基于云平台的污水处理远程监控系统设计.pdf

第2 2 卷第2 期2023 年6 月济源职业技术学院学报Journal of Jiyuan Vocational and Technical CollegeVol.22No.2Jun.2023基于云平台的污水处理远程监控系统设计崔宗超，袁文婷,赵冬玲，张艳（1.济源职业技术学院汽车工程学院，河南济源459 0 0 0;2.河南机电职业学院互联网学院，河南郑州45119 1）摘要：在工业控制趋于信息化、智能化和网络化的背景下，远程监控应用成当今控制系统的迫切要求。随着云服务的普及应用，为提高污水处理设备的运行效率，减少运维成本，在工业云服务器上搭建污水处理远程监控运维平台，随时随地监控污水处理系统的设备工作状态和运行情况，实时对各种运行参数进行远程采集和存储等，并实现PLC程序的远程上下载，极大地提高了控制系统的自动化程度，全面提高企业的综合管控水平。关键词：云平台；远程监控;PLC；通信D0I:10.3969/j.issn.1672-0342.2023.02.009中图分类号：TM571.61文献标识码：A文章编号：16 7 2-0 342(2 0 2 3)0 2-0 0 48-0 7一、系统总体设计手机APP将现场PLC、摄像头、智能仪表、触摸屏、计算机等设备通过组网方式，由工业路由器连在一起组成一个现场控制系统,其中PLC控制器又将现场的各种传感器和执行器件连接起来 1。将工业路由器通过网线连接至SCG N9 8 0工业网关，再将工业网关通过有线或无线的方式连接至互联网，将现场设备采集到的各种信息通过工业网关实时上传至云平台存储，远端的智能设备通过网络，登录云平台后，便可以进行远程的实时监控和管理。将上位机组态技术、工业互联网应用、云平台、智能终端控制、数据处理技术、数字通讯技术等紧密结合,形成状态、数据、监控、管理于一体的远程监控系统 2 ,控制系统示意图如图1所示。二、污水处理工艺本系统设计针对本地一所医院的小型医疗污水处理项目,处理对象主要是医院的生活废水和医疗污水。污水经过一定处理后,达到城市污水排放标准要求,才能排放至市政管网，污水处理一般经过物理处理、生物处理和化学处理等处理过程。收稿日期：2 0 2 3-0 3-14基金项目：济源市2 0 2 0 年度科技攻关项目（2 0 0 2 2 0 0 7）作者简介：崔宗超（19 7 3一），男，河南济源人，副教授，研究方向为自动控制；赵冬玲（19 7 2 一），女，河南济源人，教授，研究方向为职业教育、工业互联网技术。48云平台互联网工业网关远端电脑以太网管理中心以太网智能仪表、HMI传感器电机图1控制系统示意图污水流入化粪池后先经过格栅的物理处理再流人调节池进行生物处理过程，由潜污泵将污水抽人厌氧池再到好氧池，由培养好的活性污泥对污水进行一系列生物处理,再经过沉淀池对污泥和清水进行分离,最后沉淀池中的清水流人消毒池中,根据水中的检测结果进行一定的化学消毒处理。经信工业路由器PLC摄像头电动阀水泵污泥回流崔宗超，袁文婷，赵冬玲，张艳：基于云平台的污水处理远程监控系统设计过以上三级处理后的水,再经过机械过滤器的进一步物理过滤，便可以实现达标排放或二次综合利医院化粪池污水达标排放三、现场控制系统(一)系统组成系统由一台现场 PC上位机（选用）、一台西门子2 0 0 SMARTPLC主机、模拟量扩展模块、数用，整个污水处理过程采用全封闭、地埋式设计 3如图2 医院污水处理工艺流程图所示。硝化液回流流量计格栅调节池风机暴气搅拌检测设备（氨氯NH3-N、化学需氧量COD、总氨TN、总磷TP、PH值、流量）上位机PC庆氧池暴气搅拌机械过滤器消毒池1高效杀菌剂吸人排出消毒装置个余氯自动检测装置图2 医院污水处理工艺流程图字量扩展模块、萤石云网络摄像机、霜蝉SC-GN980工业网关、2 台路由器、1台触摸屏、1台余氯自动检测和加药装置、1台机械自动过滤装置、1套水质在线检测设备、各种传感器及执行器等组成 4,如图3现场控制系统框图所示。