CN111614719A - 远程自动控制系统及农村生活污水一体化控制系统 - Google Patents

远程自动控制系统及农村生活污水一体化控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了远程自动控制系统，包括PLC控制装置、工控中间件、物联网工业网关、物联网云平台；PLC控制装置与工控中间件连接，工控中间件通过物联网工业网关与物联网云平台通信连接；工控中间件包括：数据读写模块，向PLC控制装置发送数据读取请求/数据写入请求，以对PLC控制装置的PLC寄存器进行数据读写操作；第一格式转换模块将PLC控制装置的输出数据转换为Modbus协议所需的格式；第二格式转换模块将物联网工业网关转发的物联网云平台的输出数据转换为MQTT协议所需的格式。本发明过增加工业物联网网关及开发中间件软件，打通PLC及物联网通讯，使远程控制系统既具有工控的功能强、人机交互好、稳定、易维护的优点，又能与物联网4G通讯完美融合。

Description

远程自动控制系统及农村生活污水一体化控制系统
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，尤其是涉及一种远程自动控制系统及农村生活污水一体化远程自动控制系统。
背景技术
目前，农村生活污水一体化控制系统主要分为现场控制部分和远程监控部分。现场监控部分采用传统工控元件PLC，其优点是PLC的稳定性高，从控制功能而言其功能强大，并能够配置有性能良好的人机界面，操作体验良好且适合电气维护人员进行维护，但由于PLC采用封闭的总线技术，使其与快速迭代的当今IT技术难以完美融合，因此现场监控部分局限于单机运行或实现简单的联网功能。而远程监控部分采用微电脑代替PLC实现控制功能，微电脑能较好的地与物联网进行融合，但缺点是微电脑的稳定性、控制功能、性能等都及不上PLC，人机界面比较简陋，因此操作体验欠佳，且不利于电气人员进行维护，只能通过源代码编写人员进行维护。因此，现有技术要么偏重现场控制功能及操作体验，却牺牲了远程监控功能及体验；要么牺牲现场控制功能及操作体验，偏重于物联网及远程监控体验，二者只能取其一，难以兼顾；如何能够保证现场控制的功能强大、操作体验良好，又能够与物联网完美融合，是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明提供一种远程自动控制系统及农村生活污水一体化控制系统，以解决现有的PLC难以与物联网实现融合的技术问题，通过增加工业物联网网关及开发中间件软件，打通PLC及物联网通讯，使两者完美融合，从而使远程控制系统既具有工控的功能强、人机交互好、稳定、易维护的优点，又能与物联网4G通讯完美融合，从而发挥远程监控的最大功能。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种远程自动控制系统，包括PLC控制装置、工控中间件、物联网工业网关、物联网云平台；
所述PLC控制装置的Modbus通信端与所述工控中间件连接，所述工控中间件通过所述物联网工业网关与所述物联网云平台通信连接；
所述工控中间件包括：
数据读写模块，向所述PLC控制装置发送数据读取请求/数据写入请求，以对所述PLC控制装置的PLC寄存器进行数据读写操作；
第一格式转换模块，将所述PLC控制装置的输出数据转换为Modbus协议所需的格式；
第二格式转换模块，将所述物联网工业网关转发的物联网云平台的输出数据转换为MQTT协议所需的格式。
在本发明的其中一种实施例中，所述远程自动控制系统还包括人机交互界面；
所述PLC控制装置用于将数据采集装置采集的设备的数据信息发送至所述人机交互界面；
所述人机交互界面包括根据所述数据信息展示设备状况的主界面和接收用户输入的控制信号以对设备进行控制的操作界面。
在本发明的其中一种实施例中，所述PLC控制装置与所述人机交互界面通过以太网或Modbus进行通信。
在本发明的其中一种实施例中，所述MQTT协议所需的格式为Json格式。
在本发明的其中一种实施例中，所述物联网云平台包括MQTT服务器。
在本发明的其中一种实施例中，所述MQTT服务器与所述物联网工业开关通过4G或WiFi进行通信。
在本发明的其中一种实施例中，所述PLC寄存器包括多个设备状态寄存器、多个时间日期寄存器、多个报警时间设置寄存器、多个风机控制寄存器、多个水泵控制寄存器。
