CN106054796B - 一种基于云端的污水处理厂监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于云端的污水处理厂监控系统及方法，其中监控系统包括MCC柜、PLC柜、工业交换机和至少一个监控中心，现场生产设备的工作状态输出端依次通过MCC柜、PLC柜和工业交换机相连，现场在线分析仪表通过PLC柜和工业交换机相连，工业交换机和监控中心相连，还包括通过网络与监控中心相连的云端服务器、通过网络与云端服务器相连的远程终端。本发明将污水处理厂的工况数据存储至云端服务器，节省了硬件和软件成本及维护工作，可以更好地备份本地数据并可以异地处理日常数据。同时，远程访问、专家诊断、远程维护功能的实现可以减少维护人员的工作量和差旅费用，极大地提升了服务效率、服务质量和客户满意度。

Description

一种基于云端的污水处理厂监控系统及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种基于云端的污水处理厂监控系统及方法。

背景技术

随着城市的工业发展及环保需求的不断扩大，污水处理产业发展速度越来越快，发展规模也越来越大。这就要求城市污水处理厂的运行管理水平必然迈向更高的层次。而我国污水处理厂都具有数量多、分布散、处理量小、水质差别大、资源分散、管理水平落后等特点。虽然目前的污水处理技术是引进欧美发达国家的，在学习国外技术的同时进行创新和改进，在污水处理领域有了很大的发展，但是采用的技术与同期国外的技术水平相比依然还很落后，一直存在能耗高、效率低、自动化水平落后、维修率高等缺点。

目前，污水处理系统采用现场PLC控制站直接控制和监测生产过程的单元,进行工艺检测参数、设备运行工况信号的采集、监测和控制，并向监控中心进行实时传送。监控中心可调用各现场站的全部运行信息，通过一定权限设定控制现场主要设备的启动和停止。而此控制系统主要存大的问题有以下几点：

1. 很多处理企业工业控制网络未连接到因特网，现场监控数据仅上传到监控中心，在厂区局域网内部进行共享，且数据保存由于数据硬盘空间限制，存在覆盖或丢失的可能，外部终端无法进行数据访问，也不具备远程控制及协助功能；

2. 由于多个处理企业之间无法实现信息共享，控制策略及耗能数据无法相互借鉴，企业管理技术水平不一致造成的效率低、能耗高的矛盾一直存在；

3. 处理企业生产过程都存在优化需求，但设计人员由于无法查看到现场生产数据，不能为生产过程中遇到的问题提供专家决策指导。

4. 随着工业4.0概念的启动，要使污水处理生产管理达到更高的水平，解决眼下所面临的一些挑战，智能化污水处理管理系统将成为未来一种必然的发展模式。

发明内容

针对以上提到的污水处理厂生产管理、运营维护中存在的缺陷，本发明涉及污水处理厂生产设备实时运行数据的采集、存储、管理及共享，提供一种高效可靠的基于云端的污水处理厂监控系统及方法，使系统维护更为便捷、简易和高效。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于云端的污水处理厂监控系统，包括MCC柜、PLC柜、工业交换机和至少一个监控中心，现场生产设备的工作状态输出端依次通过MCC柜、PLC柜和工业交换机相连，现场在线分析仪表通过PLC柜和工业交换机相连，工业交换机和监控中心相连，还包括通过网络与监控中心相连的云端服务器、通过网络与云端服务器相连的远程终端。

借由上述结构，污水处理厂各电气生产设备受MCC（MOTOR CONTROL CENTER，电机控制中心）柜中的MCC控制，生产设备的运行状态（启动、停止、自动/手动、频率、电流）通过MCC与PLC柜连接上传至PLC控制器，PLC控制器再将生产设备的运行状态和控制逻辑要求上传至监控中心，实现自动化控制。

污水处理厂现场各工艺段设置在线分析仪表，各在线分析仪表自带4~20mA模拟量输出的变送器，将模拟量信号上传至PLC柜中的PLC控制器。现场PLC控制器与监控中心网络连接，将现场所采集的设备运行状态、仪表读数及控制逻辑要求上传至监控中心。

监控中心的数据最终都上传至云端服务器，供各远程终端共享。用户利用远程终端访问云端服务器中的数据。

作为一种优选方式，所述远程终端为计算机终端和/或智能终端。

作为一种优选方式，所述智能终端为智能手机或平板电脑。

作为一种优选方式，所述在线分析仪表为液位计、流量计、泥位计、SS分析仪、DO分析仪、COD分析仪、氨氮测量仪中的一种或几种。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种基于云端的污水处理厂监控方法，利用所述的监控系统，将生产设备的运行状态信息通过MCC柜和PLC柜中的PLC控制器，PLC控制器再将生产设备运行状态信息及控制逻辑要求通过工业交换机上传至监控中心，监控中心再将生产设备运行状态信息上传至云端服务器，远程终端通过网络访问云端服务器中的数据。