接人互联网8口SC-GN980路由器工业网关好氧池沉淀池剩余污泥污泥池定期抽取处理网络路由器摄像头触携屏出水水质在线检测PLC西门子2 0 0 SMART模拟量扩展模块扩展模块数字量现场工作指示灯开关及报警指示图3现场控制系统框图（二）系统控制过程磷、COD、p H 值)等 5 现场的各类传感器将采集到的各种开关量信(三)系统控制要求号、4 2 0 mA标准电流模拟量信号、0 10 V的（1)系统具有远程手动控制、自动控制和现标准电压模拟量信号等传送到PLC的数字量输场手动控制功能。人端或模拟量扩展模块中,PLC对采集到的各种(2)系统采集数据可以在现场电脑上或云端数据进行运算处理，按照程序设计的功能要求,转进行存储管理。化为一定的数字量或模拟量输出，并通过继电器、(3)当数据超出设定的警戒值时，应实时发接触器、热继电器等控制现场的各种电磁阀、鼓风出报警或预警信号。机、水泵按照工艺设计要求自动运行。（4)现场可以对设备进行调试和管理。污水处理过程PLC接收的模拟量分别有以（5）可以在远端对现场设备进行监视和控制。下几种：进水流量、出水流量、调节池液位、消毒池（6)远端查看历史数据和报警信息。液位、好氧池污泥浓度、出水水质（氨氮、总氮、总（7）远程进行程序的上下载和调试。电磁阀余氯检测风机及加药装水泵等置机械过滤器传感器传感器模拟量数字量49济源职业技术学院学报192.168.10.100）。再将电脑的IP地址修改为四、云平台及远程控制系统192.168.2.99，盒子B0X1的IP地址修改为19 2.(一)云平台选择168.2.100,PLC（SMA R T 0 1）的IP地址修改为本设计采用上海霜蝉信息科技有限公司的192.168.2.1,如还有PLC或其它智能仪表需要SCICALA霜蝉云服务平台，可以实现现场设备与连接，需保持设置网段一致即可。参数设置完成上位机（Web、手机、PC)之间的相互通信。后，将网线接人盒子BOX1的WAN网口，通过以(二)云平台的功能太网方式连接云服务器,PLC通过路由器接入到通过霜蝉工业云平台实现对整个污水处理系盒子BOX1的LAN网口。统的监控,也可以通过手机小程序或者Web服务3.注册账号并登录器对云平台进行远程访问，可以实时显示污水处将电脑通过有线或无线的方式接入网络，安理设备状态和整体运行情况装SC-GNConfig软件并打开。设置账号：济职电(三)云平台搭建气0 0 1，密码*，需要后台审核通过。1.硬件连接登录后可以新建项目：电气工程0 0 1。点击编辑硬件采用上海霜蝉信息科技有限公司的霜蝉BOX,设置BOX参数，上网模式选择Ethernet有SC-GN980工业网关（简称盒子BOX1），可以实线方式。现现场PLC设备的数据采集、远程程序上下载及（四）监控组态设计故障诊断等，SC-GN980可以通过有线、WiFi、4G1.添加系统变量三种方式联网，本设计通过有线方式接入互联网。在SC-GNConfig软件中添加系统变量，下载2.参数设置至BOX，同时上传至云端保存。通过现场的一台电脑,先将电脑的IP地址设2.主画面设计为19 2.16 8.10.9 9（和B0X的初始IP地址保持在登录霜蝉工业云网站：，或软一个网段），连接SCG N9 8 0 工业网关的LAN件端点击进人平台，可在线进行组态开发，本设计口,查看盒子BOX1的IP地址（出厂默认IP为开发组态画面如图4所示。基于云平台的污水处理远程智能监控系统0 0:0 0:0 0 AM济源职业技术学院门河南企泰环境工程有限公司联合开发现场+手动二远程+自动系统状态显示医疗污水调节池液位计化炎池故障指示运行故障污泥浓度余氯超标出水水质风机房缺消毒剂田1#风机2#风机1#风机开关3.手机端画面设计手机端画面可以选择与上位机端相同画面，也可以根据需要设计手机端的画面应用。画面设计完成后点击保存上传，便可以实现云端同步，在手机端用微信小程序登录即可实时手机端的远程控制。50发量期日0 0 0 0 年0 0 月0 0 日调节池液位调节池流量12.34m12.34m3/hh12.34g/1调节池流里计污泥回流调节庆氧池40%阅门1水质在线监测达标氨氮：:2.34g/L排放COD:234g/L总氮：12 34g/L总磷：12 34g/LPH值：:2 34g/L出水流量12.34m3/h1234m图4主监控组态画面（五）视频监控应用通过在项目中添加视频链接，可以在组态监控中调用网络摄像头的视频。