CN104731078A - 一种基于物联网的污水处理监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于物联网的污水处理监控系统，其结构简单、成本低、易于安装维护，包括水质传感器、现场控制设备、异构型数据接收器、PLC/DCS控制器、自组网无线节点、有线/无线冗余环网、操作员站、图表打印机、工业以太网、NOM服务器、移动客户终端。能够兼容多网络协议转换，通过有线/无线冗余环网模式实时监控各类水质传感器和控制设备，同时通过云计算和大数据挖掘对设备故障、能耗超标、水质异常等现象分析预警和精细化控制，避免出现设备故障和水质超标排放等重大事故的发生。本系统组网简单、成本低、易于安装维护，具有较好的应用前景。

Description

一种基于物联网的污水处理监控系统
技术领域
    本发明涉及监控系统，具体涉及一种基于物联网的污水处理监控系统
背景技术
  关于水污染的话题不断被提起，特别是地下水污染问题，浙江杭州、温州等地有农民或者企业家出资请环保局长下河游泳，以此来引起大家对水污染严重程度的关注，虽然各个环保局长都选择了沉默或者拒绝，但是民众环保意识的觉醒，对水污染的关切程度达到了空前。水污染情况不断加剧，使得污水处理和再生行业受到空前的关注，近两年各地区毛利率都保持在70%左右，甚至有的地区超过了100%，行业发展潜力非常大。根据前瞻网数据显示，截至2012年底，我国污水处理及其再生行业企业个数达到了213个，资产总计844.13亿元，较2011年增长了11.43%，销售收入为236.64亿元，较2011年增长了16.16%，扩张速度较快。
    目前污水处理厂自动化监控系统主要由现场PLC控制站、有线网络、中央集控室等构成；PLC控制站主要负责采集传感器数据、执行集控室控制指令；中央集控室主要负责发送控制指令，进行数据集中监控和管理。现有技术应用过程中，PLC站点与传感器布置相距较远，传感器一般采用4-20mA信号传输并通过专用信号屏蔽电缆连接，因而带来施工和维护的困难；有线网络传输方式和协议品种很多，如RS485、DH+、TCP/IP等，往往在实施过程中存在多个厂家接口相互不兼容的问题，也不利于系统的进一步升级和扩展；而中央控制室仅仅负责数据的显示和控制，没有达到智能化水平，无法实现故障预警和预报。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种其结构简单、成本低、易于安装维护的技术方案：
一种基于物联网的污水处理监控系统，包括水质传感器、现场控制设备、异构型数据接收器、PLC/DCS控制器、自组网无线节点、有线/无线冗余环网、操作员站、图表打印机、工业以太网、NOM服务器及移动客户终端；所述水质传感器通过4-20mA信号或RS232接口异构型数据接收器相连，异构型数据接收器与自组网无线节点通过RS232接口相连；所述现场控制设备与PLC/DCS控制器通过DI/DO/AI/AO信号相连，PLC/DCS控制器与自组网无线节点通过RS232或TCP/IP接口相连；所述自组网无线节点通过Zigbee技术与各个分站节点互联同时汇聚接入有线/无线冗余环网，实现网络可靠通信。     进一步的，水质传感器、现场控制设备、异构型数据接收器、PLC/DCS控制器、自组网无线节点一般全部集成安装在现场控制箱内，箱体尺寸2000*800*600，材质为不锈钢，自组网无线节点引出置于控制箱顶部敞开位置，利于无线节点的动态自组网。
进一步的，有线/无线冗余环网中包括无线冗余和有线冗余双重叠加，构成复式冗余环形网络。
进一步的，有线/无线冗余环网汇聚接口与中央集控室工业以太网连接，同时操作员站、图表打印机、10NOM服务器互联互通，实现数据共享、操作显示、报表图形打印等功能。
进一步的，10NOM服务器通过手机WEB发布向授权的移动客户终端发布重要的报警信息和重大事故预警报告。
进一步的，异构型数据接收器主要由供电单元、防雷电保护隔离电路、传感器调理电路、传感器网络接口、多协议转换网络控制器以及无线数传模块CC2350构成；所述供电单元将输入的220V交流电源转化为直流电源组满足供电电压和电流要求；所述防雷电保护隔离电路通过光耦模块4N35进行隔离，防止浪涌电流出现；传感器通过电流电压信号接入传感器调理电路进行处理，形成内部自定义协议传输数据。
