CN107942914A - 一种水处理设备远程运维系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种水处理设备远程运维系统。该系统包括：远程运维平台，包括后台管理系统和数据库；所述远程运维平台通过TCP/IP网络与工业控制装置通信；运维系统使用终端，包括用于与所述远程运维平台通信的终端通讯模块；工业控制装置，安装在水处理现场；所述工业控制装置包括传感器信号接口组件、控制信号接口组件、用于与所述远程运维平台通信的装置通讯模块。所述工业控制装置能够接收各种类型的水处理检测装置的检测数据并传输至所述远程运维平台，所述运维系统终端能够访问所述远程运维平台远程获取实时的检测数据。

Description

一种水处理设备远程运维系统

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种水处理设备远程运维系统。

背景技术

水环境问题是人类生存发展面临的重要问题，中国面临的水环境问题相当严重，已成为经济社会发展的限制因素。污水处理是水环境保护的重要措施，污水处理系统的运行状态关系到污水处理的效果，污水处理设备运行状态的监测信息是系统运行管理的重要依据。

污水处理工艺中的滤芯等易消耗设备需要定期进行更换。但是，这些易消耗设备的损耗通常是跟水处理现场实际处理的污水量以及污水中污染物浓度相关的。定期更换的方式，如果更换周期过长，过滤部件超期使用会降低水处理系统的处理效果，影响水质安全；而如果更换周期过短又会导致易耗设备的浪费，造成水处理成本的提高。

授权公告号CN206039260U，授权公告日2017年3月33日的实用新型专利公开了一种污水处理远程监控维护系统，以建立生产企业与运行管理单位之间的网络信息化管理平台。将各污水处理车间的多个现场PLC、测量装置、电控装置、视频监控装置和通讯装置分布连接至现场PLC；各通讯装置再通过独立网络接口分布与本地通讯服务器及远程通讯服务器通讯连接。以将现场测量装置的检测数据和电控装置的控制数据传输至远程维护中心。该系统的网络拓扑复杂，最重要的是，其测量装置的测量数据和电控装置的控制数据都是通过现场PLC接入通讯装置再传输至远程。PLC是可编程控制器，用于输出控制信号至电控装置以实现对电控装置的控制。水处理工艺有许多重要的现场参数和信息（入污水的流量、液位、PH值、温度、溶解氧浓度等），需要同时用到较多数量且不同类型的传感器进行信息采集和监测。PLC能够兼容的数据接口和数量类型非常有限，通过PLC控制器本身的接口，仅仅能够获取到经PLC进行控制的电控装置的状态参数。而仅有很少一部分的传感器反馈模式能够与PLC相兼容，这部分传感器的数据时可以直接经PLC获得的。而要通过PLC获取到其余反馈模式与PLC不兼容的传感器的检测数据，只能在PLC端增加转换接口，这个技术方案在实际应用中是相当耗成本的。因此，该技术方案中大量不同种类和反馈模式的传感和PLC无法准确、经济的实现数据融合和资源配置。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供一种网络拓扑简单、实现成本低的水处理远程监控运维系统。该系统包括：

远程运维平台，包括后台管理系统和数据库；所述远程运维平台基于TCP/IP网络与工业控制装置通信交互；

运维系统使用终端，终端设备；

所述终端设备包括用于与所述远程运维平台通信交互的终端通讯模块或网络设备；

工业控制装置，安装在水处理现场；

所述工业控制装置包括传感器信号接口组件、控制信号接口组件、用于与所述远程运维平台通信的装置通讯模块；

所述传感器信号接口组件，与水处理现场的水处理检测装置电连接以接收来自所述水处理检测装置的检测数据；

所述控制信号接口组件，与水处理现场的水处理控制装置电连接以输出控制数据至所述水处理控制装置；

所述工业控制装置，通过所述装置通讯模块将所述传感器信号接口组件接收到的所述检测信号发送至所述远程运维服务器平台；

所述工业控制装置，通过所述装置通讯模块接收来自所述远程运维平台的控制数据，并通过所述控制信息接口组件输出至相应水处理控制装置。

上述技术方案中，所述工业控制装置能够接收各种类型的所述传感器装置的检测数据并传输至所述远程运维平台，所述运维系统终端能够访问所述远程运维平台远程获取实时的检测数据。

作为优选，所述传感器信号接口组件包括RS485总线接口、数字信号输入接口、以及模拟信号输入接口中的一种或者多种。使得所述工业控制装置能与水处理现场中输出数字信号的传感器、输出模拟信号的传感器、以及直接输出符合RS485标准信号的传感器相兼容，并且能够通过RS485进行扩展，降低布线成本。

