污水檢測(cè)信息無(wú)線傳輸監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：本設(shè)計(jì)利用PLC、組態(tài)王監(jiān)控軟件及GPRS模塊實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)中關(guān)鍵信息采集、無(wú)線傳輸及上位機(jī)監(jiān)控。具體介紹了設(shè)計(jì)方案、ZHD780DTU組網(wǎng)方案、組態(tài)王監(jiān)控畫面的設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該系統(tǒng)能夠?qū)⑦h(yuǎn)程采集的數(shù)據(jù)完整發(fā)送于上位機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：GPRS；無(wú)線傳輸；組態(tài)監(jiān)控PLC

隨著信息化社會(huì)的逐漸深入和人工智能時(shí)代的來(lái)臨，信息技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用逐漸蓬勃發(fā)展，并且?guī)?lái)了實(shí)際效益[1]。工業(yè)污水排放，作為工業(yè)控制的一部分，無(wú)論從工業(yè)生產(chǎn)、安全和效能方面還是節(jié)能環(huán)保方面都顯得尤為重要。在污水處理行業(yè)引用計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作不僅能夠做到經(jīng)濟(jì)、高效，而且能夠減少地下操作引發(fā)的事故，保障了生產(chǎn)的安全性[2]。PLC工控技術(shù)已經(jīng)非常成熟，結(jié)合GPRS技術(shù)以及組態(tài)王監(jiān)控畫面技術(shù)為工業(yè)污水檢測(cè)打造高效化、網(wǎng)絡(luò)化、安全性高的管理系統(tǒng)提供了良好的基礎(chǔ)[3]?；谝陨希O(shè)計(jì)一款能將污水處理系統(tǒng)中各檢測(cè)設(shè)備的狀態(tài)穩(wěn)定可靠實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，使其能夠及時(shí)監(jiān)控和反饋相關(guān)數(shù)據(jù)。具體通過(guò)主控制器采集各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)信息并且存儲(chǔ)處理，使用GPRS無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，通過(guò)組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)畫面的監(jiān)控。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要利用PLC及組態(tài)王監(jiān)控軟件結(jié)合GPRS無(wú)線通信模塊完成對(duì)污水中溶解氧濃度、pH值、溫度值的監(jiān)測(cè)及處理[4]。PLC與終端設(shè)備（pH值傳感器、溶解氧傳感器、電磁閥等）進(jìn)行連接，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)STEP7Micro/WIN環(huán)境進(jìn)行編程，PLC將運(yùn)算結(jié)果輸出，通過(guò)各執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中各參數(shù)值的調(diào)控。整個(gè)控制系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。PLC作為下位機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集的信號(hào)通過(guò)GPRS無(wú)線通信裝置傳輸給上位機(jī)。1.1上位機(jī)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中上位機(jī)通常采用工控機(jī)。其主要功能為對(duì)電動(dòng)機(jī)、變頻器及電磁閥等的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制、并實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、及時(shí)處理等功能；工控機(jī)通過(guò)組態(tài)監(jiān)控軟件顯示工藝流程、溶解氧、pH值、溫度等模擬量值，并繪制實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線。1.2下位機(jī)設(shè)計(jì)。下位機(jī)采用西門子S7-200系列PLC，可直接控制電動(dòng)機(jī)和電磁閥，同時(shí)通過(guò)模擬量擴(kuò)展模塊采集現(xiàn)場(chǎng)溶解氧濃度、pH值、溫度值等值。根據(jù)工藝要求，PLC上電自檢無(wú)誤后會(huì)自動(dòng)根據(jù)外部傳送的信號(hào)及程序的執(zhí)行來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的啟停及變頻器的轉(zhuǎn)速等。1.3無(wú)線通訊PLC。與上位機(jī)通過(guò)GPRSDTU設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，監(jiān)控主機(jī)通過(guò)定義的虛擬設(shè)備將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控畫面，完成數(shù)據(jù)的顯示和監(jiān)控。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒炭驁D如圖1所示。

