基于云平臺的污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

施海祥

（江蘇豐正環(huán)?？萍加邢薰?，如皋 226551）

1 引言

污水處理，一直是水資源再生重要環(huán)節(jié)，它能夠?qū)ξ鬯幚韮艋⒆屛鬯軌蜻_(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)和回用水標(biāo)準(zhǔn)。因此，污水處理廠對于城市發(fā)展前行起到重要作用。在其發(fā)展過程中，也存在一些困難和不足。比如說分布廣監(jiān)控不到位、管理人員遠(yuǎn)程難以實(shí)時了解污水處理動態(tài)、各工藝段的工藝控制等。但是，通過云平臺建設(shè)，有效解決實(shí)時管理和數(shù)據(jù)交換及遠(yuǎn)程監(jiān)控等問題。所以，在新技術(shù)支持之下，對于污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)分析研究領(lǐng)域有現(xiàn)實(shí)方面意義。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在開始本文研究之前，我們首先得對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做個簡單介紹。

在云平臺設(shè)計之下，污水監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)涉及到很多方面。系統(tǒng)包括很多技術(shù)，比如說涉及到遠(yuǎn)程管理軟件系統(tǒng)、通信服務(wù)器等。在運(yùn)用這些軟件和服務(wù)器時候，其把傳感器、云計算等技術(shù)進(jìn)行高度融合。在從結(jié)合污水實(shí)際情況和要求出發(fā)前提之下，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠滿足運(yùn)行和維護(hù)管理多方面需求。同時，在處理污水過程當(dāng)中，還會實(shí)時進(jìn)行監(jiān)控和精細(xì)管理。

在云平臺污水監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，首先需要使用到現(xiàn)場設(shè)備來采集相關(guān)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分比如儀器儀表的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備啟停、運(yùn)行狀態(tài)、故障數(shù)據(jù)的采集等，這些數(shù)據(jù)可以通過現(xiàn)場PLC 進(jìn)行采集。上位監(jiān)控由監(jiān)控計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，在監(jiān)控計算機(jī)上通過PLC 程序管理軟件和上位監(jiān)控軟件來進(jìn)行工作，常用西門子STEP7和winCC 進(jìn)行組態(tài)，也可以用施耐德或AB 的軟件。然后通過現(xiàn)場服務(wù)器或監(jiān)控計算機(jī)把這些數(shù)據(jù)存儲起來。在此步驟當(dāng)中，這監(jiān)控系統(tǒng)還要能夠跟工業(yè)通信服務(wù)器進(jìn)行聯(lián)合。兩者之間要能夠?qū)嵭型ㄐ?，然后才能夠把信息傳輸?shù)皆破脚_。另外對于小型污水處理單元可以直接用遠(yuǎn)程控制模塊來實(shí)現(xiàn)，由遠(yuǎn)程控制模塊利用網(wǎng)絡(luò)或GPRS 直接送云平臺，云平臺接收到信號之后，就會把這些數(shù)據(jù)或者是信息傳給遠(yuǎn)程服務(wù)器終端。這時候監(jiān)控設(shè)備可以把污水處理廠實(shí)際情況及時反饋給工程師，從而可以有效采取措施解決問題，也能夠更好達(dá)到維護(hù)運(yùn)行目標(biāo)。同時，這個系統(tǒng)在智能手機(jī)上也能夠應(yīng)用，工作人員主要是通過網(wǎng)頁或者是app 對監(jiān)控數(shù)據(jù)，實(shí)時展開監(jiān)控。這樣一來，用戶可以通過遠(yuǎn)程方式獲取到設(shè)備運(yùn)行情況和狀態(tài)，能夠進(jìn)一步對現(xiàn)場狀況進(jìn)行判斷，從而可以做出最科學(xué)和最合理決策。

3 系統(tǒng)設(shè)計

在設(shè)計污水處理廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)過程當(dāng)中，會涉及到很多方面，可能需要使用到新型技術(shù)。以下就針對其系統(tǒng)設(shè)計分析研究。

3.1 概述

水廠處理云平臺監(jiān)控系統(tǒng)，其最終目標(biāo)就是要能夠?qū)ξ鬯畯S設(shè)備，還有處理工藝進(jìn)行智能和精細(xì)化控制管理。在此過程當(dāng)中，其還需要加強(qiáng)對機(jī)器設(shè)備檢測故障處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時候，可以有效解決。這個系統(tǒng)可以分為五個層面。分別是認(rèn)知層、配置層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、智能感知層。其主要是通過無線安裝方式，采取智能終端設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)來采集數(shù)據(jù)。所采集到的數(shù)據(jù)包括很多方面，比如說現(xiàn)場控制器反應(yīng)數(shù)據(jù)，重要設(shè)備診斷情況數(shù)據(jù)等。然后再通過預(yù)先處理上傳到云服務(wù)器當(dāng)中，服務(wù)器可以自動對這些采集數(shù)據(jù)分析并存儲，然后把分析結(jié)果提供給工藝工程師和主管部門。