作为优选，所述控制信号输出接口组件包括24V/12V直流供电设备控制接口、220V交流供电设备控制接口、380V三相供电设备接口中的一种或者多种。

作为优选，所述工业控制装置还包括定位模块；所述工业控制装置通过所述装置通讯模块发送位置数据至所述远程运维平台。使得远程运维平台能够获取所述工业控制装置的位置信息。

作为优选，所述工业控制装置还包括显示控制一体机；所述显示控制一体机与所述传感器信号接口组件电连接，以输出所述传感器信号接口组件输入的检测数据；所述显示控制一体机与所述控制信号接口组件电连接，以通过所述控制信号接口组件输出控制数据至所述水处理现场的水处理控制装置。水处理现场可以通过统一的工业控制装置观察到各处理环节的检测数据，并且通过该工业装置对各水处理控制装置进行操作。

作为优选，所述终端设备包括计算机设备和移动设备中的一种或者多种。用户可以通过计算机登录或者随身的移动设备访问所述远程维护平台进行远程维护。

作为优选，所述运维平台包括Web服务器、API服务器、通讯前置机、控制服务器、业务服务器、编解码服务器、存储服务器；所述通讯前置机、所述控制服务器、所述业务服务器、所述编解码服务器和所述存储服务器通过以太网通信连接；所述工业控制装置通过其装置通讯模块与所述通讯前置机通信。

作为优选，所述运维平台使用终端还包括网络设备；所述计算机设备通过所述网络设备访问所述Web服务器，实现与所述运维平台的通信交互。

作为优选，所述移动设备通过其终端通讯模块访问所述API服务器，实现与所述运维平台的通信交互。

附图说明

附图1 是实施例一的水处理设备远程运维系统的拓扑图。

附图2是实施例一的工业控制装置的设备连接拓扑图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都收到专利法的保护。

实施例一

如图1所示，一种水处理设备远程运维系统包括远程运维平台、运维系统使用终端、以及安装在水处理现场的工业控制装置，还包括平台和设备中的系统软件、应用软件、嵌入式软件。

一．工业控制装置

工业控制装置包括传感器信号接口组件、控制信号接口组件、装置通讯模块、显示控制一体机、定位模块。

传感器信号接口组件，与水处理检测装置电连接以接收来自水处理检测装置的检测数据。水处理检测装置包括分布在水处理现场的各种检测传感器，例如，温度传感器（进水去温度传感器）、电导率传感器、PH值传感器、压力传感器（进水压力传感器、回水压力长安里）、液位传感器（水箱液位计）、流量计（进水流量传感器、回水流量传感器）、阀门位置传感器等等。这些传感器可能具有不同的数据反馈模式。例如，输出开关量的数字传感器、输出模拟信号的模拟传感器或者符合RS485总线标准信号的传感器。因此，传感器信号输入接口组件相应包括了一个或者多个不同类型的接口。传感器信号输入接口组件具体包括：用于接收数字信号的数字信号输入接口、用于接收模拟信号的模拟信号接口、用于输入RS485总线标准信号的RS485总线接口。

控制信号接口组件，与水处理控制装置电连接以输出控制数据至水处理控制装置。水处理控制装置包括设置在水处理现场用于控制的电机、阀门、泵等。例如，用于控制电机转速的变频器和电控阀门，这些电机包括安装在各污水输送管道上的水泵电机、安装在加药装置内的加药泵电机、安装在搅拌装置被的搅拌电机、以及安装在过滤装置内的过滤电机。这些控制装置中有些是24V/12V直流供电的设备，有些是220V交流供电的设备，还有些是380V三相交流供电的设备。控制信号输出接口组件具体包括：24V/12V直流供电设备控制接口，用于连接控制24V/12V直流供电设备的继电器或者接触器；220V交流供电设备控制接口，用于连接控制220V交流供电设备的继电器或者接触器；380V三相供电设备接口，用于连接控制380V三相交流供电设备的继电器或者接触器。

显示控制一体机，包括控制主机、液晶显示器、通信接口、人机交互组件。其中，控制主机为基于Windows或Linux操作系统的工业计算机。操作人员可以通过液晶触摸、键盘、鼠标等进行现场交互，也可以通过系统平台进行远程参考。显示控制一体机通过RS485总线与传感器信号输入接口组件电连接，接收来自各种类型的水处理传感器的检测数据，并且通过液晶显示器显示。显示控制一体机通过RS485总线与控制信号输出接口组件电连接，将控制主机的控制数据输出至相应水处理控制装置，使得各水处理控制装置能够接收该控制数据，并且根据控制数据执行相应的控制操作。同时，显示控制一体机还能够将输入组件输入并且通过所述控制信号接口组件输出的控制数据通过输出组件显示，使得用户能够同时在显示控制一体机上了解到水处理各环节过程的检测数据和运行状态。输入组件和输出组件可以为分体设计也可以为一体设计。例如，本实施例中的显示控制一体机采用的是加载了x86系统的工业液晶触控一体机。数字信号输入接口中包括数字信号-RS4585信号转换模块，模拟信号接口中包括模拟信号-RS485信号转换模块，分别将接收到的数字信号和模拟信号均转换为符合RS485总线标准的信号。使得传感器信号接口组件能够输入的数据，均通过RS485总线发送至显示控制一体机，便于系统的扩展。本实施例的显示控制一体机的通信接口与装置通信模块电连接，以用于实现数据的远程传输，可以将数据传输至远程的工厂管理系统或者云端管理平台，实现水处理数据的远程维护。