进一步的，传感器通过内置的RS485/RS232等接入传感器网络接口进行数据传输。
进一步的，传感器通过电流电压信号接入传感器调理电路进行处理综合内置的RS485/RS232等接入传感器网络接口进行数据传输，最后通过多协议转换网络控制器进行整理、归类、打包流程经无线数传模块CC2530进行数据传输。
进一步的，所述NOM服务器内置实时数据库，现场传感器和数据存储服务器；信息通过数据响应处理服务器进行实时响应将生产过程中的各种数据送到中心监控站完成数据统计、分析及计算功能，实现工艺过程的连锁及整个生产过程的监控，以实现测、控、管一体化；所述数据存储服务器实时存储各种数据并建立各种表单数据，所有数据经过大数据挖掘优化，甄别处理主要的数据、异常数据、变化频繁数据、重要指标数据等发送给云计算分析单元分析处理，处理的各种结果通过WEB服务器进行发布，操作员用户可以通过B/S方式进行数据流量访问，实现污水处理智慧监控。
本发明的有益效果在于：
本发明提供一种基于物联网的污水处理监控系统，能够兼容多网络协议转换，通过有线/无线冗余环网模式实时监控各类水质传感器和控制设备，同时通过云计算和大数据挖掘对设备故障、能耗超标、水质异常等现象分析预警和精细化控制，避免出现设备故障和水质超标排放等重大事故的发生。本系统组网简单、成本低、易于安装维护，具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为异构型数据接收器结构示意图；
图3为NOM服务器结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
    本发明对污水处理工艺流程进行实时管理和可视化监控，一方面解决了传感器数据多协议冗余可靠传输的问题，另一方面实现了污水处理过程的数据充分挖掘应用，实现污水处理工艺智慧化管理新模式。
主要包括水质传感器1、现场控制设备2、异构型数据接收器3、PLC/DCS控制器4、自组网无线节点5、有线/无线冗余环网6、操作员站7、图表打印机8、工业以太网9、NOM服务器10、移动客户终端11等构成一套完整的物联网监控系统。
其中水质传感器1、现场控制设备2、异构型数据接收器3、PLC/DCS控制器4、自组网无线节点5一般全部集成安装在现场控制箱内，箱体尺寸2000*800*600，材质为不锈钢，自组网无线节5点引出置于控制箱顶部敞开位置，利于无线节点的动态自组网。
    水质传感器1通过4-20mA信号或RS232接口与异构型数据接收器3相连，异构型数据接收器3与自组网无线节点5通过RS232接口相连。现场控制设备2与PLC/DCS控制器4通过DI/DO/AI/AO信号相连，PLC/DCS控制器4与自组网无线节点5通过RS232或TCP/IP接口相连。自组网无线节5点通过Zigbee技术与各个分站节点互联同时汇聚接入有线/无线冗余环网6，实现网络可靠通信，网络连接可靠率达99%。有线/无线冗余环网6中包括无线冗余和有线冗余双重叠加，构成复式冗余环形网络。
有线/无线冗余环网6汇聚接口与中央集控室工业以太网9连接，同时操作员站7、图表打印机8、NOM服务器10互联互通，实现数据共享、操作显示、报表图形打印等功能。NOM服务器10通过手机WEB发布向授权的移动客户终端11发布重要的报警信息和重大事故预警报告等，以供决策者提供第一手数据，方便处置应急事态。
异构型数据接收器3工作机理：
    主要由供电单元、防雷电保护隔离电路、传感器调理电路、传感器网络接口、多协议转换网络控制器以及无线数传模块CC2350构成。供电单元将输入的220V交流电源转化为直流电源组满足供电电压和电流要求。防雷电保护隔离电路通过光耦模块4N35进行隔离，防止浪涌电流出现。
    传感器既可通过电流电压信号接入传感器调理电路进行处理，形成内部自定义协议传输数据；亦可把传感器通过内置的RS485/RS232等接入传感器网络接口进行数据传输；或者将上述功能融合一体化处理，最后通过多协议转换网络控制器进行整理、归类、打包流程经无线数传模块CC2530进行数据传输。
NOM服务器10工作机理：
