CN101800766A

CN101800766A - 基于Web的工业污水处理远程监控系统

Info

Publication number: CN101800766A
Application number: CN200910312594A
Authority: CN
Inventors: 关新平; 张修建; 陈彩莲; 梁振虎; 罗小元
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2010-08-11

Abstract

一种网络通信技术领域的基于Web的工业污水处理远程监控系统，包括：现场监控端、控制服务器、Web服务器、数据库服务器和远程监控端，其中：现场监控端与控制服务器相连传输采集的现场数据信息和控制服务器的控制指令信息，控制服务器与数据库服务器相连传输待存储的现场数据信息和数据库服务器的控制指令信息，控制服务器与Web服务器相连传输数据交换请求信息，Web服务器与数据库服务器相连传输数据请求及应答信息，远程监控端与Web服务器相连传输客户端的请求信息和Web服务器的网页应答信息。本发明实现了工业污水处理系统的远程监控和实时监测，简单可靠，成本低，技术人员可以远程修改现场设备的控制参数。

Description

基于Web的工业污水处理远程监控系统

技术领域

本发明涉及的是一种网络通信技术领域的系统，具体是一种基于Web的工业污水处理远程监控系统。

背景技术

对于污水处理工艺，有许多重要的现场参数和信息(如污水的流量、液位、PH值，水泵的电压、电流，电机温度及各设备的运行状态，报警信息等)需要实时监视和共享，而这些数据和信息的时变性对监控系统的实时性提出了要求，即必须实时了解设备运行状态，实时监测设备间传输的数据，随时发现异常报警信号并做及时处理。此外，污水处理监控系统应该具备如下功能：不受地理位置限制的监测手段，便于相关管理、维护人员了解设备运行情况并作相关统计信息；能实现资源的共享，达到管理、控制和监控的目的；具有友好的操作界面，便于环保局环境监控中心的审核。目前，大多数污水处理监控系统规模较小，远程监控系统主要是单机或局域网内的多机。然而，冶金等高耗能、高污染企业大多拥有多个大型污水处理现场，因此污水处理远程监控系统需要同时监控众多设备运行情况、污水酸碱度等现场参数，这就对开发大型的监控系统实现资源共享提出了切实的要求。此外，与一般监控系统不同的是，必须考虑工业监控系统对实时性、可靠性和安全性的高要求。

工业污水处理现场监控端由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣的地区，而传感网具有密集型、随机分布的特点，使其非常适合应用于恶劣的污水处理环境中。本发明将无线传感器网络应用于工业污水处理现场中，系统实现了无线传感器网络与互联网的无缝连接。在B/S模式下，用户端只需使用标准的Internet浏览器即可访问服务器资源，在保证网络通讯的情况下可以实现全球范围内的远程实时监控。系统的主要工作是服务器端程序的开发，不存在客户端程序的开发和维护。

经对现有技术文献资料的检索发现，中国专利公开号为：CN 101021725A，名称为：污水泵站监控系统，该系统采用PLC智能终端与监控中心连接，构建了污水泵监控系统，但该技术主要实现单机或局域范围内监控，不能实现广域范围的远程监控。

又经检索发现，中国专利公开号为：CN 101540948A，名称为：面向助行机器人的Web监控系统，该系统利用GPRS无线通讯模块实现助行机器人与Web服务器的无线通讯，用户可以通过浏览器查询助行对象的位置信息；中国专利公开号为：CN 101272400A，名称为：一种WEB监控应用服务平台及其通信方法，该方法通过GPRS终端以数据通信GPRS为主，短信SMS为辅方式定时上传GPS数据。虽然上述两项技术均涉及Web技术，但现场监控端采用的不是无线传感网技术，不适用于工业现场大量参数实时显示和动态绘制，也没涉及工业现场执行设备的远程控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于Web的工业污水处理远程监控系统。本发明通过模块化设计，实现现场无线传感器网络、数据库服务器和监控中心基于Web的远程通信，可以大大扩展工业监控系统的规模。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：现场监控端、控制服务器、Web服务器、数据库服务器和远程监控端，其中：现场监控端与控制服务器无线相连传输采集的现场数据信息和控制服务器的控制指令信息，控制服务器与数据库服务器相连传输待存储的现场数据信息和数据库服务器的控制指令信息，控制服务器与Web服务器相连传输数据交换请求信息，Web服务器与数据库服务器相连传输数据请求及应答信息，远程监控端与Web服务器无线相连传输客户端的请求信息和Web服务器的网页应答信息。