进一步地，还包括将在线分析仪表采集的信息依次通过PLC柜、工业交换机上传至监控中心，监控中心再将在线分析仪表采集的信息上传至云端服务器。

进一步地，所述监控中心对生产设备的运行状态信息和在线分析仪表采集的信息进行定量分析，所述定量分析包括对大数据进行趋势分析、对离散数据进行曲线拟合并得出运行趋势，同时对可能出现的运行风险进行分析和预警；监控中心将定量分析数据结果上传至云端服务器。

进一步地，在所述监控中心设置专家诊断中心，内设专家诊断程序、历史故障和排除方案，专家诊断中心接收定量分析数据结果并对其进行分析诊断，给出故障出现的原因和解决方案；监控中心将专家诊断数据结果上传至云端服务器。

进一步地，所述监控中心通过图形控件动态模拟显示现场流程及工况。

进一步地，所述监控中心和云端服务器中的数据同步更新。

本发明将污水处理厂的工况数据存储至云端服务器，节省了硬件和软件成本及维护工作，可以更好地备份本地数据并可以异地处理日常数据。同时，远程访问、专家诊断、远程维护功能的实现可以减少维护人员的工作量和差旅费用，极大地提升了服务效率、服务质量和客户满意度。

附图说明

图1为本发明监控系统一实施例的结构示意图。

其中，1为MCC柜，2为PLC柜，3为工业交换机，4为监控中心，5为生产设备，6为在线分析仪表，7为云端服务器，8为远程终端，81为计算机终端，82为智能终端。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一实施例包括MCC柜1、PLC柜2、工业交换机3和至少一个监控中心4，现场生产设备5的工作状态输出端依次通过MCC柜1、PLC柜2和工业交换机3相连，现场在线分析仪表6通过PLC柜2和工业交换机3相连，工业交换机3和监控中心4相连，还包括通过网络与监控中心4相连的云端服务器7、通过网络与云端服务器7相连的远程终端8。

所述远程终端8为计算机终端81和/或智能终端82。

所述智能终端82为智能手机或平板电脑。

所述在线分析仪表6为液位计、流量计、泥位计、SS分析仪、DO分析仪、COD分析仪、氨氮测量仪中的一种或几种。

一种基于云端的污水处理厂监控方法，利用所述的监控系统，将生产设备5的运行状态信息通过MCC柜1和PLC柜2中的PLC控制器，PLC控制器再将生产设备5运行状态信息及控制逻辑要求通过工业交换机3上传至监控中心4，监控中心4再将生产设备5运行状态信息上传至云端服务器7，远程终端8通过网络访问云端服务器7中的数据。

监控方法还包括将在线分析仪表6采集的信息依次通过PLC柜2、工业交换机3上传至监控中心4，监控中心4再将在线分析仪表6采集的信息上传至云端服务器7。

所述监控中心4对生产设备5的运行状态信息和在线分析仪表6采集的信息进行定量分析，所述定量分析包括对大数据进行趋势分析、对离散数据进行曲线拟合并得出运行趋势，同时对可能出现的运行风险进行分析和预警；监控中心4将定量分析数据结果上传至云端服务器7。

监控方法还包括在所述监控中心4设置专家诊断中心，内设专家诊断程序、历史故障和排除方案，专家诊断中心接收定量分析数据结果并对其进行分析诊断，给出故障出现的原因和解决方案；监控中心4将专家诊断数据结果上传至云端服务器7。

所述监控中心4通过图形控件动态模拟显示现场流程及工况。

所述监控中心4和云端服务器7中的数据同步更新。

本发明为基于云端的多界面实时监控系统，具有图形动态化工况显示，实时、历史数据查询，数据云同步，报表查询打印，趋势分析，报警信息查询，操作权限管理，操作日志记录，远程故障诊断，远程编程维护以及专家决策辅助等一系列功能。

上传至云端服务器7的数据包括如下几类：

数据1：生产设备5实时运行状态。污水处理厂各电气生产设备5受MCC控制，每一个生产设备5分手动和自动控制。选择手动状态，通过机旁按钮箱，人工随时启停设备，一般只在调试和检修期间使用。正常运行时，选择自动状态，生产设备5的启停通过现场PLC控制，当启动条件具备时（比如液位到达或者定时时间到），生产设备5自动启动；反之，自动停机。无论手动还是自动情况下，生产设备5的运行状态（启动、停止、自动/手动、频率、电流）上传至PLC控制器，实现自动化控制。