3.2 污水處理工藝簡介

污水處理領(lǐng)域是一個面廣而復(fù)雜的領(lǐng)域，一般分為大、中、小三種規(guī)模的處理系統(tǒng)，又有工業(yè)廢水和市政污水之分。常用工藝有A2O、CAST、SBR、MBR、MBBR、氧化溝等工藝；在系統(tǒng)當(dāng)中所涉及到污水治理廠（站）和配套的提升泵站，主要是包括建設(shè)中和運(yùn)營中項目。污水處理時主要是針對不同污水采取不同工藝來進(jìn)行處理，處理過程當(dāng)中可以采取先物化后生化的處理模式。在各工藝段都要進(jìn)行工藝參數(shù)的控制，根據(jù)在線監(jiān)測儀表讀數(shù)實(shí)時調(diào)整工藝參數(shù)，確保出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。在設(shè)置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的時候，可以對以下這些方面進(jìn)行優(yōu)化，能自動控制的減少人工控制、減少工人的勞動強(qiáng)度。比如液位差計和時間控制格柵的啟停、通過溶氧控制風(fēng)機(jī)的頻率、加藥系統(tǒng)的投加量和投加頻次、污泥脫水的自動化等。污水廠運(yùn)營和維修時候容易出現(xiàn)問題，應(yīng)該及時調(diào)派人員定期值守和檢查。

3.3 平臺數(shù)據(jù)傳輸

最能夠反映污水狀態(tài)的指標(biāo)就是進(jìn)出水流量、液位、PH、DO、COD、NH3-N、TP、TN 和各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等。污水處理現(xiàn)場，其儀表數(shù)據(jù)主要是通過傳感器和現(xiàn)場儀表來收集。然后再通過現(xiàn)場總線（modbus、Profibus-PA、工業(yè)以太網(wǎng)等）或者4-20mA 送到PLC 中，然后在這里面進(jìn)行簡單數(shù)據(jù)處理，讓數(shù)據(jù)能夠轉(zhuǎn)化為標(biāo)量整數(shù)或者是浮點(diǎn)數(shù)。但是，此過程當(dāng)中可能會因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)延遲情況造成數(shù)據(jù)間隔不一致。所以，在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，其數(shù)據(jù)幀應(yīng)該有時間標(biāo)注。通常情況之下，不同情況數(shù)據(jù)來源傳送周期為五秒到一分鐘。同時，PLC 控制器當(dāng)中應(yīng)該有邏輯控制程序，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)周期性故障時候，可以通過其容錯程序或者冗余備份來解決。當(dāng)PLC 采集數(shù)據(jù)可以送往現(xiàn)場服務(wù)器存儲或現(xiàn)場監(jiān)控計算機(jī)存儲，然后通過互聯(lián)網(wǎng)送至云平臺服務(wù)器。為了監(jiān)控污水處理廠實(shí)時狀態(tài)，可以采取攝像頭對各工藝段采集圖像，一并送至云平臺。

3.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于污水廠現(xiàn)場數(shù)據(jù)，主要是通過現(xiàn)場儀器儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可以用4-20mA 送PLC。開關(guān)量可以在電氣控制柜中通過無源開關(guān)觸點(diǎn)送PLC。同時，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)該有無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。對于遠(yuǎn)程使用泵站，現(xiàn)場配備潛水泵，水泵的啟?？梢杂靡何挥媮砜刂?，智能電表也要設(shè)置。出于成本考慮，可以不配置編程設(shè)備。通過液位分段智能控制，能夠及時把監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)回到污水站PLC。

3.5 服務(wù)器平臺設(shè)置

在設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)時候，其服務(wù)器最好是用B/S 結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在訪問端有比較好兼容性。當(dāng)服務(wù)器完成收集數(shù)據(jù)時候，其還可以分析存儲，也能夠接受動態(tài)界面外部訪問。當(dāng)服務(wù)器結(jié)構(gòu)主要是網(wǎng)頁前臺、后臺服務(wù)和中間三個部分。

對于網(wǎng)頁前臺程序，要是給客戶提供訪問支持，在污水處理平臺當(dāng)中，其主要包括基本面板和相關(guān)對象節(jié)點(diǎn)配置。同時，還包括組態(tài)完成訪問界面和施工工藝相一致。網(wǎng)頁后臺，主要是完成http 相應(yīng)交互。它可以通過鏈接方式請求數(shù)據(jù)傳輸，還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮存儲或者是查詢。對于服務(wù)器中間段，主要是提供各種模塊通訊?？梢越o第三方軟件提供opc 訪問權(quán)利，還可以對數(shù)據(jù)分析和設(shè)置有計劃控制任務(wù)。

4 結(jié)束語

通過云平臺下設(shè)置污水廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，能夠跟進(jìn)污水處理狀況和實(shí)時監(jiān)控設(shè)備情況。能夠促進(jìn)污水廠高效運(yùn)轉(zhuǎn)，提高污水廠生產(chǎn)運(yùn)行能力。同時，便于管理人員和工藝工程師實(shí)時調(diào)度，精準(zhǔn)控制工藝參數(shù)、確保污水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放，其出現(xiàn)也符合國家發(fā)展理念，這值得在污水處理行業(yè)推廣。