所述的现场监控端包括：若干无线传感器节点、汇聚节点和执行控制节点，其中：无线传感器节点与汇聚节点相连传输采集的现场数据信息，执行控制节点与汇聚节点相连传输执行控制节点的应答信息和控制服务器的控制信息，汇聚节点与控制服务器相连传输采集的现场数据信息和控制服务器的控制信息，无线传感器节点放置在污水处理池的每个环节。

所述的无线传感器节点包括：传感器模块、数据处理模块、无线通信模块和能量供应模块，其中：传感器模块与数据处理模块相连传输传感器模块采集的现场数据信息，数据处理模块与无线通信模块相连传输控制信息和处理后的现场数据信息，无线通信模块与汇聚节点无线连接传输采集的现场数据信息，能量供应模块分别与传感器模块、数据处理模块和无线通信模块相连传输电源信息。

所述的控制服务器包括：串口通讯模块、数据处理模块和数据库侦听模块，其中：串口通讯模块与现场监控端相连传输采集的现场数据信息和控制服务器的控制信息，串口通讯模块与数据处理模块相连传输数据处理模块的请求信息和串口通讯模块的应答信息，数据处理模块与数据库服务器相连传输待存储的现场数据信息和数据库服务器的控制指令信息，数据库侦听模块与数据库服务器相连传输数据库服务器待发送的控制指令信息，数据处理模块与数据库侦听模块相连传输数据库侦听模块待发送的控制指令信息，数据处理模块与Web服务器相连传输数据交换请求信息。

所述的数据库服务器采用关系数据库与内存数据库相结合的方式，对远程控制命令按其使用频率放入内存数据库。

所述的远程监控端根据用户分配权限来保证系统使用的安全，远程监控端是客户浏览器，该浏览器包括：普通用户浏览器和系统用户浏览器，其中：普通用户浏览器与Web服务器相连传输普通用户的HTTP请求信息和Web服务器的普通用户网页应答信息，系统用户浏览器与Web服务器相连传输系统用户的HTTP请求信息和Web服务器的系统用户网页应答信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：基于Web技术、传感网络技术和实时数据库技术实现工业污水处理系统的远程监控和实时监测功能，简单可靠，成本低，系统采用B/S模式简化了客户端软件的设计，方便了服务器端的开发、维护和升级工作；技术人员不必亲临生产现场就可以获取重要生产数据和设备运行状态，可以远程修改现场设备的控制参数。

附图说明

图1是实施例的系统结构示意图；

图2是实施例中无线传感器节点的结构图；

图3是实施例中远程监控的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的系统作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本实施例包括：现场监控端1、控制服务器2、数据库服务器3、Web服务器4和远程监控端5，其中：现场监控端1与控制服务器2通过无线ZIGBEE协议相连传输采集的现场数据信息和控制服务器2的控制信息，控制服务器2与数据库服务器3相连传输待存储的现场数据信息和数据库服务器3的控制指令信息，控制服务器2与Web服务器4相连传输数据交换请求信息，Web服务器4与数据库服务器3相连传输数据请求及应答信息，远程监控端5与Web服务器4通过TCP/IP协议相连传输客户端的HTTP请求信息和Web服务器4的网页应答信息。

所述的现场监控端1包括：无线传感器节点6、汇聚节点8和执行控制节点7，其中：无线传感器节点6与汇聚节点8相连通过无线ZIGBEE协议传输采集的现场数据信息，执行控制节点7与汇聚节点8相连通过无线ZIGBEE协议传输执行控制节点7的应答信息和控制服务器2的控制信息，汇聚节点8与控制服务器2通过串口相连传输采集的现场数据信息和控制服务器2的控制信息。

所述的执行控制节点7包括：水泵、电磁阀、无线变频器和电机，其中：水泵和电磁阀分别用来控制流量与液位，无线变频器用来控制电机的转速、查询电机的电压和电流。

如图2所示，所述的无线传感器节点6包括：传感器模块12、数据处理模块13、无线通信模块14和能量供应模块15，其中：传感器模块12与数据处理模块13相连传输传感器模块12的采集的数据信息，数据处理模块13与无线通信模块14相连传输控制信息和处理后的现场数据信息，无线通信模块14与汇聚节点8无线连接传输采集的现场数据信息，能量供应模块15分别与传感器模块12、数据处理模块13和无线通信模块14相连传输电源信息。