数据2：在线分析仪表6数据。现场各工艺段根据工艺要求，设置各在线分析仪表6，包括液位计、流量计、泥位计、SS分析仪、DO分析仪、COD分析仪、氨氮测量仪等。在线分析仪表6都采用带4~20mA模拟量输出的变送器，将模拟量信号上传至PLC控制器。

数据3：参数趋势分析数据。现场PLC控制器与污水处理厂监控中心4网络连接，将现场所采集的生产设备5运行状态、仪表读数及控制逻辑要求上传至监控中心4，运营人员通过监控中心4即可以了解现场所有生产设备5的运行工况，又可以利用所采集的数据对整个污水出来厂运行参数进行定量分析。数据分析由数理统计函数对数据库中存储的大数据进行趋势分析，通过对离散的数据拟合生成分析曲线，应用统计函数进一步对数据进行计算，通过函数所表征的意义对计算结果进行分析，得出运行趋势，对可能出现的运行风险进行分析和预警。近年来，污水的成分越来越复杂，有些物质对生物处理过程存在干扰及滞后影响，并可能最终影响出水水质，通过进出水水质在线分析仪表6实时监测数据及微生物活性及工艺处理周期上的比对，能够及时发现问题并预警。

数据4：专家诊断数据。在监控中心4设置专家诊断中心，内设专家诊断程序（决策树）、历史类似故障和排除方案，主要对通过接受趋势分析后的数据（数据3）进行分析诊断，给出故障出现的原因和解决方案，从整体上判断和分析污水处理厂的运行状态以及进行故障分析。利用污水处理专家丰富的经验和知识解决污水处理厂运行过程中的问题，为管理人员提供决策思路。

系统基于云端多界面实时监控，利用互联网，将以上四类数据上传至云端服务器7，通过图形控件动态模拟显示现场流程及工况，系统通过云端服务器7将各污水处理厂监控中心4所有监控数据自动同步。监控中心4在指定目录下添加、修改、删除文件或目录将会自动同步到云端服务器7。如果云端服务器7任意一个文件被添加、修改、删除，也会自动同步到当前监控中心4。云端多界面实时监控系统通过PC、手机、移动多媒体等多种设备，从云端服务器7取得实时数据，实现数据、文档、图片和视音频等内容的集中存储和资料共享，确保数据的及时性和准确性。而云端服务器7对数据及文件的管控，支持Windows 操作系统、Android手机、iPhone手机、IE8浏览器、Chrome浏览器、Firefox浏览器等B/S运行环境，具有良好的兼容性。在以上任意运行环境下，操作人员都可以在远程端对污水处理厂范围内的所有生产设备5进行实时监控。系统可及时完成监视、控制、资料查询与分析的功能，使得管理人员充分利用所有信息数据，以作出最精准的判断。本发明不受污水处理厂地域、系统的大小、厂区的数量制约，可以在任意区域通过云端读取任一污水处理厂的实时数据以及历史数据。

本发明监控系统具有报表查询打印，趋势分析功能。数据报表是反映生产过程中的数据、状态并对数据进行记录的一种重要形式,是生产过程必不可少的一个部分。它既能反映系统实时的生产情况,也能对长期的生产过程进行统计、分析,使管理人员能够实时掌握和分析生产情况。现场采集的工况数据会实时记录在云端服务器7中，系统通过EXCEL表格和趋势控件的调用生成实时数据报表，历史数据报表，趋势变化曲线等，通过浏览器我们就可以很方便的进行查询浏览、下载打印。

本发明监控系统具有报警信息查询功能。报警处理是任何一个监控程序都应该具备的功能，监控系统的目的，就是为了实现对系统的监测控制和管理。便于及时地发现问题和解决问题，通过对实时数据的快速判断，在第一时间内把异常情况通知给操作人员。系统将异常信息实时记录到数据库中，同时画面中出现弹窗提示并调用声音报警。对记录进数据库中的历史报警信息可以通过查询得到。

本发明监控系统具有授权与分级保护功能，系统中可操作单元都被指定保护级别，登录相应的权限才能进行相关操作，同时为了进一步防止误操作和事件追溯，设备操作都需要电子签名确认，系统会自动将操作日志记录在数据库中。

