用于污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的無線通訊解決方案
隨著我國經(jīng)濟的高速發(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)濟的持續(xù)、健康增長和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán),，必須對工業(yè)及生活污水加以處理,。目前，在我國主要城市和經(jīng)濟發(fā)達地區(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)濟欠發(fā)達地區(qū)的縣市和小城鎮(zhèn)沒有對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)在未來若干年內(nèi)必然會建立污水處理廠,。小城鎮(zhèn)量大面廣，對污水處理設施的需求量很大,。同時,，受投資額的限制，這些污水處理廠更愿意采用經(jīng)濟,、實用的產(chǎn)品,。本文介紹的監(jiān)控系統(tǒng)在滿足污水處理設備安全、高效運行的同時具有很好的性價比,，具有良好的經(jīng)濟,、社會效益和推廣前景。
原方案分析
在污水處理廠內(nèi),，各種污水處理設備分布較分散。為監(jiān)視現(xiàn)場設備的運行參數(shù)和運行狀態(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)場檢測、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)場檢測儀表檢測到的設備參數(shù)和運行狀態(tài)經(jīng)過處理后通過計算機網(wǎng)絡上傳至中央控制室，中央控制室內(nèi)的運行人員通過監(jiān)控計算機監(jiān)視全廠設備的運行狀態(tài),。運行人員根據(jù)運行參數(shù)和設備運行狀態(tài)發(fā)出各種控制指令,，控制指令通過計算機網(wǎng)絡傳到現(xiàn)場，控制設備的相應動作,。
現(xiàn)場需要對模擬量和開關量進行監(jiān)控,，主要模擬量有流量信號,、液位信號、壓力信號,、閥門開度信號等,，主要開關量信號有刮泥車和吸泥車的啟動、停止,、運行,、到位、故障及真空泵的工作狀態(tài)等等,。這些現(xiàn)場設備與中央控制室距離較遠,，目前大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)由分布式I/O完成檢測與控制，現(xiàn)場設備與中央控制室之間的數(shù)據(jù)交換大都采用DP網(wǎng)絡連接方式,，在中央控制室設置DP主站,，現(xiàn)場設備作為DP從站掛在DP網(wǎng)上。系統(tǒng)結構簡圖如圖1所示,。一個污水處理廠包括多個現(xiàn)場設備,，每個現(xiàn)場設備作為1個DP從站連接到DP總線上。采用這樣連結方式,，現(xiàn)場施工工程量很大,，需要架設電纜和橋架，費用較高,，并且每個DP從站與DP主站之間采用有線連接,，電纜容易損壞，維護起來比較麻煩,。
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針對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的缺點,，我們提出了基于和利時公司小型一體化PLC HOLLiAS-LEC G3的無線解決方案。該方案的系統(tǒng)結構如圖2所示,。與傳統(tǒng)通訊方案相比,，該方案在現(xiàn)場設備和中央監(jiān)控室間采用了無線通訊方式，具有傳輸距離長,、可靠性好,、抗干擾能力強、節(jié)省電纜,、維護成本低等優(yōu)點,。
方案設計
如圖2所示，該方案采用和利時公司的小型一體化PLC的CPU模塊LM3107進行數(shù)據(jù)采集和傳輸,。LM3107本身自帶 RS232通訊接口,，通過RS232連接到天線上，天線之間采用Modbus協(xié)議,，具備CRC校驗,，協(xié)議簡單,、可靠性高。通過天線,，可以實現(xiàn)遠距離Modbus無線通信,，從而實現(xiàn)了每個污水池（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DP通訊模塊接入DP總線,，這樣就可以實現(xiàn)所有現(xiàn)場設備（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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對于污水池采集上來的數(shù)據(jù),，模擬量通過模擬量輸入模塊LM3310輸入到下位LM3107模塊（Modbus從站），開關量直接輸入下位LM3107模塊（Modbus從站）,，上位采用1個LM3107CPU模塊與1個LM3401DP從站模塊連接到DP網(wǎng)絡中,。
下位的LM3107通過RS232與無線通訊模塊連接作為Modbus從站，上位的LM3107通過RS232與無線通訊模塊連接作為Modbus主站,。LM3107模塊支持標準的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LM3401DP從站模塊與中央監(jiān)控室進行數(shù)據(jù)交換,。
無線通訊可以根據(jù)實際情況選擇如下Modbus通訊參數(shù)：
校驗：奇校驗,、偶校驗、無校驗
位數(shù)：7位,、8位
波特率：300bps ,、600bps、1200bps,、2400bps,、4800bps、9600bps,、19200bps,、38400bps
方案優(yōu)勢
本文提出的解決方案具有如下優(yōu)勢：
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)的可靠性和可維護性。
2. 采用無線通訊方式,，數(shù)據(jù)傳輸距離長，數(shù)據(jù)利用天線透傳,，傳輸?shù)木嚯x與天線有關,，最多5K米。
3. 采用LM3107可以實現(xiàn)最多247個Modbus從站互聯(lián),，節(jié)省了每個污水池的DP從站模塊費用,，取而代之的是每個污水池做為Modbus從站存在,，只需要1個DP從站即可實現(xiàn)所有的污水池數(shù)據(jù)與中心監(jiān)測站數(shù)據(jù)的交換。
結束語
經(jīng)過一段時間的調試和試運行,，由HOLLiAS-LEC G3系列小型一體化PLC作為控制系統(tǒng)的無線監(jiān)控方案已成功應用于污水處理現(xiàn)場,。實踐證明，該設計方案整體成本較低,、數(shù)據(jù)傳輸距離長,、可靠性好、抗干擾能力強,、維護成本低,、可操作性高，在市場中具備強有力的競爭能力,，為污水處理行業(yè)增添了一套完善的解決方案,。
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