1.参数设置登录萤石云网站https:/ R ET、U R L 等信息分别写人，再打开视频监控便可以看到现场的监控视频信息。(六）远程编程远程电脑连接互联网，打开霜蝉SC-GNConfig软件,选择PLC的网段IP:192.168.2.*，接口类型：LAN,品牌型号一般选所有的PLC硝化液回流泵手污泥回流泵手动控制#消毒池提升泵手动控制讲消毒池提升泵#风机手动启停讲风机手动启停控制机械过滤器手动控制过滤器反冲手动控制即可，点击启动链接，直至显示开启远程编程成功。启动电脑中的PLC编程软件STEP7,选择通讯-通讯接口TCP/IP,添加输入对应的PLC的IP地址，找到地址19 2.16 8.2.1的PLC后，即可实现远程程序的上下载。五、现场PLC控制系统设计(一)硬件电路设计硬件电路包含：输入端子接线、输出端子接线、负载及指示灯接线、模拟量扩展模块接线四个部分，接线图如图5至图8 所示。系统自动运行转换系统手动运行转换调节池#潜污泵手动控制调节池饼潜污泵手动控制余氟自吸泵手动控制加药手动控制手动控制泵手动控制专控制220VAA5A1SA24VSBASBIOSBI1A1M10.010.110.2110.310.410.50.610.71LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.311.411.511.611.7712.012.1S7-200SMART图5输入端子接线图2LQ0.4.Q0.5Q0.6Q0.73LQ1.0Q1.1Q1.2Q1.312.212.312.412.512.612.74LQ1.4Q1.5Q1.6Q1.7DLN120240VAC24VDCL+M220(L)220（N)24+KM2KM3KMKM5KM6KM7KM8KNHY13HY14HY15T韩消毒池提升泵运行系统自动运行指示灯销化液回流泵运行污泥回流泵运行PLC系统手动运行指示灯运行指示灯#潜污泵KMIOKMIKM2KM3#风机运行#风机运行调护泡过滤器运行调护池1#潜污菜消毒池提升泵运行24-过滤器反冲运行余氯自吸泵运行加药泵运行声光报警一图6输出端子接线图;220V(L)FKM1KM1KM2KM2 KM3KM3KM4 KM4KM5KM5KM6KM6 KM7KM7KM8KM8KM9KM9KM1dKM10lKM1iKM11KM12KM12KM13KM14HY1&HY2220V(N)调节池一潜污泵调节池一潜污泵运行指示HY3调节池2 潜污泵调节池2 潜污泵运行指示HY4M5硝化液回流泵运行硝化液回流泵运行指示HY5污泥回流泵运行污泥回流泵运行指示HY6井消毒池提升泵运行#消毒池提升泵运行指示HY7饼消毒池提升泵运行饼消毒池提升泵运行指示HY8进风机运行讲风机运行指示HY9#风机运行讲风机运行指示HY10过滤器运行过滤器运行指示HY11过滤器反冲运行过滤器反冲运行指示HY12SGO1余氯自吸泵运行余氟自吸泵运行指示SG02加药泵运行加药泵运行指示声光报警一声光报警2-.宗图7负载及指示灯接线图51济源职业技术学院学报24VOV调护池坊达氨化学需氧量TN总城TP标氮水NH流3量-N24VOV24VOV24V+24V0+OV24V0+0模拟量输出EM-AM06模拟量输入1+1-调节池液位消毒池液位1+1-2+2-余氟仪输人24V+24V-COMI数字量输出3+3-污泥浓度10.7 10,6 10.5 10,4 10.3 10.210.1 10.0S7TCP-I08R-A11.711.611.511.411.311.211.111:011.DD3M数字量输入模拟量翰出Y4144-220（L)220（N)V13IM12模拟量输入13图8 模拟量扩展模块接线图（二)部分控制程序设计1.主程序设计系统上电后自动运行，分别运行潜污泵子程序、硝化回流泵子程序、污泥回流泵子程序、消毒提升泵子程序、鼓风机子程序、机械过滤器子程序、余氯及加药子程序、水质检测子程序，如图9主程序流程图所示。