本发明监控系统具有远程编程、诊断、维护功能，工程师或维护人员能够通过系统云端监控平台提供的现场运行工况信息，及时掌控系统当中出现的故障，方便对不同地域内自控系统进行有效的诊断、维护及调试，系统还能够实现软件在线升级和参数修改功能。

本发明监控系统具有专家辅助决策功能，系统将一些控制工艺模型集成到平台知识库中，用户可以通过交互式界面选择预设工艺并输入实际工况参数，利用系统中内置的控制模型进行预测推理获得合理的控制方法和参数。同时设计人员通过云端平台查询现场运行数据，分析控制中存在的问题，为客户给出合理化建议。

随着污水处理厂的数量越来越多，规模越来越大，运营时间越来越久，其相应的数据量也越来越大，作为传统的服务器存储，即使购买昂贵的硬件和软件，也不一定能满足庞大的数据存储量，从短期和长期来看，通过云端服务器7存储，最大的特点就是可以为企业减少成本；不仅节省硬件和软件的成本，而且减少了软硬件的维护工作，更好地备份本地数据并可以异地处理日常数据。

Claims (7)

1.一种基于云端的污水处理厂监控系统，包括MCC柜（1）、PLC柜（2）、工业交换机（3）和至少一个监控中心（4），现场生产设备（5）的工作状态输出端依次通过MCC柜（1）、PLC柜（2）和工业交换机（3）相连，现场在线分析仪表（6）通过PLC柜（2）和工业交换机（3）相连，工业交换机（3）和监控中心（4）相连，其特征在于，还包括通过网络与监控中心（4）相连的云端服务器（7）、通过网络与云端服务器（7）相连的远程终端（8）；

所述监控中心（4）对生产设备（5）的运行状态信息和在线分析仪表（6）采集的信息进行定量分析，所述定量分析包括对大数据进行趋势分析、对离散数据进行曲线拟合并得出运行趋势，同时对可能出现的运行风险进行分析和预警；监控中心（4）将定量分析数据结果上传至云端服务器（7）；在所述监控中心（4）设置专家诊断中心，内设专家诊断程序、历史故障数据和故障排除方案，专家诊断中心接收定量分析数据结果并对其进行分析诊断，给出故障出现的原因和解决方案；监控中心（4）将专家诊断数据结果上传至云端服务器（7）。

2.如权利要求1所述的基于云端的污水处理厂监控系统，其特征在于，所述远程终端（8）为计算机终端（81）和/或智能终端（82）。

3.如权利要求2所述的基于云端的污水处理厂监控系统，其特征在于，所述智能终端（82）为智能手机或平板电脑。

4.如权利要求1至3任一项所述的基于云端的污水处理厂监控系统，其特征在于，所述在线分析仪表（6）为液位计、流量计、泥位计、SS分析仪、DO分析仪、COD分析仪、氨氮测量仪中的一种或几种。

5.一种基于云端的污水处理厂监控方法，其特征在于，利用如权利要求1至4任一项所述的监控系统，将生产设备（5）的运行状态信息通过MCC柜（1）和PLC柜（2）中的PLC控制器，PLC控制器再将生产设备（5）运行状态信息及控制逻辑要求通过工业交换机（3）上传至监控中心（4），监控中心（4）再将生产设备（5）运行状态信息上传至云端服务器（7），远程终端（8）通过网络访问云端服务器（7）中的数据；

还包括将在线分析仪表（6）采集的信息依次通过PLC柜（2）、工业交换机（3）上传至监控中心（4），监控中心（4）再将在线分析仪表（6）采集的信息上传至云端服务器（7）；所述监控中心（4）对生产设备（5）的运行状态信息和在线分析仪表（6）采集的信息进行定量分析，所述定量分析包括对大数据进行趋势分析、对离散数据进行曲线拟合并得出运行趋势，同时对可能出现的运行风险进行分析和预警；

监控中心（4）将定量分析数据结果上传至云端服务器（7）；在所述监控中心（4）设置专家诊断中心，内设专家诊断程序、历史故障和排除方案，专家诊断中心接收定量分析数据结果并对其进行分析诊断，给出故障出现的原因和解决方案；监控中心（4）将专家诊断数据结果上传至云端服务器（7）。

6.如权利要求5所述的基于云端的污水处理厂监控方法，其特征在于，所述监控中心（4）通过图形控件动态模拟显示现场流程及工况。

7.如权利要求5或6所述的基于云端的污水处理厂监控方法，其特征在于，所述监控中心（4）和云端服务器（7）中的数据同步更新。