張雪瑩
摘 要:本設(shè)計(jì)以污水處理為研究背景,采用STM32為控制核心,通過(guò)傳感器對(duì)工控量進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量,由PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接控制,采用C++ Builder 6.0進(jìn)行上位機(jī)開(kāi)發(fā),提出了集遠(yuǎn)程監(jiān)控、信息管理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的系統(tǒng)方案,并用GPRS通訊方式實(shí)現(xiàn)污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸和永遠(yuǎn)在線監(jiān)測(cè)。能夠使污水處理的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集真實(shí)可靠,效率更高,且能夠降低污水處理設(shè)備監(jiān)控的建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本。
關(guān)鍵詞:GPRS網(wǎng)絡(luò);遠(yuǎn)程監(jiān)控;污水處理;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
0 引言
在污水處理監(jiān)控方面存在著分布點(diǎn)零散,每個(gè)點(diǎn)設(shè)備不多的情況。對(duì)這些設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一直存在著難以解決的問(wèn)題,如鋪設(shè)線路成本高、維護(hù)費(fèi)用高、不易調(diào)整等。在我國(guó)的污水治理和大氣監(jiān)控項(xiàng)目中,所涉及的處理和監(jiān)控系統(tǒng),很多必須是無(wú)人值守的設(shè)備或監(jiān)測(cè)點(diǎn),不適合搭建有線通訊網(wǎng)絡(luò),若采用光纖或電臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊,不僅設(shè)備耗資巨大,而且滿足不了移動(dòng)的需要。高速的數(shù)據(jù)傳輸和永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn),配合按流量收費(fèi)的資費(fèi)方式,使GPRS的應(yīng)用具有了無(wú)可比擬的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。
1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
遠(yuǎn)程監(jiān)控是國(guó)內(nèi)外研究的前沿課題,國(guó)內(nèi)外都展開(kāi)了積極的研究。許多國(guó)際組織,如MIMOS、SMFP等紛紛進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控與故障診斷咨詢和技術(shù)推廣工作,并制定了一些信息交換格式和標(biāo)準(zhǔn)。法國(guó)ALARM研究組對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的智能報(bào)警和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)期研究,并在多個(gè)項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用。斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院合作開(kāi)發(fā)基于Internet的下一代遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷示范系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)基本處于研制階段,未見(jiàn)大范圍推廣應(yīng)用及產(chǎn)品出售。
2 本設(shè)計(jì)的架構(gòu)
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
本設(shè)計(jì)中整個(gè)GPRS污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)部分。下位機(jī)的部分在中期考核中有簡(jiǎn)要介紹,上位機(jī)部分主要是PC控制中心軟件的編寫以及服務(wù)器信息傳輸設(shè)計(jì)和應(yīng)用效果體現(xiàn)。整體設(shè)計(jì)可以完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示以及通過(guò)遠(yuǎn)程控制終端實(shí)現(xiàn)對(duì)制定的污水處理系統(tǒng)進(jìn)行控制。下位機(jī)的組成大致分為:STM32核心控制模塊、信息采集模塊、顯示屏、PLC控制模塊以及GPRS-DTU模塊。主要是各個(gè)污水處理車間或工廠的安裝裝置集成??梢詫?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、顯示、傳輸,以及實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的控制。
2.2 設(shè)備的選型
(1)STM32根據(jù)實(shí)際的變量和端口需要暫定選擇STM32F103VDT6,PLC選擇西門子系列。
(2)在TCP/UDP中選擇適合GPRS的傳輸協(xié)議,具體確定哪個(gè),可根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商、實(shí)測(cè)應(yīng)用效果以及外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量來(lái)進(jìn)一步確定。
(3)顯示屏選擇迪文科技的DGUS系統(tǒng)顯示屏,可以很好地支持二次組態(tài)開(kāi)發(fā),友好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)方式和真彩的觸摸屏顯示,電容屏觸摸更靈敏。
(4)顯示屏與主控機(jī)的通訊協(xié)議初步選擇使用顯示屏廠家的通訊協(xié)議,可以更好地減少程序編寫中的命令解析。
(5)上位機(jī)開(kāi)發(fā)使用C++ Builder 6.0版本的軟件,軟件的開(kāi)發(fā)和使用好評(píng)度較好,圖形化的開(kāi)發(fā)界面更直接便捷,很好地縮短了開(kāi)發(fā)周期。
(6)傳感器的信息采集以及通訊方式,本設(shè)計(jì)采用檢測(cè)儀表對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,監(jiān)測(cè)儀表采用RS-485 總線通信方式,所使用的檢測(cè)儀包括COD cr檢測(cè)儀、BOD 5檢測(cè)儀、SS檢測(cè)儀、色度檢測(cè)儀和pH 檢測(cè)儀。
3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和特色
污水處理的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì),實(shí)際上是將物聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)延用到工業(yè)領(lǐng)域,尤其在無(wú)線通訊方式(GPRS)的選擇和局域組網(wǎng)方面(WIFI、Zigbee)。
(1)本設(shè)計(jì)提供了一個(gè)污水處理的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控策略,工控的上位機(jī)開(kāi)發(fā),目前市場(chǎng)上大部分使用組態(tài)開(kāi)發(fā),本設(shè)計(jì)采用C++Builder進(jìn)行了.exe程序開(kāi)發(fā),加之TCP等協(xié)議支持,能夠讓用戶更方便對(duì)工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)控。
(2)上位機(jī)軟件采用C++編寫,更容易將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法通過(guò)調(diào)用MATLAB軟件功能,將算法加入到污水處理的控制過(guò)程中,同時(shí)也可以對(duì)優(yōu)化改進(jìn)的算法的驗(yàn)證提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。
(3)系統(tǒng)中考慮加入GSM短信通信模塊,用于將報(bào)警信息等通過(guò)短信形式發(fā)送給你制定的監(jiān)測(cè)者,避免工控環(huán)境中意外的發(fā)生。
(4)顯示屏模塊的增加,使得人工可以在現(xiàn)場(chǎng)方便地讀取到實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)信息,或者進(jìn)行緊急控制。
(5)遠(yuǎn)程的無(wú)線監(jiān)控方式,可以解決監(jiān)控區(qū)域分散,難以統(tǒng)一管理的問(wèn)題,可以同時(shí)對(duì)多個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,節(jié)約了成本,便于集中管理。
4 結(jié)束語(yǔ)
在工業(yè)污水的處理中,由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的環(huán)境比較惡劣,根據(jù)污水處理工藝流程的需要,對(duì)污水進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,本設(shè)計(jì)GPRS污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)部分。通過(guò)傳感器對(duì)工控量進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量,由PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接控制,采用C++ Builder 6.0進(jìn)行上位機(jī)開(kāi)發(fā),提出了集遠(yuǎn)程監(jiān)控、信息管理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的系統(tǒng)方案,本設(shè)計(jì)中的監(jiān)控系統(tǒng)使用方案的選擇,實(shí)際并不只是考慮到工業(yè)應(yīng)用,還可以延伸到其他領(lǐng)域應(yīng)用。投入成本較低,遠(yuǎn)距離通信質(zhì)量有保障,能夠應(yīng)對(duì)間斷、突發(fā)性的數(shù)據(jù)通信,且易于調(diào)整,維護(hù)成本較低。
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(作者單位:永城職業(yè)學(xué)院)