图9 主程序流程图2.潜污泵子程序设计工作要求：在自动控制状态时，当调节池水位VD300大于VD110设定水位高值（如12.0 m）时，1#潜污泵Q0.3和2#潜污泵Q0.4同时启动；52当调节池水位VD300小于VD100设定水位低值（如2.0 m）时,1#潜污泵Q0.3和2#潜污泵Q0.4同时停止；当调节池水位VD300大于VD100设定水位低值时，小于VD110设定水位高值时，1#潜污泵Q0.3和2#潜污泵Q0.4按照设定时间交替工作，同时系统可以在自动或手动运行之间进行切换，程序流程图如图10 潜污泵子程序流程所示。上电复位运行自动运行MO.0=0是潜污泵子程序运行硝化回流泵子程序运行污泥回流泵子程序运行消毒提升泵子程序运行鼓风机子程序运行机械过滤器子程序运行余氯及加药子程序运行水质检测子程序运行否自动运行是是水位大于设定高值否水位小于设定低值义否T37=0文是否Q0.3=0是1#水泵启动否T38=0是否Q0.4=0是2#水泵启动图10 潜污泵子程序流程手动运行10.6=1否是MO.2=1是是10.7=1否是MO.3=1否1#水泵停止2#水泵停止崔宗超，袁文婷，赵冬玲，张艳：基于云平台的污水处理远程监控系统设计其它子程序可以按照设计要求分别进行设计。（三）远程程序上下载在完成程序编写后,启动SC-GNConfig的远程编程功能,通过 SETP7编程软件对现场的PLC进行远程程序下载并运行。(四)现场调试现场调试主要分为以下内容的调试：1.硬件电路调试PLC的输人输出电路、传感器信号检测电路、继电器接触器输出控制电路、通讯网络电路、显示指示电路等，硬件电路一般易出现接线错误等故障，可通过调试程序逐个对硬件电路进行调试，对出现的接线错误分别予以排除 6 2.通讯调试通讯调试步骤如下：第一步:现场电脑连接BOX(工业网关)GN-980,登录SC-GNConfig软件,设置登录名称、登录密码、WAN口IP地址参数、LAN口IP地址参数等,将参数信息下载至BOX(工业网关)中 7 。2水位高度（cm）检测程序Always_On:SM0.04.监控组态画面的调试监控组态画面实现对现场的温度、水位、流量等各种参数的实时显示，以及手动和自动控制的转换、各种按钮的控制等分别进行调试得以实现 9 。5.实时报警调试通过对现场设备的运行参数进行设置，并通过编程实现，例如将调节池水位VD300上限参数设为12.5m，当调节池水位VD300检测值达到12.5m时，立即发出异常水位的报警信息，观察在手机端小程序中能否及时收到报警信息等 10 六、结语本次设计的污水云平台远程监控系统，实现了对远程设备的实时监控，当设备运行参数出现异常时能及时发出报警信息，管理人员可以及时处理,有效地保证了系统的高效运行,进一步提升了污水处理的生产效率以及运营管理能力。污水第二步：电脑连接互联网，登录SC-GNConfig软件，进人项目。将各种变量添加至BOX（工业网关）中，同时保存在电脑和上传云端。点击“进入平台”按钮进入工业云平台，可以将云端的工程配置下载到本地电脑进行编辑。3.PLC程序调试子程序调试时，需要重点调试各种传感器的检测信号与现场待测物理量的对应情况。例如潜污泵子程序设计中，调节池的液位值是通过一个压力传感器将检测到的水压力变化信号010kPa,转化成4 2 0 mA电流信号，通过PLC模拟量模块将4 2 0 mA电流信号转化成5530 27648数字量信号，再通过PLC程序将数字量信号转化成调节池水位实际高度值，这个PLC程序中的转换系数7.3需要在现场调试时不断调整，才能确保程序中VD300高度值和现场的实际高度值保持一致 8 ，如图11现场压力与水位高度的转换程序所示。SUB_RENENOVD200-IN1OUTFVD302.73-IN2图11现场压力与水位高度的转换程序云平台远程监控系统能够实时、稳定、高效地实现远程控制，不仅提升了设备管理的信息化水平，同时也响应国家绿色发展理念，为建设美丽中国贡献力量。参考文献：1张子毅,骆东松.基于云平台在污水处理厂控制系统中的应用 J.自动化与仪器仪表,2 0 16（10）：113-116.2王文珍.