“物聯網+”在沼氣集中供氣工程的研究與應用

鄒偉清 劉進法 吳黎黎 廖 裕 林平水 張小生

（江西省新余市農業局，江西新余 338000）

1 研究背景

近年來，畜牧養殖業快速發展，畜禽養殖污染給環境帶來一定壓力。為做到農業清潔生產，采取第三方處理農業有機廢棄物模式，建立沼氣集中供氣工程。一方面，變廢為寶，把有機廢棄物變成了沼氣工程發酵原料，節約了大量資源；另一方面，實現了區域廢棄物的循環再利用，防治有機廢棄物的面源污染，有效地保護了環境，改善了生產條件，增強相關產業發展后勁，實現區域生態良性循環[1]。沼氣集中供氣工程涉及到的處理過程眾多，且受到地理環境和工作內容的限制，日常實時操作管理很不方便。為此，依托新余市羅坊沼氣站，開發基于GPRS+PLC系統的沼氣遠程監控系統，對多個沼氣集中供氣工程進行統一的監控操作管理，既有利于沼氣集中供氣工程項目的發展，又對新余市農業發展起到積極作用。

2 主要研究內容和技術路線

沼氣站遠程監測系統主要集中在病死畜禽監控與調度系統、沼氣供氣管網安全監測系統、沼液在線監測與運輸系統，以及有機肥供給登記信息系統等4個子系統，通過無線傳感節點、車載前端系統進行信息匯總，將收集到的信息通過無線或有線傳輸網絡傳送到服務器上[2]，對沼氣站的運營情況通過手機或者電腦進行實時預報、預警。針對超過設置閥值的異常情況進行即時反饋，通過網關反饋到控制中心，中心通過調節控制設備進行遠程操控。工藝路線圖見圖1。

圖1 工藝路線圖

3 遠程監測系統

3.1 系統介紹 基于GPRS+PLC系統來實現對監控站監控。沼氣監控系統是一種SCADA系統，即數據的遠程采集監視和控制系統。分為三個部分組成：監控中心、通訊、終端。監控中心硬件采用工控機或者服務器，安裝采用最新的定制組態軟件技術，可以通過網絡進行瀏覽[3]。PLC的CPU雙編程口，一個連接本地監控系統，一個接GPRS模塊進行遠程監控，監測中心軟件為用戶提供一個可視化的監測界面。該監測界面讓用戶直觀、方便、快捷地了解沼氣站系統中設備的運行狀態和儀表的實時數據；通訊選用DTU，利用移動運營商提供的無線網絡平臺實現SCADA。利用GSM無線通信方式來實現水井參數的實時采集[4]。

3.2 系統構架 見圖2。

圖2 系統構架圖

3.3 設計說明

3.3.1 終端 控制站采用S7-200 PLC，通過無線采集模塊DTU和SIM卡利用串口進行實時數據采集并將數據傳輸給DB服務器。

3.3.2 數據及WWW發布服務器 服務器具有監測站點內監控設備的實時監測畫面和數據顯示。服務器通過WWW公眾網絡接收來自各個采集站的實時數據，并對數據進行存貯，合理對設備進行調配。通過網絡實時接收遠程智能現場傳回的數據，具有多個現場控制系統的集中監測能力，在監視同時可以遠程控制相關的自控設備，通過點擊畫面可以遙控遠方設備的開關，啟停。數據中心采用寬帶方式與INTELNET公網連接，采用公網固定IP或域名。

3.3.3 WWW網絡瀏覽功能 用WWW網絡版軟件發布運行的工程可以在局域網內使用標準的IE瀏覽器進行監控現場的設備，提供完善的安全管理機制，只有授權的用戶才能修改過程參數。具備獨立的Web服務器，Web Server實現了服務器端與客戶端畫面的高度同步，Web頁面自動適應服務器工程分辨率，Web客戶端與網絡服務器的實時數據傳輸采用事件驅動機制、變化傳輸方式，IE“瘦”客戶端顯示的監控數據具有更好的實時性。Web通訊的負載均衡使系統具備高容量的數據吞吐能力和良好的健壯性，保證很多Web客戶端的并發訪問。

3.3.4 數據通信技術 DTU通訊有GPRS、CDMA、3G等多種網絡形式。用戶需要根據終端使用現場的實際信號覆蓋情況，選擇是采用標準的GPRS通訊方式，還是采用更先進的CDMA、WCDMA、TD-SCDMA通訊方式。

3.4 軟件示例 見表1、圖3、圖4、表2。

3.5 設備清單 見表3。

4 結語

本研究將物聯網技術與沼氣集中供氣工程結合起來，通過無線采集技術及無線控制技術組建了一個可以遠程管理的沼氣站。采集的數據可以通過網絡傳輸到主控中心，實現智慧沼氣站監控系統從數據采集、遠程監控、數據分析匯總的一體化解決方案。對多個沼氣集中供氣工程進行統一的監控操作管理，既有利于沼氣集中供氣工程項目的發展，又對新余市從傳統農業向現代農業轉型、綠色發展起到了積極的促進作用。

表1 遠程設備控制表

圖3 羅坊沼氣站集中供氣工程監測圖

圖4 羅坊沼氣站發酵罐溫度實時監測圖

表2 沼氣站數據報表

表3 江西省新余市羅坊鎮大型沼氣集中供氣項目PLC及遠程監控系統設備清單