基于GPRS的物聯(lián)網(wǎng)終端的污水處理廠網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

4 污水處理網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

4.1硬件系統(tǒng)架構(gòu)

對于污水處理廠而言，存在大量傳感器、控制器等現(xiàn)場設(shè)備，他們通常相當(dāng)零散的分布在較大的范圍內(nèi)，由他們構(gòu)成的控制底層網(wǎng)絡(luò)，單個節(jié)點的控制信息量不大，信息傳輸?shù)娜蝿?wù)較簡單，但對其傳輸信息的實時性、快速性要求較高。又因為污水處理的水池體積都較為龐大,更導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集點相對分散,距離遠(yuǎn)，不便于集中管理。因此,本系統(tǒng)采用三菱PLC+CC-Link+ GPRS組成雙層網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)?硬件系統(tǒng)由PLC系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集節(jié)點、GPRS通訊、遠(yuǎn)程監(jiān)控上位PC機4個部分組成。硬件結(jié)構(gòu)圖如4.1。

圖 4.1 污水處理自動控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)污水處理的工藝要求，選用三菱Q00J的CUP作為主站，用F700變頻器，遠(yuǎn)程輸入、遠(yuǎn)程輸出、遠(yuǎn)程A/D模塊，F(xiàn)X2N系列PLC作為從站，構(gòu)成污水處理的CC-Link現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場總線就是通過一對傳輸線將分散孤立的帶有通訊功能的自動化設(shè)備或模塊互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)。它作為紐帶將掛在總線上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成自動化系統(tǒng)，把通訊線路延伸到現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)備，構(gòu)成生產(chǎn)自動化的現(xiàn)場設(shè)備和儀表互聯(lián)的現(xiàn)場通訊網(wǎng)絡(luò)。

各現(xiàn)場智能設(shè)備分別作為一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)各節(jié)點之間、現(xiàn)場節(jié)點與上位機之間的信息傳遞與溝通。向上傳送信息實現(xiàn)資源共享、集中管理，向下延伸擴大控制規(guī)模、分散控制。完成各種復(fù)雜的綜合自動化功能。

CC-Link現(xiàn)場總線技術(shù)具有節(jié)省配線，實現(xiàn)高速通信，使系統(tǒng)更加具有靈活性的特點。同時具有豐富的功能：簡單的系統(tǒng)組態(tài)功能，自動刷新功能，豐富的RAS（Reliability Availability Serviceability）功能，預(yù)約站功能，備用主站功能，子站脫離功能，自動上線功能，監(jiān)控功能等。

CC-Link現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運用于控制系統(tǒng)，極大的提高了控制系統(tǒng)的靈活性和可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)的一體化和協(xié)調(diào)性 。

將FX2N系列的RS-422內(nèi)置接口連接HMI(Human Machine Interface )人機界面接口，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場控制；將 FX2N系列FX2N-485-BD擴展接口與DTU(Data Transfer unit)連接。DTU全稱為數(shù)據(jù)傳輸單元（沈陽市興達(dá)科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)），是專門用來將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)P數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無線終端設(shè)備。它具有組網(wǎng)迅速靈活，建設(shè)周期短、成本低，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，安全保密性能高的優(yōu)點。DTU上電運行后先注冊到移動的GPRS網(wǎng)絡(luò),然后與后臺中心建立SOCKET連接，后臺中心作為SOCKET的服務(wù)端。DTU是SOCKET連接的客戶端?在建立連接后，前端的現(xiàn)場設(shè)備和后臺中心就可以通過DTU進(jìn)行雙向無線數(shù)據(jù)傳輸。從而實現(xiàn)該系統(tǒng)的無線遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視。

4.2軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)的設(shè)計由PLC編程，上位機監(jiān)控和HMI的觸摸屏人機界面構(gòu)成SCADA( Supervisor Control And Data Acquisiti)系統(tǒng)。

考慮到運行的安全性和靈活性，系統(tǒng)有自動、手動2種操作方式，且2種操作方式互相獨立?在自動方式下，PLC取得完全的控制權(quán)，它根據(jù)預(yù)定的工藝流程對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。上位機起“監(jiān)視”的作用，只有檢測到異常時，它才會相應(yīng)產(chǎn)生報警信號以提醒工作人員。在步操和點操下，PLC處于等待狀態(tài)，上位機根據(jù)操作人員從輸入設(shè)備輸入的信息向PLC發(fā)出相應(yīng)的指令，然后，PLC才控制現(xiàn)場設(shè)備的動作，手動操作是指根據(jù)畫面上的步序開關(guān)或閥門來控制設(shè)備的運行?各步序通過時間或根據(jù)水質(zhì)、工藝要求來控制。