本发明实施例还提供一种农村生活污水一体化控制系统，包括污水处理设备、数据采集装置以及如上述的远程自动控制系统。
在本发明的其中一种实施例中，所述数据采集装置包括设备状态监控通道；
所述设备状态监控通道用于采集所述污水处理设备的电磁流量阀状态和继电器的通断信号。
相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于，远程自动控制系统，包括PLC控制装置、工控中间件、物联网工业网关、物联网云平台；所述PLC控制装置的Modbus通信端与所述工控中间件连接，所述工控中间件通过所述物联网工业网关与所述物联网云平台通信连接；所述工控中间件包括：数据读写模块，向所述PLC控制装置发送数据读取请求/数据写入请求，以对所述PLC控制装置的PLC寄存器进行数据读写操作；第一格式转换模块，将所述PLC控制装置的输出数据转换为Modbus协议所需的格式；第二格式转换模块，将所述物联网工业网关转发的物联网云平台的输出数据转换为MQTT协议所需的格式。通过设计开发所述工控中间件实现了PLC与MQTT物联网协议连接，PLC端提供Modbus通信方式，经过所述工控中间件的转换，实现协议转换从而与MQTT的通信，MQTT则是与主流云平台通信的方式。基于远程自动控制系统不仅能够实现了通过云平台集中对远程分散站点的全面实时监控，还能在兼顾了PLC的优异性能与人机界面的优异操作体验的同时，实现了当下主流物联网的连接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中的远程自动控制系统的架构示意图；
图2是本发明实施例中的远程自动控制系统的通信示意图；
图3是本发明实施例中的远程自动控制系统的数据传输帧结构示意图；
图4是本发明实施例中的远程自动控制系统的Modbus服务器通信示意图；
图5是服务器侧MODBUS事务处理的一般处理过程的流程示意图；
其中，说明书附图中的附图标记如下：
1、物联网云平台；2、物联网工业网关；3、工控中间件；4、PLC控制装置；5、人机交互界面。
具体实施方式
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
第一实施例
请参见图1，本发明第一实施例提供了一种远程自动控制系统，包括PLC控制装置4、工控中间件3、物联网工业网关2、物联网云平台1；
所述PLC控制装置4的Modbus通信端与所述工控中间件3连接，所述工控中间件3通过所述物联网工业网关2与所述物联网云平台1通信连接；
所述工控中间件3包括：
数据读写模块，向所述PLC控制装置4发送数据读取请求/数据写入请求，以对所述PLC控制装置4的PLC寄存器进行数据读写操作；
第一格式转换模块，将所述PLC控制装置4的输出数据转换为Modbus协议所需的格式；
第二格式转换模块，将所述物联网工业网关2转发的物联网云平台1的输出数据转换为MQTT协议所需的格式。
在本实施例中，通过设计开发所述工控中间件3实现了PLC与MQTT物联网协议连接，如图2所示，PLC端提供Modbus通信方式，经过所述工控中间件3的转换，实现协议转换从而与MQTT的通信，MQTT则是与主流云平台通信的方式。
基于远程自动控制系统不仅能够实现了通过云平台集中对远程分散站点的全面实时监控，还能在兼顾了PLC的优异性能与人机界面的优异操作体验的同时，实现了当下主流物联网的连接。
作为优选方案，所述远程自动控制系统还包括人机交互界面；
所述PLC控制装置4用于将数据采集装置采集的设备的数据信息发送至所述人机交互界面；
所述人机交互界面5包括根据所述数据信息展示设备状况的主界面和接收用户输入的控制信号以对设备进行控制的操作界面。
所述PLC控制装置4与所述人机交互界面5通过以太网或Modbus进行通信。
所述MQTT协议所需的格式为Json格式。所述物联网云平台1包括MQTT服务器，优选的，所述MQTT服务器与所述物联网工业开关通过4G或WiFi进行通信。
作为优选方案，所述PLC寄存器包括多个设备状态寄存器、多个时间日期寄存器、多个报警时间设置寄存器、多个风机控制寄存器、多个水泵控制寄存器。
其中，为了便于理解，请参见图3，图3是系统的数据传输帧结构，TCP MODBUS ADU＝249字节+MBAP(7字节)＝256字节。所述工控中间件3从PLC寄存器进行读写请求和操作。在数据模型中，如表1所示，MODBUS以一系列具有不同特征表格上的数据模型为基础。
