1 引言
治污設施運行監(jiān)控系統(tǒng)是對治污設施的運轉情況進行連續(xù)監(jiān)控和記錄的網絡化監(jiān)控平臺。
污染源自動監(jiān)控是環(huán)境執(zhí)法、科學管理的重要手段。污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)的建設和管理依托環(huán)境監(jiān)測、自動控制、計算機、電子、通信等多個領域的技術，是一項復雜的系統(tǒng)工程。
污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)可分為數據收集子系統(tǒng)和信息綜合子系統(tǒng)。
數據收集子系統(tǒng)是污染治理設施的組成部分，包括在污染源現場安裝的污染物排放監(jiān)控監(jiān)測儀器（COD、TOC、PH等水污染物在線監(jiān)測分析儀，二氧化硫、煙塵等氣污染物在線監(jiān)測分析儀）、流量（速）計、污染治理設施運行記錄儀（黑匣子）和數據采集傳輸儀（用于數據的存儲、加密，數據包轉發(fā)、接收以及報警、反控）等自動監(jiān)控儀器。簡稱現場機。
圖1 系統(tǒng)結構
信息綜合子系統(tǒng)包括計算機信息終端設備、監(jiān)控中心系統(tǒng)（污染源自動監(jiān)控中心信息管理軟件和數據庫等）。簡稱上位機。
本文介紹采用LM系列小型PLC作為現場機收集現場數據，并通過GPRS通訊網絡與上位機通訊，最終實現上位機在線對現場污染源的監(jiān)控。
2系統(tǒng)介紹
2.1 系統(tǒng)描述
由對污染源主要污染物排放實施在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）的自動監(jiān)控監(jiān)測儀器設備和監(jiān)控中心組成，簡稱系統(tǒng)。
2.2 系統(tǒng)結構
污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)從底層逐級向上可分為現場機、傳輸網絡和上位機三個層次。上位機通過傳輸網絡與現場機交換數據、發(fā)起和應答指令。
上位機通過傳輸網絡和現場機相互作用，并獲取現場數據，具體有兩種操作方式：一是現場儀器儀表（以下通稱監(jiān)測儀器）本身具有較強的通信功能，監(jiān)控現場只有一臺儀器，可直接操作現場監(jiān)測儀器，取得監(jiān)測數據，執(zhí)行控制動作，并接收告警信息；二是上位機不直接與監(jiān)測儀器通訊，而是與數據采集傳輸儀通訊，數據采集傳輸儀下接監(jiān)測儀器。
圖2 系統(tǒng)結構
2.2.1 現場機
安裝在污染源排放口現場，用于監(jiān)測污染源排污狀況及完成和上位機的數據通訊傳輸的單臺或多臺設備及設施，它是污染治理設施的組成部分，包括在污染源現場安裝的污染物排放監(jiān)控（監(jiān)測）儀器、流量（速）計、污染治理設施運行記錄儀和數據采集傳輸儀等自動監(jiān)控儀器。
2.2.2 傳輸網絡
基于TCP/IP 的和非基于TCP/IP的傳輸網絡及之上的連接。數據傳輸通訊協(xié)議在基于不同傳輸網絡（該傳輸網絡被稱為基礎傳輸層）的現場機和上位機之間提供交互通訊。應用層依賴于所選用的傳輸網絡，在選定的傳輸網絡上進行應用層的數據通訊，在基礎傳輸層已經建立的基礎上，整個應用層的協(xié)議和具體的傳輸網絡無關。
2.2.3 上位機
安裝在各級環(huán)保部門，有權限對現場機發(fā)出查詢和控制等本規(guī)范規(guī)定指令的數據接收和數據處理系統(tǒng)。包括計算機信息終端設備、監(jiān)控中心系統(tǒng)等。
3 數據采集儀工作原理及功能
數據采集儀通過數字通道、模擬通道、開光量通道采集檢測儀表的檢測數據、狀態(tài)等信息，然后通過傳輸網絡將數據、狀態(tài)傳至上位機；上位機通過傳輸網絡發(fā)送控制命令，數據采集傳輸儀根據命令控制檢測儀表工作。
數據采集儀通過GPRS無線方式與上位機通訊，數據采集傳輸儀能通過串行口與具備標準透明傳輸的無線模塊(GPRS DTU模塊)連接。
數據采集傳輸儀從功能上可分為數據采集單元、數據存儲單元、數據傳輸單元和顯示單元等。
3.1 現場數據和設備運行狀態(tài)檢測功能
污染物排放數據監(jiān)測：應能實時采集在線監(jiān)測儀檢測的污染物排放數據。超標后能自動報警。
