用于污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)線通訊解決方案
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化程度的不斷提高，工業(yè)污水和生活污水日益增多。為維持經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、健康增長(zhǎng)和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，必須對(duì)工業(yè)及生活污水加以處理。目前，在我國(guó)主要城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的城鎮(zhèn)均已建成了各種規(guī)模的污水處理廠，但大部分經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的縣市和小城鎮(zhèn)沒(méi)有對(duì)各類污水采取處理措施，而是直接排入附近河流。隨著環(huán)保要求的不斷提高，未采取污水處理措施的小城鎮(zhèn)在未來(lái)若干年內(nèi)必然會(huì)建立污水處理廠。小城鎮(zhèn)量大面廣，對(duì)污水處理設(shè)施的需求量很大。同時(shí)，受投資額的限制，這些污水處理廠更愿意采用經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的產(chǎn)品。本文介紹的監(jiān)控系統(tǒng)在滿足污水處理設(shè)備安全、高效運(yùn)行的同時(shí)具有很好的性價(jià)比，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和推廣前景。
原方案分析
在污水處理廠內(nèi)，各種污水處理設(shè)備分布較分散。為監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，需要建立一套中央監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集和處理、數(shù)據(jù)通訊和中央監(jiān)控等部分組成，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表檢測(cè)到的設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)過(guò)處理后通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上傳至中央控制室，中央控制室內(nèi)的運(yùn)行人員通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)視全廠設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)出各種控制指令，控制指令通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳到現(xiàn)場(chǎng)，控制設(shè)備的相應(yīng)動(dòng)作。
現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)模擬量和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行監(jiān)控，主要模擬量有流量信號(hào)、液位信號(hào)、壓力信號(hào)、閥門開(kāi)度信號(hào)等，主要開(kāi)關(guān)量信號(hào)有刮泥車和吸泥車的啟動(dòng)、停止、運(yùn)行、到位、故障及真空泵的工作狀態(tài)等等。這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與中央控制室距離較遠(yuǎn)，目前大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)由分布式I/O完成檢測(cè)與控制，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與中央控制室之間的數(shù)據(jù)交換大都采用DP網(wǎng)絡(luò)連接方式，在中央控制室設(shè)置DP主站，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為DP從站掛在DP網(wǎng)上。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。一個(gè)污水處理廠包括多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為1個(gè)DP從站連接到DP總線上。采用這樣連結(jié)方式，現(xiàn)場(chǎng)施工工程量很大，需要架設(shè)電纜和橋架，費(fèi)用較高，并且每個(gè)DP從站與DP主站之間采用有線連接，電纜容易損壞，維護(hù)起來(lái)比較麻煩。
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針對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，我們提出了基于和利時(shí)公司小型一體化PLC HOLLiAS-LEC G3的無(wú)線解決方案。該方案的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。與傳統(tǒng)通訊方案相比，該方案在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和中央監(jiān)控室間采用了無(wú)線通訊方式，具有傳輸距離長(zhǎng)、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)省電纜、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
方案設(shè)計(jì)
如圖2所示，該方案采用和利時(shí)公司的小型一體化PLC的CPU模塊LM3107進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸。LM3107本身自帶 RS232通訊接口，通過(guò)RS232連接到天線上，天線之間采用Modbus協(xié)議，具備CRC校驗(yàn)，協(xié)議簡(jiǎn)單、可靠性高。通過(guò)天線，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離Modbus無(wú)線通信，從而實(shí)現(xiàn)了每個(gè)污水池（Modbus從站）的數(shù)據(jù)與上位（Modbus主站）之間的數(shù)據(jù)交換。然后，Modbus主站再通過(guò)DP通訊模塊接入DP總線，這樣就可以實(shí)現(xiàn)所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（Modbus從站）與中央監(jiān)控室（DP主站）之間的數(shù)據(jù)交換，完成數(shù)據(jù)采集與控制功能。
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對(duì)于污水池采集上來(lái)的數(shù)據(jù)，模擬量通過(guò)模擬量輸入模塊LM3310輸入到下位LM3107模塊（Modbus從站），開(kāi)關(guān)量直接輸入下位LM3107模塊（Modbus從站），上位采用1個(gè)LM3107CPU模塊與1個(gè)LM3401DP從站模塊連接到DP網(wǎng)絡(luò)中。
下位的LM3107通過(guò)RS232與無(wú)線通訊模塊連接作為Modbus從站，上位的LM3107通過(guò)RS232與無(wú)線通訊模塊連接作為Modbus主站。LM3107模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的Modbus RTU協(xié)議，所以上位與下位LM3107之間采用Modbus通訊。上位的LM3107再通過(guò)LM3401DP從站模塊與中央監(jiān)控室進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
無(wú)線通訊可以根據(jù)實(shí)際情況選擇如下Modbus通訊參數(shù)：
校驗(yàn)：奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、無(wú)校驗(yàn)
位數(shù)：7位、8位
波特率：300bps 、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps
方案優(yōu)勢(shì)
本文提出的解決方案具有如下優(yōu)勢(shì)：
1. 只需要1條DP線就可以把所有污水池采集的數(shù)據(jù)傳送到中心監(jiān)控室DP主站，與傳統(tǒng)通信方案相比節(jié)省了大量通訊線纜，同時(shí)也減小了線纜施工工作量，提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。
2. 采用無(wú)線通訊方式，數(shù)據(jù)傳輸距離長(zhǎng)，數(shù)據(jù)利用天線透?jìng)，傳輸(shù)木嚯x與天線有關(guān)，最多5K米。
3. 采用LM3107可以實(shí)現(xiàn)最多247個(gè)Modbus從站互聯(lián)，節(jié)省了每個(gè)污水池的DP從站模塊費(fèi)用，取而代之的是每個(gè)污水池做為Modbus從站存在，只需要1個(gè)DP從站即可實(shí)現(xiàn)所有的污水池?cái)?shù)據(jù)與中心監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)的交換。
結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)試和試運(yùn)行，由HOLLiAS-LEC G3系列小型一體化PLC作為控制系統(tǒng)的無(wú)線監(jiān)控方案已成功應(yīng)用于污水處理現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)踐證明，該設(shè)計(jì)方案整體成本較低、數(shù)據(jù)傳輸距離長(zhǎng)、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)成本低、可操作性高，在市場(chǎng)中具備強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)能力，為污水處理行業(yè)增添了一套完善的解決方案。
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