淺析物聯網技術在自動化污水處理系統中的應用

殷文明

（重慶遠通電子技術開發有限公司，重慶 400074）

物聯網技術是實現萬物聯通的信息技術，物聯網技術的誕生和應用推動了工業自動化水平的提升。污水處理廠項目通常位于基礎設施較差的偏遠地區。大多數污水處理廠結構復雜、自動化程度不一，安全級別不同，而使用物聯網技術連接污水處理廠的不同硬件設備，及時獲取污水處理廠現場設備的運行狀態，了解設備的運行狀態等，可以實現快速、準確的故障定位和警報，可以有效提高污水處理系統的自動化程度，提高污水處理廠的處理效率。

1 物聯網系統基本結構

物聯網系統架構由三層組成，即感知層、網絡層、應用程序層。

（1）感知層。主要利用傳感器進行數據收集，使用傳感器、RFID、多媒體收集、二維碼、實時定位等技術從各種設備收集物理參數、音頻、視頻數據。然后將對收集到的數據進行傳輸和協作處理。

（2）網絡層。該層通過傳感器網絡與移動網絡、計算機網絡交換數據。物聯網技術可以實現傳感器數據的可靠無障礙通信，以滿足物聯網數據通信需求。

（3）應用程序層。該層包含兩個子框架。一個是應用程序支持框架，另一個是應用程序服務框架。應用程序支持框架支持系統與應用程序之間的數據交換，而應用程序服務框架則支持諸如智能自動化、智能控制之類的應用程序。

2 物聯網在自動化污水處理系統中的應用

2.1 網絡構建

污水處理廠運行過程中通過分布式網絡進行自動化控制，即數據采集與監視控制系統SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）。系統監視現場設備并執行數據收集，設備控制、參數設置、警報設置和故障定位等操作。控制系統分為現場控制層（感知層），主控制層（網絡層）、云控制層（應用程序層）。污水處理廠的設備和儀表通過光纖網絡通信，形成光纖局域網，并連接至管理系統，智能分配靜態IP地址，以實現高效的遠程監控。

2.2 硬件設計

中央控制室監視和控制系統自動監視整個污水處理過程，通過工業以太網連接到每個現場控制站，兩組工作站相互備用，在發生故障時快速切換。控制室配有電子投影屏和投影儀，以顯示整個污水處理工藝流程圖和設備的運行狀態。每個子控制站都配備了一系列智能控制柜，其內部包括可編程控制器、人機界面HMI（Human Machine Interface）、冗余光纖交換機、通信擴展接口、附屬設備等。根據污水處理廠的處理技術和設備特點，技術人員需要根據實際需要在現場安裝多個PLC現場控制站。現場控制站的控制核心部件是PLC可編程控制器，而HMI使用工業觸摸屏。控制柜內配置遠程通信從站模塊，通過兩層隧道協議（如PPTP或L2TP）實現數據傳輸。根據現場的實際情況，沒有有線網絡的現場控制站增設4G模塊，通過手機卡連接到移動互聯網。移動設備的遠程監控終端使用遠程監控系統創建物聯網絡。遠程監控終端的主要功能是數據收集、智能監控以及發送控制中心命令。安裝監控軟件后，平板電腦、智能手機和筆記本電腦可以無縫連接污水處理廠的物聯網絡。

2.3 軟件設計

現場控制站實時收集從每個終端站傳來的各種數據和信號，并通過人機界顯示設備的運行狀態，包括工藝流程圖、系統性能圖、關鍵參數等。操作站通過人機對話控制操作，相關人員根據界面的輸入提示操作設備。在數據處理過程中，必須嚴格驗證和識別實時數據和設備，突出顯示現場控制站的狀態信息，集中顯示故障警報信息。中央控制系統需要具有強大的故障檢測功能，可以有效地分析和識別大量常見故障，通過收集和分類每個現場控制站的數據和狀態信息，準確評估數據的可靠性，生成數據分析報告、歷史數據、歷史圖表等。根據污水處理廠的具體需求。遠程人機終端可以實時顯示每個現場控制站的狀態。控制接入物聯網絡的設備。基于從中央控制站下載的現場控制站數據將進行智能分析并實時更新相關的系統數據，分析系統的運行數據和記錄，確保恒定功耗的情況下最大化系統運行效益。

3 結語

綜上所述，物聯網技術在污水處理自動化系統中的使用優于傳統的有線控制，光纖通信可以替代冗長的的通信電纜，從而大大減少了污水處理廠自動化系統的設計周期，成本低，性能穩定可靠，后續維護具有明顯的優勢。特別是對于污水處理行業，因為在線監控工具分散，泵、閥控制難以集中，因此，通過物聯網將各個設備無縫連接起來可以有效提高污水處理系統的自動化水平，值得推廣應用。