所述的数据处理模块13采用N5139芯片。

所述的能量供应模块15包括太阳能供电模块。

所述的传感器模块12包括：传感器组16和A/D转换器17，其中：传感器组16和A/D转换器17相连传输采集的数据模拟信息，A/D转换器17和数据处理模块13相连传输A/D转换后的数据信息。

所述的传感器组16包括：流量传感器、液位传感器、PH值传感器和COD传感器，其中：流量传感器、液位传感器、PH值传感器和COD传感器分别与数据处理模块13相连传输流量、液位、PH值和COD信息。

所述的控制服务器2，包括：串口通讯模块9、数据处理模块11和数据库侦听模块10，其中：串口通讯模块9与现场监控端的汇聚节点8相连传输采集的现场数据信息和控制服务器2的控制信息，串口通讯模块9与数据处理模块11相连传输数据处理模块11的请求信息和串口通讯模块9的应答信息，数据处理模块11与数据库服务器3相连传输待存储的现场数据信息和数据库服务器3的控制指令信息，数据库侦听模块10与数据库服务器3相连传输数据库服务器3待发送的控制指令信息，数据处理模块11与数据库侦听模块10相连传输数据库侦听模块10待发送的控制指令信息，控制服务器2与Web服务器4相连传输数据交换请求信息。

所述的控制服务器2采用VC++开发，控制服务器2通过与底层控制设备的实时数据通讯，完成实验数据的分析和处理的控制；串口通讯模块9实现实时数据访问与读取机制，通过数据处理模块11把从现场监控端1采集的各站点的设备参数数据处理后写入数据库服务器3中；数据库侦听模块10实时侦听数据库是否有新的控制指令，并从数据库服务器3中获取远程操作控制命令，以便控制执行设备的运行状态，当某参数过高或过低，或某台设备不能正常启动等异常情况事，控制服务器2及时自动报警。

所述的数据库服务器3采用了数据库Microsoft SQL Server 2000创建和管理，该服务器与Web服务器4相连传输数据请求及应答信息；数据库服务器3配合用户帐户的管理、动态网页的生成及各种现场数据、控制参数的存储和管理，以备Web服务器4和控制服务器2访问；对数据库服务器3的实时数据库管理采用关系数据库与内存数据库相结合的方式，对需要频繁更改的远程控制命令按其使用频率放入内存数据库。

所述的数据库服务器3中的数据表包括：污水参数表、用户数据表、控制指令表和报警信息表。

所述的Web服务器4分别与数据库服务器3和控制服务器2相连传输数据请求信息及应答信息，Web服务器4以网页的形式完成与客户端的动态交互，通过响应远程客户的HTTP请求，从数据库服务器3中获取生产现场的实时数据信息，生成HTML网页发布到客户端浏览器，同时将客户提交的控制命令存入数据库服务器3；Web服务器4的应用程序利用AAX方法进行异步通讯获取实时数据，然后利用得到的数据通过avaScript来构造VML图形对象形成实时监测画面，为保障该系统的网络安全，在Web服务器4和Internet网络间加入防火墙。

所述的远程监控端是5采用IE6.0以上版本浏览器，包括：普通用户浏览器和系统用户浏览器，其中：普通用户浏览器通过用户身份验证后与Web服务器4相连传输普通用户的HTTP请求信息和Web服务器4的普通用户网页应答信息，系统用户浏览器通过用户身份验证后与Web服务器4相连传输系统用户的HTTP请求信息和Web服务器4的系统用户网页应答信息。客户端通过浏览器登陆监控中心服务器，以HTTP形式向Web服务器4提出各种请求，从监控中心获取监测数据或通过监控中心发送控制命令。

