基于物聯網的智能泵站運行監控系統設計分析

朱萱

摘 ?要：新時代賦予水利信息化工作新的使命，要正確把握中央高度重視信息化工作的歷史機遇、水利現代化對水利信息化升級的迫切要求，保障江蘇高質量發展對“智慧水利”的期待和江蘇“智慧水利”的目標任務，加強對泵站的安全運行和科學管理。因此，實現泵站的智能化，并設計監控系統是十分重要的。本文從硬件設計、軟件設計和運行調試3個大方面來對智能泵站的運行監控系統設計進行簡單的分析。

關鍵詞：物聯網 ?智能泵站 ?監控系統設計 ?通信 ?無線傳輸

Design and Analysis of Intelligent Pump Station Operation Monitoring System Based on Internet of Things

ZHU Xuan

（Jiangsu Huaishuxinhe Management Office，Huai’an， Jiangsu Province， 223001 ?China）

Abstract：New era gives water conservancy informatization's new mission， to correctly grasp the historical opportunity of the central government attaching great importance to informatization work and the urgent requirements of water conservancy modernization for the upgrading of water conservancy informatization， ?and ensure the expectation of "intelligent water conservancy" for high-quality development in Jiangsu and the goals and tasks of Jiangsu "intelligent water conservancy"， to strengthen the safe operation of pump station and scientific management. Therefore， it is very important to give intelligent pump station and design monitoring system. This paper analyzes the operation monitoring system design of intelligent pump station from three aspects of hardware design， software design and operation debugging.

Key Words：The Internet of things; Intelligent pump station; Monitoring system design; Communication; Wireless transmission

隨著當前水利技術的不斷發展和水利工程建設數量的增長，泵站的數量也在大量增加。當前，還需要新建設大數量的泵站，所以每年新建的泵站和改造的小型泵站的數量比較多。因為小型泵站的建設標準比較低，只要能滿足出水的標準即可，所以其智能化的程度遠遠不夠，且由于安全措施不到位，出現損壞的情況很多。因此，智能化泵站運行監控在此時就顯得尤為重要。

1智能泵站運行監控系統的重要性

我國當前現代化的程度越來越高，這就對泵站的自動化、安全化提出了更高的要求。當前物聯網技術發展迅猛，這就給泵站智能化提供了技術上的支持。如果能夠實現智能化泵站，在泵站中有智能的監控系統，可以遠程對小型泵站進行控制，對泵站當前的運行狀況實時進行檢測，將極大程度地提升小型泵站的安全性和管理的有效性。同時，此監控系統也使得小型泵站的管理更加科技化和規范化，降低了泵站運行和維護人員的工作強度。

2智能泵站監控系統的設計方案

2.1系統的整體控制要求

在智能泵站的監控系統設計中，要對泵站的水位、水體的溫度、水體的酸堿度、雜質的濃度、水體的流速這5個參數進行嚴密的檢測。其中，水體的濃度可以通過水的污濁程度來判定。工作人員需要根據泵站當前的實時水位，來實現對泵站的啟動和停止控制。根據以上特點，監控系統的基本要求為實現泵站無人值守的目標。系統的具體操作要求為，管理人員能夠通過移動終端或者是計算機的網頁端能夠實現對泵站的控制，對泵站有一定的操作權限，可以控制泵站的啟停。監控系統必須要實現實時地對水池中的水位、水體的溫度、酸堿度和雜質的濃度進行顯示。