定位模块，以获取工业控制装置（即水处理系统现场）的位置信息。

装置通讯模块，可以为GPRS模块、或者是以太网模块或者WiFi模块。通过RS232总线连接至工业控制装置的显示控制一体机，使得工业控制装置能够与远程运维平台通信。实现与远程运维平台与工业控制装置之间关于水处理现场的检测数据、控制数据、位置数据的信息交换。

二．远程维护平台

远程维护平台包括通过以太网通信连接的Web服务器、API服务器、通讯前置机、控制服务器、业务服务器、编解码服务器和存储服务器。基于前述的多个服务器建立的Web应用服务系统、API服务系统、后台Web管理系统、业务服务系统、通讯系统及数据库管理系统，远程运维平台基于TCP/IP网络与工艺控制装置通信。

通讯前置机，通过运营商网络与水处理现场的工业控制装置通信，接收来自工业控制装置的检测数据并存储至存储服务器中；根据将来自运维系统使用终端发送的控制请求，发送相应的控制信息至水处理现场的工业控制装置，由工业控制装置根据该控制信息发送控制数据至相应的水处理控制装置。

Web服务器和API服务器，接收运维系统使用终端的访问请求，并根据请求内容发送至相应的服务器进行处理，最后将处理结果反馈至运维系统使用终端。

控制服务器，控制管理整个远程运维平台的运作，协调各服务器相互配合，协同工作。例如，负责对访问远程运维平台的运维系统使用终端身份的验证、权限认证等等。

业务服务器，根据来自运维系统使用终端发送的查询请求，查询存储服务器并将查询结果反馈至运维系统使用终端。

编解码服务器，负责对远程运维平台接收到的数据包进行解码，对远程运维平台要发送的数据进行编码打包。

三．运维系统使用终端

运维系统使用终端包括计算机设备（例如PC机）和移动设备（例如，手机、平板电脑等）以及网络设备。

计算机设备，能够通过WEB管理端经网络设备登录远程运维平台的网站实现对远程运维平台的访问。

移动设备，能够通过手机APP用户端或者手机APP运维端实现对远程运维平台的访问；或者通过WEB管理端登录远程运维平台的网站实现对远程运维平台的访问。

上述实施例的水处理设备远程运维系统，其工作过程如下：

工业控制装置在使用时能够通过其传感器信息接口组件接收来自各种类型的水处理传感器的检测数据并通过液晶触控屏输出。用户可以直接在液晶触控屏上输入用于控制各电控装置的控制数据，显示控制一体机将通过其控制信息接口组件输出控制信息至相应的电控装置，使得电控装置在接收到控制信息以后执行相应的控制操作；并且通过液晶触控屏显示各电控装置的控制状态。同时，工业控制装置通过其GPRS模块将水处理现场各水处理传感器的检测数据、各水处理控制装置的控制参数、工业控制装置自身的位置数据发送至远程运维平台。用户通过运维系统使用终端访问远程运维平台，在通过身份验证后能在权限内查看水处理现场各水处理传感器的检测数据以及各水处理控制装置的控制参数。除此之外，用户还可以在权限内通过远程运维平台发送控制请求至水处理现场的工业控制装置。工业控制装置在接收到该控制请求以后，发送相应的控制数据至相应的水处理控制装置（即上述电控装置），使得这些水处理控制装置能够执行相应的控制操作。另外，工业控制装置还会相应的刷新液晶触控屏上显示的控制状态，使得远程控制和现场控制的信息互通。

远程运维平台在接收到工业控制装置发送的数据包以后，首先通过编解码服务器进行编解码以提取有用信息，并且将提取到的信息发送至控制服务器；控制服务器将提取到的有用信息（例如水处理现场的检测数据或者控制数据）存储至存储服务器中，或者对存储服务器的内容进行更新。远程运维平台在接收到运维系统使用终端发送的数据包后，首先用过编解码服务器进行编解码以提取有用信息，并且将提取到的信息发送至控制服务器；由控制服务器对运维系统使用终端进行时身份验证和权限验证，并且协调相应的服务器来响应已通过验证的运维系统使用终端的请求。例如，运维系统使用终端发送的是数据查询请求，则控制服务器根据该请求调用业务服务器，业务服务器再访问存储服务器以执行查询操作，并将查询到的结果数据通过编解码服务器打包以后反馈给运维系统使用终端。例如，运维系统使用终端发送的是控制请求，则控制服务器根据该请求调用业务服务器，业务服务器将相应的控制信息通过编解码服务器打包以后，经前置通讯装置发送给水处理现场的工业控制装置。

