基于GPRS的污水檢測信息無線傳輸監控系統設計

馮冬梅

摘要：本設計利用PLC、組態王監控軟件及GPRS模塊實現污水處理系統中關鍵信息采集、無線傳輸及上位機監控。具體介紹了設計方案、ZHD780DTU組網方案、組態王監控畫面的設計。通過實驗測試，該系統能夠將遠程采集的數據完整發送于上位機監控，實現設計要求。

Abstract： The design realized the key information collection， wireless transmission and upper computer monitoring in sewage treatment system by PLC， Kingview monitoring software and GPRS module. The design scheme， ZHD780DTU networking scheme and Kingview monitoring picture are introduced in detail. Through the experimental test， the system can send the data collected from the remote to the upper computer for monitoring， which can achieve the design requirements.

關鍵詞：GPRS;無線傳輸;組態監控 PLC

Key words： GPRS;wireless transmission;configuration monitoring programmable logic controller

中圖分類號：TP273;X703 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）01-0181-02

0 ?引言

隨著信息化社會的逐漸深入和人工智能時代的來臨，信息技術在各個行業的應用逐漸蓬勃發展，并且帶來了實際效益[1]。工業污水排放，作為工業控制的一部分，無論從工業生產、安全和效能方面還是節能環保方面都顯得尤為重要。在污水處理行業引用計算機進行操作不僅能夠做到經濟、高效，而且能夠減少地下操作引發的事故，保障了生產的安全性[2]。PLC工控技術已經非常成熟，結合GPRS技術以及組態王監控畫面技術為工業污水檢測打造高效化、網絡化、安全性高的管理系統提供了良好的基礎[3]。

基于以上，設計一款能將污水處理系統中各檢測設備的狀態穩定可靠實現遠程傳輸，使其能夠及時監控和反饋相關數據。具體通過主控制器采集各個傳感器的數據信息并且存儲處理，使用GPRS無線通信模塊實現數據的遠程傳輸，通過組態王軟件實現畫面的監控。

1 ?系統總體設計

本設計主要利用PLC及組態王監控軟件結合GPRS無線通信模塊完成對污水中溶解氧濃度、pH值、溫度值的監測及處理[4]。PLC與終端設備（pH值傳感器、溶解氧傳感器、電磁閥等）進行連接，將采集的數據通過STEP 7 Micro/WIN環境進行編程，PLC將運算結果輸出，通過各執行部件實現對污水中各參數值的調控。整個控制系統分為上位機和下位機兩部分進行設計。PLC作為下位機將現場實時采集的信號通過GPRS無線通信裝置傳輸給上位機。

1.1 上位機設計

系統中上位機通常采用工控機。其主要功能為對電動機、變頻器及電磁閥等的運行狀態進行控制、并實現故障報警、及時處理等功能;工控機通過組態監控軟件顯示工藝流程、溶解氧、pH值、溫度等模擬量值，并繪制實時趨勢曲線。

1.2 下位機設計

下位機采用西門子S7-200系列PLC，可直接控制電動機和電磁閥，同時通過模擬量擴展模塊采集現場溶解氧濃度、pH值、溫度值等值。根據工藝要求，PLC上電自檢無誤后會自動根據外部傳送的信號及程序的執行來控制電動機的啟停及變頻器的轉速等。

1.3 無線通訊

PLC與上位機通過GPRS DTU設備實現數據的無線傳輸，監控主機通過定義的虛擬設備將數據傳送到監控畫面，完成數據的顯示和監控。監控數據傳輸的流程框圖如圖1所示。

2 ?ZHD780DTU組網方案

2.1 GPRS（ZHD780DTU）產品概述

本設計無線通訊模塊選用振鴻偉業研發的工業級4G全網通DTU產品ZHD780DTU系列產品。該設備通過4G網絡可輕松實現串口到網絡的雙向數據透明傳輸。ZHD780DTU系列采用靈活的RS232/485端子接口或者DB9接線方式與終端設備連接，從而實現客戶終端設備與服務器間的通訊。