2.2監控系統的設計方案

隨著當前物聯網技術普及的程度越來越高，基于物聯網技術的云平臺技術也應運而生。智能泵站的運行監控系統可以使用5種不同的傳感器來對泵站水池中的水位、水體溫度、水體的酸堿度以及雜質的濃度等進行監控，把其中的信息轉化成比較標準的電信號，然后通過數字模擬轉換器把其中的電信號再轉化成數字信號，然后數字信號再由可編程邏輯控制器轉化為實際的數值，這些數值再通過基于物聯網技術的云盒子上傳到云平臺之中，然后管理運行和維護的人員可以通過終端中的小程序或者是計算機的網頁端實現對泵站的遠程控制和維護。小程序端使用大數據技術將設備的運行記錄以及接收到的歷史信息記錄、歷史數據的曲線和之前的報警信息，同時呈現在小程序和計算機的網頁端上，從而使得管理人員和運行維護人員可以不受時間和空間的限制，在任何地方都可以了解到泵站當前運行的情況，這種智能監控系統給泵站的穩定運行帶來了很大的便利。

2.3監控系統的硬件設計

智能泵站的監控系統的硬件組成主要包括：模擬信號輸入模塊、基于物聯網技術的云盒子、能夠檢測出水體酸堿度的pH值傳感器、感受水體溫度的溫度傳感器以及濁度傳感器。這些硬件構成了智能泵站監控系統，這些硬件可以給監控系統提供充足的各類數據。

可編程邏輯控制器是整個監控系統的核心裝置，該裝置的作用是對信號的采集和處理。該控制系統主要是使用電腦的網頁端和手機的小程序來對智能泵站進行實時的監控和控制。所以在對可編程邏輯控制器進行程序設計的時候，輸入信號就必須有泵站的啟動信號、停止信號以及上述5個傳感器的模擬信號，而輸出信號就必須為可以體現泵站運行狀態的信號。因此，監控系統使用的可編程邏輯控制器的型號可以選擇西門子品牌，該設備為了完成對模擬信號的采集有著八通道的輸入擴展模塊。

基于物聯網技術的云盒子的作用是，為了實現管理人員和運行維護人員通過手機端和計算機的網頁端對泵站進行控制，并且可以通過小程序和網頁就對泵站的運行情況有所了解。因此，此監控系統使用的云盒子的型號可為SUK-BOX-W。該型號的云盒子是專門為工業研發的遠程通信設備，該設備可以實現快速地對現場所有的設備產生的數據進行采集，可以實現遠程的控制可編程邏輯控制器下載程序和進行自我調試。該云盒子可以登錄物聯網的云平臺，可以把大量不同地區的工業設備產生的數據、程序以及圖像等都傳輸到云端的云計算數據服務中心，從而真正實現遠程對泵站的監控、預警、維護等工作[1]。

傳感器在泵站監控系統的中的作用就是采集系統所需的各項數據，在選擇上可以選擇ELE-803的投入液位變送器來檢測泵站中當前的水位，使用DS18B20傳感器來檢測泵站中水體的溫度，使用XW-400傳感器來實現對水體的酸堿度的檢測，使用MJKD傳感器來實現對水體中雜質濃度的控制[2]。

2.4監控系統的軟件程序設計

首先是對于云平臺的設置，計算機的網口要和物聯網盒子中的廣域網相連接，云盒子中的局域網要和可編程邏輯控制器相連接，在完成硬件的電路連接之后，還要對云平臺中的各項參數進行詳細的設置，比如說云平臺的操作流程為：申請賬戶-在賬戶中添加項目和變量-再和各個設備進行聯機操作-繪制組態-最終管理人員和運行維護人員在手機端或者是電腦端對數據進行查看[3]。

除了對云平臺進行設置之外，還要對監控系統中的硬件進行配置，在配置硬件的首要工作就是要先從官網申請相應的賬戶和密碼，在申請流程結束之后，使用申請之后的賬戶和密碼登錄云平臺的網頁，在菜單中找到項目中心，在項目中心中添加新的項目，并且對項目進行重新命名，該項目在創建成功之后，再對SuKconfig這個軟件進行配置，在這個配置的過程中，如果不能預先創建好項目，就沒辦法登錄軟件進行配置。在成功登錄軟件之后，選擇已經創建好的配置項目，新建BOX列表，把BOX添加到其中，這個時候就可以選擇相應的傳感器來添加到其中，在項目中選擇傳感器相應的型號，然后輸入設備上的序列號，上網模式要選擇WiFi模式，并且輸入相對應的無線網密碼和名稱。重復上述操作來進行傳感器的配置，在完成對傳感器的配置之后還要對路由器進行設置，在雙擊WAN后，把連接的方式修改為交換機模式，剩下其余的選項不用變化，然后把IP地址設置好，再右鍵點擊LAN，在添加設備中選擇西門子品牌的可編程邏輯控制器，再向其中輸入對應的IP地址。