作为优选，远程运维平台的后台管理系统会为水处理现场的每台设备和易耗部件建立身份ID，从而进行全生命周期管理。通过更换记录、工作时间、出水量、现场传感器实时参数等，智能分析当前设备和部件的工控状态，由系统给出设备和部件的生命周期阶段和维护、更换建议。当设备的运行参数和状态出现明显的异常状况时，系统可以及时作出安全措施和迅速通知相应管理人员。

本发明的水处理设备远程运维系统的有益效果如下：

实现了水处理设备运行状态的远程监控，易耗部件的全生命周期管理，实现了水处理设备的故障在线预警，提升了设备维护的及时性和有效性，从而大幅提升水处理设备的无故障运行时间，提升使用效率，降低运维成本。

1.水处理现场的工业控制装置省略了PLC控制器，采用工业控制触控一体机实现水处理检测数据和控制状态的一体显示，简化了系统的网络拓扑，提高了水处理监控装置的兼容性，节省成本。

2.水处理现场的工业控制装置具有RS485总线接口，提高了系统的扩展性，维护方便，节省了布线成本。

3.实现了检测数据的远程监控，减少人工检查的频次和时间，降低人力成本，节省成本的同时不会影响污水处理效果，保证了水质安全。

4.实现了远程控制和现场控制的有机结合，无论是远程还是现场都能够及时的更新控制状态和检测数据。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims (9)

1.一种水处理设备远程运维系统，其特征在于，包括：

远程运维平台，包括后台管理系统和数据库；所述远程运维平台通过TCP/IP网络与工业控制装置通信交互；

运维系统使用终端，包括终端设备；所述终端设备包括用于与所述远程运维平台通信交互的终端通讯模块；

工业控制装置，安装在水处理现场；

所述工业控制装置包括传感器信号接口组件、控制信号接口组件、用于与所述远程运维平台通信的装置通讯模块；

所述传感器信号接口组件，与水处理现场的水处理检测装置电连接以接收来自所述水处理检测装置的检测数据；

所述控制信号接口组件，与水处理现场的水处理控制装置电连接以输出控制数据至所述水处理控制装置；

所述工业控制装置，通过所述装置通讯模块将所述传感器信号接口组件接收到的所述检测信号发送至所述远程运维服务器平台；

所述工业控制装置，通过所述装置通讯模块接收来自所述远程运维平台的控制数据，并通过所述控制信息接口组件输出至相应水处理控制装置。

2.根据权利要求1所述的一种水处理设备远程运维系统，其特征在于：

所述传感器信号接口组件包括RS485总线接口、数字信号输入接口、以及模拟信号输入接口中的一种或者多种。

3.根据权利要求1所述的一种水处理设备远程运维系统，其特征在于：

所述控制信号输出接口组件包括24V/12V直流供电设备控制接口、220V交流供电设备控制接口、380V三相供电设备接口中的一种或者多种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种水处理设备远程运维系统，其特征在于：

所述工业控制装置还包括定位模块；

所述工业控制装置通过所述装置通讯模块发送位置数据至所述远程运维平台。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种水处理设备远程运维系统，其特征在于：

所述工业控制装置还包括显示控制一体机；

所述显示控制一体机与所述传感器信号接口组件电连接，以输出所述传感器信号接口组件输入的检测数据；

所述显示控制一体机与所述控制信号接口组件电连接，以通过所述控制信号接口组件输出控制数据至所述水处理现场的水处理控制装置。

6.根据权利要求1所述的一种水处理设备远程运维系统，其特征在于：

所述终端设备包括计算机设备和移动设备中的一种或者多种。

7.根据权利要求6所述的一种水处理设备远程运维系统，其特征在于：

所述远程运维平台包括Web服务器、API服务器、通讯前置机、控制服务器、业务服务器、编解码服务器、存储服务器；

所述通讯前置机、所述控制服务器、所述业务服务器、所述编解码服务器和所述存储服务器通过以太网通信连接；

所述工业控制装置通过其装置通讯模块与所述通讯前置机通信。

8.根据权利要求7所述的一种水处理设备远程运维系统，其特征在于：

所述运维系统使用终端还包括网络设备；

所述计算机设备通过所述网络设备访问所述Web服务器，实现与所述远程运维平台的通信交互。

9.根据权利要求7所述的一种水处理设备远程运维系统，其特征在于：

所述移动设备通过其终端通讯模块访问所述API服务器，实现与所述远程运维平台的通信交互。