2.2 ZHD780DTU產品功能及技術參數

ZHD780DTU設備性能穩定且可靠，它支持寬電壓范圍輸入、用戶串口參數設定、內部集成TCP/IP協議棧、參數配置永久保存、自動心跳、保持永久在線、動態IP地址數據中心DNS域名尋址并提供串口數據雙向轉換功能。ZHD780DTU產品中的RS232/485（接線端子）有接口穩定可靠、插拔方便、接線簡單易懂等優勢。

2.3 ZHD780DTU組網方案

本設計考慮到組網為上、下位機間交互且規模較小及應用到實際中的成本問題，設計選用了中心采用ADSL和INTELNET公網連接，采用公網固定IP或者公網動態IP+DNS解析服務的方案。此方案應先向INTERNET運營商申請ADSL等寬帶業務。

2.4 ZHD780DTU的調試

2.4.1 DTU參數配置

打開2G/3G/4GDTU參數配置軟件，根據實際情況選擇相應的串口號，本設計選擇的是COM1串口，波特率為 9600，停止位為1，校驗位None。設置完畢，點擊“一鍵讀取”按鈕，讀取DTU的配置信息和系統參數，如圖2所示。此時DTU配置成功，關閉配置程序，避免程序之間造成沖突。

2.4.2 DTU與服務器連接

打開服務器軟件，點擊“創建服務器”，把“本機端口”設置為2000，將“本機端口”和DTU處的“主數據中心端口”設置成一致。點擊“啟動服務器”按鈕，等待上線，大約等待10至30秒的時間，連線成功，界面有數據串傳輸成功的顯示。

3 ?監控畫面設計

3.1 組態王串口設置

要把PLC和組態王關聯起來要用對組態王的串口進行設置，由于本設計使用的是GPRS無線傳輸，4GDTU選用的控件為宏電TCP，因此，在此步設置中不可使用常規的PPI串口設置，而是要將組態王板卡的設置選擇莫迪康ModbusRTU來作為通訊串口。在莫迪康ModbusRTU板卡中新建I/0通訊設備，并且命名為CPU226，同時虛擬設備選擇宏電TCP，此設置保證了組態王和上位機的正常通訊。

3.2 數據詞典設置

將組態王和PLC相關聯，數據詞典的設置是必不可少的，本設計對PLC和組態王的關聯遵循了Modbus協議。Modbus地址通常被寫為包含數據類型和偏移量的5個字符的數值。第一個字符決定數據類型，最后四個字符在數據類型中選擇適當的數值。Modbus主設備將地址映射，Modbus從站指令支持下列地址：00001至00128是映射至Q0.0-Q15.7的離散輸出;10001至10128是映射至I0.0-I15.7的離散輸入;30001至30032是映射至AIW0到AIW62的模擬輸入寄存器;40001至4xxxx是映射至V存儲器的保持寄存器。

3.3 監控畫面的實現

畫面的制作與動畫連接部分與普通用PPI連接一致，最終制作完成監控畫面（如圖3）。畫面中主要對處理池中pH值、溶解氧、溫度、液位值進行監控，并顯示進、出水泵、加藥泵的啟停及曝氣機狀態。

4 ?結論

此設計使用振鴻偉業生產的ZHD780DTU作為PLC與上位機組態監控數據的無線傳輸設備，不僅能準確高效滿足污水處理中各檢測數值的遠程無線傳輸，而且能提供友好的人機交互監控畫面，更能保證污水處理監控系統的安全性，且系統具有較好的擴展性。

參考文獻：

[1]熊偉，陳小宜.污水自動控制系統的設計研究[J].中國新技術產品，2013，1：199-200.

[2]唐玉斌，陳芳艷，張永峰.水污染控制工程[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2010.

[3]郭建忠.多層次村鎮污水處理遠程監控系統的研究[D].馬鞍山：安徽工業大學，2016.

[4]Wu Z， Sekar R. Study of factors impacting remote ?diagnosis ?performance ?on ?a ?PLC based automated system[J]. Journal of Manufacturing Systems， 2014， 33（4）： 589-603.