得无线信道，gprs就可以建立连接，并且用户处于“在线”状态，因此不需要使用拨号调制解调器来建立连接。对于分组交换模式，用户在发送或接收数据时只占用资源，多个用户可以高效地共享同一个无线信道，从而提高资源利用率。计费主要基于用户传递的数据量。Gprs技术具有传输速度快、永远在线、价格低等三大特点，尤其适用于间歇、突发或频繁的数据传输场合。

与发达国家相比，我国污水处理起步较晚，目前城市污水处理率仅为6.7%。根据我国的实际情况和国外的先进技术和经验，污水处理厂的建设应遵循节约投资、降低成本、减少占地、脱氮效果显著、与现代技术有机结合等几个发展方向。我厂污水处理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，通过格栅拦截沉淀去除原水中的大颗粒悬浮物和沙粒。二级处理采用生物法，通过微生物接触氧化和水下曝气去除原水中悬浮和溶解的有机物及氮、磷等营养物质。

对于污水处理厂，有大量的现场设备，如传感器和控制器，它们通常分散在很大的范围内。由它们组成的控制底层网络，对于单个节点来说，控制信息量很小，信息传输任务简单，但要求信息传输的实时性和快速性。此外，污水处理池规模较大，导致数据采集点相对分散，距离较远，不便于集中管理。因此，采用plc+cc-link+gprs构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通信和远程监控计算机组成。每个现场智能设备作为一个网络节点，通过现场总线实现每个节点之间以及现场节点与上位机之间的信息传输和通信。信息向上传递，实现资源共享和集中管理，控制规模和分散控制向下扩展，完成各种复杂的综合自动化功能。软件系统设计包括plc编程、上位机监控和人机界面触摸屏人机界面。污水处理过程的控制由plc编程实现。设计系统包括两种独立的操作模式:自动操作和手动操作。主站实现对开关量和模拟量输入的采集，并将采集到的数据经过处理后通过cc-link网络传输到变频器和从站，从而实现现场控制。从站主要负责与上位机监控系统的通讯和具体的污水处理过程，包括泵的启动和电机的运行。

由于污水处理的许多工艺指标需要实时跟踪以保证工艺要求，而且现场情况非常复杂，不适合工人长期现场操作，所以为了方便工人对现场的远程监控和管理，我们借助易于控制的组态软件建立了监控系统。组态软件具有丰富的设备驱动、灵活的配置模式和数据链接功能，可以大大缩短开发时间，保证系统质量。操作人员可以通过计算机监控屏幕向plc发送各种控制命令，同时可以采集plc的各种实时数据，并以状态图、趋势图或条形图等动态图表和图形显示在用户屏幕上，从而实现对生产过程的全过程监控。易控制软件系统还具有实时报警和历史数据保存功能。易控软件中的cdma-gprs通信接口通道通过互联网与dtu-gprs相连。组态软件通过ptu接收plc现场总线发送到互联网的信息，并自动不断更新，使监控界面能够实时反映污水处理过程中各个环节的水质，并自动将数据信息保存为实时曲线、历史曲线和报表三种形式，以供管理、分析和决策。通过编写组态软件，可以实现与现场人机界面相同的手动和自动操作切换功能。当污水处理各环节的限值超过或低于限值时，监控系统会发出循环声音报警信号，直至故障消除。事件处理，通过监控系统，可以修改现场plc控制器寄存器中的值，实现现场紧急情况的处理，也可以切换到手动模式，直接控制阀门开关和泵的启停。网络监控系统设计了软件运营商的登录管理机制，设置了多级权限，实现了多级控制，因此一套监控系统可以应用于多级管理组织，节约了资源。

该控制系统采用gprs通信技术，更加灵活、可操作，便于扩展控制规模，实现远程监控和上位机监控画面。通过gprs无线通信技术，这些节点形成了一定规模的传感器网络。通过底层网络与上位机监控平台和互联网相结合，实现现场数据和控制信号的双向收发，构成典型的互联网终端。借助移动互联网平台和终端，构建了一个灵活、易操作、全方位的污水处理网络监控系统。

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