    NOM服务器10内置实时数据库，现场传感器、设备等信息通过数据响应处理服务器进行实时响应将生产过程中的各种数据送到中心监控站完成数据统计、分析及计算功能，实现工艺过程的连锁及整个生产过程的监控，以实现测、控、管一体化。数据存储服务器实时存储各种数据并建立各种表单数据，所有数据经过大数据挖掘优化，甄别处理主要的数据、异常数据、变化频繁数据、重要指标数据等发送给云计算分析单元分析处理，处理的各种结果通过WEB服务器进行发布，操作员用户可以通过B/S方式进行数据流量访问，实现污水处理智慧监控。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于物联网的污水处理监控系统，其特征在于：包括水质传感器、现场控制设备、异构型数据接收器、PLC/DCS控制器、自组网无线节点、有线/无线冗余环网、操作员站、图表打印机、工业以太网、NOM服务器及移动客户终端；所述水质传感器通过4-20mA信号或RS232接口异构型数据接收器相连，异构型数据接收器与自组网无线节点通过RS232接口相连；所述现场控制设备与PLC/DCS控制器通过DI/DO/AI/AO信号相连，PLC/DCS控制器与自组网无线节点通过RS232或TCP/IP接口相连；所述自组网无线节点通过Zigbee技术与各个分站节点互联同时汇聚接入有线/无线冗余环网，实现网络可靠通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的污水处理监控系统，其特征在于：所述水质传感器、现场控制设备、异构型数据接收器、PLC/DCS控制器、自组网无线节点一般全部集成安装在现场控制箱内，箱体尺寸2000*800*600，材质为不锈钢，自组网无线节点引出置于控制箱顶部敞开位置，利于无线节点的动态自组网。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的污水处理监控系统，其特征在于：所述有线/无线冗余环网中包括无线冗余和有线冗余双重叠加，构成复式冗余环形网络。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的污水处理监控系统，其特征在于：所述有线/无线冗余环网汇聚接口与中央集控室工业以太网连接，同时操作员站、图表打印机、10NOM服务器互联互通，实现数据共享、操作显示、报表图形打印功能。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的污水处理监控系统，其特征在于：所述10NOM服务器通过手机WEB发布向授权的移动客户终端发布重要的报警信息和重大事故预警报告。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的污水处理监控系统，其特征在于：所述异构型数据接收器主要由供电单元、防雷电保护隔离电路、传感器调理电路、传感器网络接口、多协议转换网络控制器以及无线数传模块CC2350构成；所述供电单元将输入的220V交流电源转化为直流电源组满足供电电压和电流要求；所述防雷电保护隔离电路通过光耦模块4N35进行隔离，防止浪涌电流出现；传感器通过电流电压信号接入传感器调理电路进行处理，形成内部自定义协议传输数据。
7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的污水处理监控系统，其特征在于：所述传感器通过内置的RS485/RS232等接入传感器网络接口进行数据传输。
8.根据权利要求6所述的一种基于物联网的污水处理监控系统，其特征在于：所述传感器通过电流电压信号接入传感器调理电路进行处理综合内置的RS485/RS232等接入传感器网络接口进行数据传输，最后通过多协议转换网络控制器进行整理、归类、打包流程经无线数传模块CC2530进行数据传输。
9.根据权利要求1所述的一种基于物联网的污水处理监控系统，其特征在于：所述NOM服务器内置实时数据库，现场传感器和数据存储服务器；信息通过数据响应处理服务器进行实时响应将生产过程中的各种数据送到中心监控站完成数据统计、分析及计算功能，实现工艺过程的连锁及整个生产过程的监控，以实现测、控、管一体化；所述数据存储服务器实时存储各种数据并建立各种表单数据，所有数据经过大数据挖掘优化，甄别处理主要的数据、异常数据、变化频繁数据、重要指标数据等发送给云计算分析单元分析处理，处理的各种结果通过WEB服务器进行发布，操作员用户可以通过B/S方式进行数据流量访问，实现污水处理智慧监控。
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