表1
基本表格 对象类型 访问类型 内容
离散量输入 单个比特 只读 I/O系统提供这种类型数据
线圈 单个比特 读写 通过应用程序改变这种类型数据
输入寄存器 16-比特字 只读 I/O系统提供这种类型数据
保持寄存器 16-比特字 读写 通过应用程序改变这种类型数据
其中，设备中的数据结构含有数字量和模拟量、输入量和输出量。由于不同块中的数据不相关，因此每个块是相互独立，如图4所示，按不同MODBUS的功能码访问每个块。
结合状态图5描述了在服务器侧MODBUS事务处理的一般处理过程。
在本发明实施例中，设计的PLC寄存器访问地址如表2所示：
Figure BDA0002448022310000061
Figure BDA0002448022310000071
Figure BDA0002448022310000081
Figure BDA0002448022310000091
Figure BDA0002448022310000101
Figure BDA0002448022310000111
Figure BDA0002448022310000121
Figure BDA0002448022310000131
在所述工控中间件3与所述物联网云平台1之间的通信基于MQTT协议，消息内容使用Json格式，除了特殊主题，Json名称全部采用规定名称方式。
其中，MQTT服务器端口1883，信号质量Qos＝2。作为示例性的：
云端订阅主题：
“SewageStation/device/#”
设备发布到该主题。
设备订阅主题：
“SewageStation/cloud/ef48abcd/#”
该主题每个设备都不同，用于设备与云端一对一通信。
“SewageStation/cloud/ffffffff/#”
该主题所有设备都相同，主要用于云端对设备广播通信。
接口定义如表3所示：
表3
Figure BDA0002448022310000141
数据分配如表4所示：
表4
Figure BDA0002448022310000142
Figure BDA0002448022310000151
其中，JASON格式转换的程序设计包括：
1.设置时间日期命令
云端下发数据
Figure BDA0002448022310000152
设备返回数据
Figure BDA0002448022310000153
Figure BDA0002448022310000161
2.设备通过通用post接口上传数据
Figure BDA0002448022310000162
此接口云端无需返回
3.设备通过通用get接口获取云端数据
Figure BDA0002448022310000163
云端返回数据
Figure BDA0002448022310000164
JASON转换后的数据表如表5所示：
表5
Figure BDA0002448022310000165
Figure BDA0002448022310000171
Figure BDA0002448022310000181
Figure BDA0002448022310000191
Figure BDA0002448022310000201
Figure BDA0002448022310000211
Figure BDA0002448022310000221
Figure BDA0002448022310000231
Figure BDA0002448022310000241
第二实施例
基于上述的远程自动控制系统，本发明实施例还提供一种农村生活污水远程自动控制系统，包括污水处理设备、数据采集装置以及如上述的远程自动控制系统。
在本发明实施例中，农村生活污水远程自动控制系统，在污水处理一体化设备开启后，PLC控制装置4开始工作，通过数据采集装置采集信息；同时，PLC控制装置4开始对采集信息进行分类处理、输出，根据不同的采集内容，输入到工步存储模块、工步控制模块、动画演示模块、报警处理模块、模拟量模块、循环运行设定模块、模拟量计算模块，进行相应信息的处理。经不同模块处理后的信息数据，会反馈到PLC控制系统，再统一输出到输出到执行命令通道，显示在人机交互，形成设定功能主界面、设置、用户登录、报警显示、配方管理、通讯测试、设定、关于软件、存盘数据浏览、按钮测试，用户通过人机交互界面5可以对污水处理一体化设备进行各项设定和显示。