如图3所示，本实施例的监控过程如下：用户使用标准的Internet浏览器通过互联网登陆Web服务器4；Web服务器4根据系统服务器存储的用户信息对用户进行身份验证；如果用户没有通过身份验证，则显示身份验证失败，用户注册后重新登陆；如果用户通过身份验证，则读取用户类型，如果是系统用户，则系统用户具有控制、管理的功能，可以对系统合法用户管理以及系统信息管理，远程实时调整参数，通过控制服务器2把控制命令传达到现场监控端中，根据工艺要求控制电机的启停等实现远程控制等，如果是普通用户，则普通用户具有查询、监测的功能，具体功能有在线监控到不同区域现场各设备的实时运行情况、流程监控、污水参数、统计报表、报警信息、实时、历史曲线等信息。为了避免用户的误操作而导致的对现场设备的破坏，运行在控制服务器2的应用程序，还对用户提交的控制指令进行判别，对非法控制以及超出设备能力的指令进行屏蔽，不予执行，以确保控制现场的正常作业。

本实施例方法简单、易于实现，系统部署方便，无线传感器节点可以很方便的安放在工业现场各个位置；采用JN5139芯片，提供丰富的模拟量和数字外围设备接口；Web服务器应用程序通过账号及权限的授权为各级用户提供系统接入服务；并利用VML及AAX技术处理数据，减轻了服务器的负担，提高了系统的稳定性；技术人员不必亲临生产现场就可以获取重要生产数据和设备运行状态，可以远程修改现场设备的控制参数，实现了工业污水处理远程监控的功能。

Claims

1.一种基于Web的工业污水处理远程监控系统，其特征在于，包括：现场监控端、控制服务器、Web服务器、数据库服务器和远程监控端，其中：现场监控端与控制服务器无线相连传输采集的现场数据信息和控制服务器的控制指令信息，控制服务器与数据库服务器相连传输待存储的现场数据信息和数据库服务器的控制指令信息，控制服务器与Web服务器相连传输数据交换请求信息，Web服务器与数据库服务器相连传输数据请求及应答信息，远程监控端与Web服务器无线相连传输客户端的请求信息和Web服务器的网页应答信息。

2.根据权利要求1所述的基于Web的工业污水处理远程监控系统，其特征是，所述的现场监控端包括：若干无线传感器节点、汇聚节点和执行控制节点，其中：无线传感器节点与汇聚节点相连传输采集的现场数据信息，执行控制节点与汇聚节点相连传输执行控制节点的应答信息和控制服务器的控制信息，汇聚节点与控制服务器相连传输采集的现场数据信息和控制服务器的控制信息，无线传感器节点放置在污水处理池的每个环节。

3.根据权利要求2所述的基于Web的工业污水处理远程监控系统，其特征是，所述的无线传感器节点包括：传感器模块、数据处理模块、无线通信模块和能量供应模块，其中：传感器模块与数据处理模块相连传输传感器模块采集的现场数据信息，数据处理模块与无线通信模块相连传输控制信息和处理后的现场数据信息，无线通信模块与汇聚节点无线连接传输采集的现场数据信息，能量供应模块分别与传感器模块、数据处理模块和无线通信模块相连传输电源信息。

4.根据权利要求1所述的基于Web的工业污水处理远程监控系统，其特征是，所述的控制服务器包括：串口通讯模块、数据处理模块和数据库侦听模块，其中：串口通讯模块与现场监控端相连传输采集的现场数据信息和控制服务器的控制信息，串口通讯模块与数据处理模块相连传输数据处理模块的请求信息和串口通讯模块的应答信息，数据处理模块与数据库服务器相连传输待存储的现场数据信息和数据库服务器的控制指令信息，数据库侦听模块与数据库服务器相连传输数据库服务器待发送的控制指令信息，数据处理模块与数据库侦听模块相连传输数据库侦听模块待发送的控制指令信息，数据处理模块与Web服务器相连传输数据交换请求信息。

5.根据权利要求1所述的基于Web的工业污水处理远程监控系统，其特征是，所述的数据库服务器采用关系数据库与内存数据库相结合的方式，对远程控制命令按其使用频率放入内存数据库。

6.根据权利要求1所述的基于Web的工业污水处理远程监控系统，其特征是，所述的远程监控端根据用户分配权限来保证系统使用的安全，远程监控端是客户浏览器，该浏览器包括：普通用户浏览器和系统用户浏览器，其中：普通用户浏览器与Web服务器相连传输普通用户的HTTP请求信息和Web服务器的普通用户网页应答信息，系统用户浏览器与Web服务器相连传输系统用户的HTTP请求信息和Web服务器的系统用户网页应答信息。