2ZHD780DTU組網(wǎng)方案

2.1GPRS（ZHD780DTU）產(chǎn)品概述。本設(shè)計(jì)無(wú)線通訊模塊選用振鴻偉業(yè)研發(fā)的工業(yè)級(jí)4G全網(wǎng)通DTU產(chǎn)品ZHD780DTU系列產(chǎn)品。該設(shè)備通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)可輕松實(shí)現(xiàn)串口到網(wǎng)絡(luò)的雙向數(shù)據(jù)透明傳輸。ZHD780DTU系列采用靈活的RS232/485端子接口或者DB9接線方式與終端設(shè)備連接，從而實(shí)現(xiàn)客戶終端設(shè)備與服務(wù)器間的通訊。2.2ZHD780DTU產(chǎn)品功能及技術(shù)參數(shù)。ZHD780DTU設(shè)備性能穩(wěn)定且可靠，它支持寬電壓范圍輸入、用戶串口參數(shù)設(shè)定、內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議棧、參數(shù)配置永久保存、自動(dòng)心跳、保持永久在線、動(dòng)態(tài)IP地址數(shù)據(jù)中心DNS域名尋址并提供串口數(shù)據(jù)雙向轉(zhuǎn)換功能。ZHD780DTU產(chǎn)品中的RS232/485（接線端子）有接口穩(wěn)定可靠、插拔方便、接線簡(jiǎn)單易懂等優(yōu)勢(shì)。2.3ZHD780DTU組網(wǎng)方案。本設(shè)計(jì)考慮到組網(wǎng)為上、下位機(jī)間交互且規(guī)模較小及應(yīng)用到實(shí)際中的成本問(wèn)題，設(shè)計(jì)選用了中心采用ADSL和INTELNET公網(wǎng)連接，采用公網(wǎng)固定IP或者公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP+DNS解析服務(wù)的方案。此方案應(yīng)先向INTERNET運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)ADSL等寬帶業(yè)務(wù)。2.4ZHD780DTU的調(diào)試。2.4.1DTU參數(shù)配置。打開(kāi)2G/3G/4GDTU參數(shù)配置軟件，根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的串口號(hào)，本設(shè)計(jì)選擇的是COM1串口，波特率為9600，停止位為1，校驗(yàn)位None。設(shè)置完畢，點(diǎn)擊“一鍵讀取”按鈕，讀取DTU的配置信息和系統(tǒng)參數(shù)，如圖2所示。此時(shí)DTU配置成功，關(guān)閉配置程序，避免程序之間造成沖突。2.4.2DTU與服務(wù)器連接。打開(kāi)服務(wù)器軟件，點(diǎn)擊“創(chuàng)建服務(wù)器”，把“本機(jī)端口”設(shè)置為2000，將“本機(jī)端口”和DTU處的“主數(shù)據(jù)中心端口”設(shè)置成一致。點(diǎn)擊“啟動(dòng)服務(wù)器”按鈕，等待上線，大約等待10至30秒的時(shí)間，連線成功，界面有數(shù)據(jù)串傳輸成功的顯示。

3監(jiān)控畫面設(shè)計(jì)

3.1組態(tài)王串口設(shè)置。要把PLC和組態(tài)王關(guān)聯(lián)起來(lái)要用對(duì)組態(tài)王的串口進(jìn)行設(shè)置，由于本設(shè)計(jì)使用的是GPRS無(wú)線傳輸，4GDTU選用的控件為宏電TCP，因此，在此步設(shè)置中不可使用常規(guī)的PPI串口設(shè)置，而是要將組態(tài)王板卡的設(shè)置選擇莫迪康ModbusRTU來(lái)作為通訊串口。在莫迪康ModbusRTU板卡中新建I/0通訊設(shè)備，并且命名為CPU226，同時(shí)虛擬設(shè)備選擇宏電TCP，此設(shè)置保證了組態(tài)王和上位機(jī)的正常通訊。3.2數(shù)據(jù)詞典設(shè)置。將組態(tài)王和PLC相關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)詞典的設(shè)置是必不可少的，本設(shè)計(jì)對(duì)PLC和組態(tài)王的關(guān)聯(lián)遵循了Modbus協(xié)議。Modbus地址通常被寫為包含數(shù)據(jù)類型和偏移量的5個(gè)字符的數(shù)值。第一個(gè)字符決定數(shù)據(jù)類型，最后四個(gè)字符在數(shù)據(jù)類型中選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)值。Modbus主設(shè)備將地址映射，Modbus從站指令支持下列地址：00001至00128是映射至Q0.0-Q15.7的離散輸出；10001至10128是映射至I0.0-I15.7的離散輸入；30001至30032是映射至AIW0到AIW62的模擬輸入寄存器；40001至4xxxx是映射至V存儲(chǔ)器的保持寄存器。3.3監(jiān)控畫面的實(shí)現(xiàn)。畫面的制作與動(dòng)畫連接部分與普通用PPI連接一致，最終制作完成監(jiān)控畫面（如圖3）。畫面中主要對(duì)處理池中pH值、溶解氧、溫度、液位值進(jìn)行監(jiān)控，并顯示進(jìn)、出水泵、加藥泵的啟停及曝氣機(jī)狀態(tài)。

4結(jié)論

此設(shè)計(jì)使用振鴻偉業(yè)生產(chǎn)的ZHD780DTU作為PLC與上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的無(wú)線傳輸設(shè)備，不僅能準(zhǔn)確高效滿足污水處理中各檢測(cè)數(shù)值的遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸，而且能提供友好的人機(jī)交互監(jiān)控畫面，更能保證污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的安全性，且系統(tǒng)具有較好的擴(kuò)展性。

作者:馮冬梅 張朋 王朋 單位:天津天獅學(xué)院