治污設施運行監(jiān)測：對某臺設備的監(jiān)控不應局限于單參數的監(jiān)測，若有可能，應進行多狀態(tài)監(jiān)測，以具有可參照性、邏輯判斷性，能進行有效的監(jiān)測。
檢測設備運行狀態(tài)監(jiān)測：應能自動監(jiān)測在線監(jiān)測儀、自動采樣器等現場儀表、設備的運行狀態(tài)（運行、停止或故障等）。
工作環(huán)境監(jiān)測：應能監(jiān)測現場監(jiān)測站的運行環(huán)境參數（如溫度、濕度）、安防報警等信號。
3.2 遠程設置和控制
應能及時響應監(jiān)控中心發(fā)來的限值設定、儀器調校及啟停等操作指令，實現遠程操作控制。
3.3 數據傳輸功能
應能按照以下幾種方式，實現與監(jiān)控中心的數據實時通信：
應答上傳：對監(jiān)控中心發(fā)出的數據呼叫請求能及時響應上傳；
定時上傳：能根據設定的間隔時間定時上傳現場數據給監(jiān)控中心；
異常主動上報：當出現污染物超標、治污設施停止運轉、現場設備故障等異常情況時能主動上傳給上一級監(jiān)控中心。
3.4 數據及時間記錄儲存功能
能連續(xù)存儲現場3個月以上的檢測數據和操作記錄、報警記錄、停電記錄等事件數據，新數據可以覆蓋最早時間數據。采集存儲間隔時間可靈活設置。
4 監(jiān)控系統(tǒng)組成
4.1 監(jiān)控系統(tǒng)方案配置
控制系統(tǒng)現場數據存儲顯示采用和利時HT6720T系列觸摸屏，下位機CPU選用和利時LM3109 PLC控制器；觸摸屏通過擴展的LM3331通訊模塊走RS232串口線通過標準MODBUS協(xié)議與CPU進行通訊。現場數據采集儀表通過直接模擬量輸入借口或RS485通訊的方式和CPU之間交換數據。現場機和上位機通過GPRS串口透明傳輸模塊以無線方式交互控制方式。
圖3 系統(tǒng)配置圖
4.2控制系統(tǒng)硬件
4.2.1 GPRS串口透明傳輸模塊
GPRS串口透明傳輸模塊支持900/1800 MHz系統(tǒng)，提供RS-232接口，支持各種非TCP/IP終端設備數據的透明傳輸，如各種數據采集設備、圖片監(jiān)控設備、POS/ATM終端、PLC設備等，可廣泛應用于數據采集、安全監(jiān)控、數據記錄、遙感勘測、POS/ATM等各種串行數據端口的遠程設備與中心服務器的連接和數據通信。
4.2.2 PLC選型
本系統(tǒng)采用LM系列PLC控制，配置1個CPU模塊LM3109、1個6通道模擬量輸入/2通道模擬量輸出/1路MODBUS slave通訊模塊和1個8通道模擬量輸入模塊LM3313。
1）CPU模塊：LM3109模塊的額定工作電壓為AC220V，自帶40點I/O，提供24路DC24V輸入/16路繼電器輸出處理。具有1個RS232和1個RS485通訊接口，支持專有協(xié)議（僅RS232）/Modbus RTU協(xié)議/自由協(xié)議。
2）通訊擴展模塊：LM3331額定工作電壓24VDC，提供6路電壓/電流信號輸入、2路電壓信號輸出處理和1路MODBUS通訊，支持MODBUS RTU從站協(xié)議（功能碼01/02/03/04/05/06/15/16），通信接口RS232/RS485可選。
3）模擬量擴展模塊：LM3331模塊提供8通道模擬量輸入通道，輸入范圍-10V-10V、-20mA-20mA可選，精度可達0.5%FS。主要完成現場模擬量的輸入、采集與處理工作。
4.2.3 顯示單元
顯示單元采用和利時HT6720T系列觸摸屏，配以監(jiān)控組態(tài)軟件來完成。能顯示所連接檢測儀表的實時數據、小時均值、日均值和月均值，也能顯示污染物的小時總量、日總量和月總量。圖4-圖5為顯示單元監(jiān)控畫面。
5 結束語
本文介紹了基于GPRS網絡技術的PLC遠程監(jiān)控技術應用于污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)的設計方案，并給出了數據傳輸實時性和可靠性關鍵問題的解決方法，通過應用GPRS無線通信技術，實現了PLC遠程實時監(jiān)控和調試。系統(tǒng)采用GPRS網絡具備較好的數據傳輸安全性，使數據傳輸抗干擾能力更強，保證了系統(tǒng)的可靠性，該方案使控制系統(tǒng)有機地成為企業(yè)整個IT架構的一部分，提高企業(yè)的經濟效益。同時，本文對遠程數據傳輸以及其它無人值守的系統(tǒng)均有一定的實用價值和指導意義。
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