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物联网技术在自动化污水处理系统中的应用
更新时间:2016-11-23 来源:《价值工程》 作者:苏杭

物联网做为一个新兴的技术层面,正在迅速改变社会的日常生活,同样在工业自动化领域,物联网也正带来和影响着深层次的变革。工业自动化工程往往处在地域偏僻、环境恶劣以及基础设施不理想的地方,而且具有分散地域广、自动化程度参差不齐等特点,难以进行集中管理。工程现场情况错综复杂,如何准确及时地获取现场设备运作情况并下达控制指令,对于生产安全、成本控制、高效协作有着深远的影响。以污水处理厂为例,厂区一般选址较偏僻,面积大,结构复杂,安全等级要求非常高。但是日常维护很多情况下还是采用轮巡检查策略,由值班人员定时到现场查看。这种模式浪费人力且故障规避率低。将物联网应用于污水处理厂之后,各个系统运行参数、状态在中控室一目了然,而且可以调取现场摄像头视频进行检查确认,做到了快速反应、精确定位、及时报警。

一、系统构成

1.1网络搭建

污水处理厂在进行污水处理时,采用分层分布式结构网络控制,即SCADA(SupervisoryControlDataAcquisition)系统,对现场的设备进行监控,实现了数据采集、设备控制、参数调节、设定及故障报警等各项功能。该控制系统共分为现地控制层(分控站)、主控级(中控室)、云端控制(便携人机设备)。

1.2硬件设计

中央控制室的监控管理系统对全厂进行自动控制,它通过工业以太网与各现场控制的PCL站进行连接。两套工作站互为热冗余配备,故障时互为备用。中控制室设立了电动投影屏幕和投影仪,显示全厂工艺流程图及设备运行状态;每个分控站配置一套智能控制柜。柜内包括可编程序控制器、HMI、冗余光纤交换机、通信扩展接口和附件等。根据污水处理厂的处理工艺及设备特点,技术人员在进行现场安排与系统布置时,应根据实际需求设置多个PLC现场子站。现场子站的控制系统是可编程序控制器PLC,人机界面选用工控触摸屏。在控制柜内配置了远程通信从站模块。远程通信模块通过二层隧道协议来实现数据传输,如PPTP和L2TP协议。根据现场实际情况,在没有配置有线以太网络的站点还增配了4G模块,4G模块通过电信手机卡接入互联网。移动设备的远程监控终端采用远程监控系统搭建物联网络。远程监控终端主要作用在于数据采集、情报监控以及控制中枢指令的下达。平板电脑、智能手机、便携式笔记本在安装监控软件后实现对污水厂物联网络的无缝连接。

1.3软体及功能

现场控制单元实时采集各个终端站传送的各类数据和信号,通过人机界面展现设备工艺运行情况,包括工艺流程图、系统供电图、工艺参数、电气参数、电气设备运行状态等;操作站以人机对话方式指导操作,相关人员按照界面提示操作设备;在进行数据处理时,要严格校验检测来自各现地控制单元的实时数据和设备状态信息,对故障报警信息进行突出和集中显示。中央控制单元实现系统具有强大的故障检测和诊断功能,能够有效分析和检测出各种常见故障。它通过收集和整理各现地控制单元的数据及状态信息的方式,有效地判断了数据的准确性和可靠性,并可根据具体需要生成数据报表、历史数据、历史曲线等。

远程人机终端,能够实时显示各现地控制单元的状态。通过总网络控制计算机及通讯装置;根据从中控站上传的分站数据进行系统的分析,实时刷新系统的相关数据和画面;能够对系统的运行数据和记录进行智能分析,在保证能耗不变的情况下实现效益最大化;最重要的是系统采用分层分布式控制方式,降低总线网络的通讯负荷、通讯误码率,同时使网络结构更清晰、检修维护更方便。

二、系统特点

2.1系统结构特点

系统基础通讯网络为光纤冗余环型工业以太网,可根据具体要求增加或删除任意一个节点,同时影响其他通讯设备的功能。系统采用先进的监控操作站技术进行控制,它能够支持系统在不同网络条件正常运行,实现了多对象、多任务、多用户操作。同时,控制系统能够利用其自我诊断功能进行故障诊断,判断故障部位。在系统发生故障后,的状态会返回到系统根据工艺要求预设置的状态上。

2.2系统功能优点

在分配相应的权限之后,现场任意分站点任一设备的启、停、数据读取等操作都可由中央控制室和云端系统进行控制。系统具备各种通用工业通信接口,如CAN工业总线接口、以太网络接口、IDE接口、和USB接口等等;操作系统和监控软件采用知名工控品牌,具备冗余、容错及灾难性恢复的功能。

2.3系统集网特点

将具备条件的污水厂接入物联网自动系统后,云端平台将具备可以查看多个污水厂的权限。实现辖区内所有污水厂的集中管理,对水量、水质等信息进行综合分析,集中处理,并制作数据统计报表,统计下发报警信息,形成一个自下而上反馈、自上而下监控、多方分管、集中控制的高效、有序的控制结构。

三、系统控制方式

3.1现场控制级

在现场控制级的智能控制柜负责管理子站点下属所有设备的运行、数据采集、视频采集的工作。在智能控制柜上有手动和自动两种控制模式,就地控制系统手动模式具备最高权限。能够直接操作现场设备,而不需要经过中央控制室授权。这种方式拜托了以前中控系统复杂的管理体系。现场人员只需要获取授权密码进行解锁,然后切入手动模式即可,安全可靠。

3.2中央控制级

系统具有多安全等级、操作权限设置、口令确认、设备连锁、自动报警等功能,并按照实际需要对重大事件进行发布到责任人,保证了系统的高效稳定运行。系统具有操作权限设置功能,可根据具体的操作需要,进行权利分配,有效地避免了设备的误动。此外,系统还具有软件自诊断功能,可以对相关设备进行故障诊断,一旦发现故障部位,系统便通过报警系统启动报警程序,报警画面随之弹出。系统可以及时将故障画面完整记录下来,以供使用者按照故障的时间、次序、名称等顺序进行查询。

3.3网络控制级

现场控制级完成了工控信号的采集,中央控制级完成了数据的分析、处理及汇总,网络控制级最终将控制系统接入物联网,实现了污水站系统整体的网络的云端链接。系统由监控管理级、过程控制级和现场级组成。系统的分级控制功能体现在对管理权限和报警信息的及时准确有效分配;充分考虑网络安全的需要,严格加密系统逐级分配管理权限,使管理工作井然有序。

结束语

系统将分散在污水厂独立运行的自动化系统集成网络,使各系统的数据通过通信网络汇集到中央控制室,再通过中控室分析处理后发送到云端平台。在终端人机界面,用户可以调取任一站点的工作信息,进而可以调取该站点任意节点的数据。实现了终端仪表和设备的物联网控制方式。 

版权、出处:《价值工程》

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