基于物联网的污水处理智能监控系统 J.化工自动化及仪表,2 0 13（2）：2 47-2 49.3施海祥.基于云平台的污水处理厂远程监控系统 J.数字通信世界,2 0 19(9）：136-138.4邱胜朋.基于云平台的污水处理厂远程监控系统 J.自动化与仪表,2 0 18,33（8）：59-6 2.5胡颖.污水处理厂自动控制系统设计分析 J.数字技术与应用,2 0 19(10):2 2-2 3.6吴宝华.电气自动化系统在污水处理厂的设计应用J.科技创新导报,2 0 2 0（5）：6 6-6 8.53MUL_RENENOVD30-IN1OUTFVD3007.3-IN2济源职业技术学院学报7刘晓悦.基于工业物联网的污水处理厂远程监控技术验技术与管理,2 0 19,36(5）：9 4-9 7.研究 J.电气传动,2 0 2 0,50(11):6 0-6 4.10孙进.基于微信公众平台的工业物联网系统设计与8张欣.农村污水处理设备远程监控云平台系统设计实现 J.软件导刊,2 0 19,18(3)：9 1-9 3.J.科技风,2 0 2 1(19):16-17.责任编辑苏文芝9郭琼.基于PLC的远程监控系统研究及实践 J.实Design of Remote Monitoring System forSewage Treatment Based on Cloud PlatformCUI Zongchao,YUAN Wenting,ZHAO Dongling,ZHANG Yan?(1.School of Automotive Engineering,Jiyuan Vocational and Technical College,Jiyuan 459000,Henan;2.School of Internet,Henan Mechanical&Electrical Vocational College,Zhengzhou 451191,Henan)Abstract:In the context of industrial control tending towards informatization,intelligence,and networking,remote monitoring applications have become an urgent requirement for control systems today.With thewidespread application of cloud services,in order to improve the operational efficiency of sewage treatmentequipment and reduce operation and maintenance costs,a sewage treatment remote monitoring and maintenanceplatform has been built on industrial cloud servers,which can monitor the equipment status and operation statusof sewage treatment systems anytime and anywhere,remotely collect and store various operating parameters inreal-time,and achieve remote uploading and downloading of PLC programs,greatly improving the automationlevel of the control system,comprehensively improve the comprehensive management and control level ofenterprises.Key words:cloud platform;remote monitoring;PLC;communication54