作为优选方案，所述数据采集装置包括设备状态监控通道；
所述设备状态监控通道用于采集所述污水处理设备的电磁流量阀状态和继电器的通断信号。
在本实施例中，农村生活污水远程自动控制系统由PLC进行全自动控制，配有触摸屏进行人机交互操作。系统设计有自动和手动两种工作模式，在设备通电并完成初始化过程后，系统会自动进入自动模式，并开始根据系统默认周期数和时间进行运行。
其中，配置的人机交互界面5的菜单界面及操作说明举例如下：
1、系统默认运行为自动运行，可点击PLC触摸屏界面登录按钮登录操作。成功登录后点击相对应设备图片，触摸屏会弹出相对应设备的手动/自动选项按钮，自动模式为系统正常运行，手动模式下可手动启动或停止设备。(手动模式结束后，请点击自动模式按钮再关闭。)
2、格栅池：提升井水泵启动后，触摸屏格栅池水泵状态为启动状态，并有箭头指引水流方向，水流经沉淀池进入厌氧池，最后进入调节池。(如果系统有)
3、调节池：调节池水泵启动后，触摸屏调节池水泵状态为启动状态，并有箭头指引水流方向，水流直接进入生化渗滤系统。
4、运行参数可以修改污水泵和通风设备运行周期数和时间，用户可根据需要修改进行设置。
5、高级设置会影响整个设备系统运行，密码请询问厂家。
系统运行的说明如下：
(1)风机运行周期数为8个周期，每个周期时间为3个小时，每个周期工作时间为：
风机启动→运行20分钟→风机停止→间隔1小时
风机启动→运行20分钟→风机停止
进入下一个循环周期
(2)水泵运行周期数为16个周期，周期时间分别为3小时及半小时，每个周期工作时间为：
水泵启动→运行6分钟→水泵停止→间隔半小时
水泵启动→运行6分钟→水泵停止→间隔3小时
(3)出水由液位调节装置调节运行。
注：系统参数设置，运行参数设置已在调试运行时全部设定好，修改参数需要凭权限及密码。
系统在污水池中配置的液位控制器说明如下：
1、系统液位控制器为每个格栅池配备1个，调节池配备1个，清水池配备1个。
2、当调节池或清水池液位器异常报警时，请到现场检查确认，同时可在报警旁“复位”。
按钮进行复位以消除报警。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种远程自动控制系统，其特征在于，包括PLC控制装置、工控中间件、物联网工业网关、物联网云平台；
所述PLC控制装置的Modbus通信端与所述工控中间件连接，所述工控中间件通过所述物联网工业网关与所述物联网云平台通信连接；
所述工控中间件包括：
数据读写模块，向所述PLC控制装置发送数据读取请求/数据写入请求，以对所述PLC控制装置的PLC寄存器进行数据读写操作；
第一格式转换模块，将所述PLC控制装置的输出数据转换为Modbus协议所需的格式；
第二格式转换模块，将所述物联网工业网关转发的物联网云平台的输出数据转换为MQTT协议所需的格式。
2.如权利要求1所述的远程自动控制系统，其特征在于，所述远程自动控制系统还包括人机交互界面；
所述PLC控制装置用于将数据采集装置采集的设备的数据信息发送至所述人机交互界面；
所述人机交互界面包括根据所述数据信息展示设备状况的主界面和接收用户输入的控制信号以对设备进行控制的操作界面。
3.如权利要求1所述的远程自动控制系统，其特征在于，所述PLC控制装置与所述人机交互界面通过以太网或Modbus进行通信。
4.如权利要求1所述的远程自动控制系统，其特征在于，所述MQTT协议所需的格式为Json格式。
5.如权利要求1所述的远程自动控制系统，其特征在于，所述物联网云平台包括MQTT服务器。
6.如权利要求5所述的远程自动控制系统，其特征在于，所述MQTT服务器与所述物联网工业开关通过4G或WiFi进行通信。
7.如权利要求1所述的远程自动控制系统，其特征在于，所述PLC寄存器包括多个设备状态寄存器、多个时间日期寄存器、多个报警时间设置寄存器、多个风机控制寄存器、多个水泵控制寄存器。
8.一种农村生活污水一体化控制系统，其特征在于，包括污水处理设备、数据采集装置以及如权利要求1～7任一项所述的远程自动控制系统。
9.如权利要求8所述的农村生活污水一体化控制系统，其特征在于，所述数据采集装置包括设备状态监控通道；
所述设备状态监控通道用于采集所述污水处理设备的电磁流量阀状态和继电器的通断信号。
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