在硬件的配置工作結束之后，要添加相應的變量，在這個過程中要注意把監控系統中所有傳感器可能會用到的所有變量都無遺漏地添加到其中，而且在添加的過程還要對其他各個變量的數量類型進行控制。比如5個傳感器的實際數值對應的是變量為三十二位的浮點數，而且這5個變量數值需要在對應的存儲單位中配置，然后再對傳感器設置采樣周期。在變量設置結束之后，再更改計算機的IP地址，然后把這些變量下載到傳感器之中，最后再上傳到云平臺[4]。

2.5對操作界面的設計

在設計人員進入到云平臺之后，點擊項目中心中的設備監控，然后再點擊編輯組態，在這項中進行操作是對計算機的開始畫面和移動終端小程序的初始畫面進行設計。此種設計的方式和觸摸屏組態的設計方式比較類似。在設計界面的過程中，要秉承著簡潔、實用的原則。在操作界面中要清楚地表明變量的名稱、地址，數據的類型以及當前設備的狀態。除了對初始界面的設計之外，還要對傳感器的操作界面進行相應的設置，在從手機端進入到云平臺之后，還是點擊項目中心，在傳感器管理中就可以看到傳感器是否連接到了云平臺，然后再點擊數據監控，管理人員和運行維護人員就可以對泵站當前的情況進行實時監控。而管理和運行維護人員還可以在其中綁定自己的微信號，之后的監控工作就可以在微信中的小程序進行，大大地提升了管理工作和運行維護工作的便捷性[5]。

2.6對傳感器接收信號的處理

在對云平臺進行設計后，還要對可編程邏輯控制器的程序進行編寫，在可編程邏輯控制器中，最為重要的就是接受傳感器信號后，對于信號的處理。傳感器輸出的信號都是標準的電流或者是電壓信號，這些模擬信號是通過可編程邏輯控制器中的擴展模塊對其進行數字化之后，通過該控制器處理轉化為實際的數值。該控制系統使用的是NORMAL和SCALR指令來對傳感器的信號進行處理，先通過NORMAL把傳感器的電流信號和電壓信號轉化成數字信號，再通過SCALR把數字信號轉化成測量結果[6]。

3智能泵站監控系統的運行和調試

在完成監控系統的硬件配置和軟件配置之后，把設備和互聯網以及電源相連接，然后進行調試運行。在開展調試工作的過程中，要先在移動端的小程序中或者是計算機網頁端中點擊控制泵站啟動的按鈕，然后觀察對應的泵站是否已經啟動。當泵站處于正常的運行狀態后，再對監控界面顯示的5個參數進行核實。當點擊停止按鈕時，觀察泵站是否已經停止運行。另外，如果當泵站中的水位過高或者過低時，泵站就會自動停止運行，并且泵站在停止運行的同時，警報指示燈也會亮起。

4結語

綜上所述，智能泵站的監控系統是基于物聯網技術進行設計的，本文中利用了可編程邏輯控制器對智能泵站運行的監控系統進行設計，此監控系統可以通過計算機的網頁端和移動終端的小程序端，對智能泵站實現遠程的啟動和停止控制，并且還可以對泵站運行中的各種數據和參數進行監控，在當前水位過高或者是過低的情況下及時停止并報警。因此，此監控系統在大幅度提高泵站機組的安全性和自動化程度的同時，降低了泵站的維護成本和運行成本。

參考文獻

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