基于无线传感网络的污水处理工程监控系统

摘要

一种基于无线传感网络的污水处理工程监控系统，包括：多个无线监控子站、无线传输系统和无线监控主站，无线监测子站负责采集污水处理工程的现场设备的相关信息。监控系统需要转发的数据和命令都要经过无线传输系统通讯。无线监控主站包括监控软件、服务器、客户端和以太网交换机；客户端与服务器通过以太网交换机交换数据，服务器主要负责整个污水处理厂数据的存储与管理。本系统相对于传统的PLC控制系统具有数据处理能力强，系统的存储容量大，由于每一个数据采集模块具有独立的控制器，系统具有更强的可靠性。相对于传统的有线传输系统，本系统采用无线传输系统，系统的成本低、安装和调试方便的特点。

主权项

一种基于无线传感网络的污水处理工程监控系统，包括：多个无线监控子站、无线传输系统和无线监控主站，其特征在于： 每个无线监控子站包括数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和中央控制器模块，数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块分别与中央控制器模块采用SPI总线连接，中央控制器模块采用ARM9作为主处理器，由Linux操作系统实现污水处理设备的底层驱动和任务管理； 数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块和模拟量输出模块的主处理器采用嵌入式ARM7处理器，污水处理设备的运行状态信息由数字输入模块采集，污水处理设备的启停控制则由数字输出模块控制，模拟输入模块用来采集污水处理设备状态的各种模拟量，模拟输出模块用来输出相应的模拟量，来对污水处理设备进行控制，包括控制计量泵的频率、控制加氯机调开/调关的角度和风机变频器的频率，中央控制模块主要完成两个功能，一个是将数字输入、模拟输入模块采集到的数据处理后，通过无线传输系统发送给无线监控主站；另一方面通过无线传输系统接收无线监控主站发送过来的命令，命令包括污水处理设备的控制、模拟量采集和数字量采集，经过转译后发出对应的命令给数字输出模块和模拟输出模块， 无线监控主站包括监控软件、服务器、客户端和以太网交换机；客户端与服务器通过以太网交换机交换数据，服务器主要负责整个污水处理厂数据的存储与管理，客户端主要负责从数据库中读取数据，按照污水处理厂的工艺需求，完成水厂图形界面的显示，并根据污水处理厂的工艺向无线传输系统发送控制命令，从而实现生产工艺设备的遥控及设备参数的遥测； 监控软件主要监控污水处理的流程中所有设备参数的遥测、遥控、数据分析处理、系统网络状态的监测、报警，同时根据监测的水质参数，动态调整投加药剂量，优化污水处理的工艺参数，监控软件的显示画面由污水处理工艺流程图、数据点趋势图、系统报警图、操作控制实时显示图组成，其中污水处理工艺流程主要包括总貌画面和分组画面两个部分，由总貌画面能够监测整个污水处理过程的工艺流程，如果要实现对分组污水处理工艺流程的监测，单击画面设备进入相应的设备画面，浏览该部分的设备运行状态；数据点趋势图则具有显示任何数据 点趋势的能力，并在同一坐标轴上显示至少三个变量的趋势记录曲线，有可供用户选择的参数变量，不同颜色和不同的时间间隔，也可以对数据轴进行任意放大显示；系统报警图显示当前所有正在进行的过程参数报警和系统硬件故障报警，并按报警的时间顺序从最新发生的报警开始排起，报警优先级别和状态用不同的颜色来区别，未经确认的报警处于闪烁状态；操作控制实时显示图能根据现场运行人员或上级控制中心的命令控制污水处理水泵电机，进行启闭和停止操作，无线监控主站在每一个信息周期内收集污水处理厂的风机变频器状态，水泵、阀门状态，管道压力、流量、水位的信息，并将采集的参数发送给工业控制计算机，无线监控主站实时接收工业控制计算机的控制命令，将工业计算机的控制信号通过无限传输系统发送给每个无线监控子站，控制污水处理厂相应设备的启停，使污水处理工艺达到优化；无线监控主站定时发送自检测命令，检测整个系统的网络是否畅通，当发现监控系统的网络出现故障时，发送网络故障报警命令，并对故障的无线监控子站进行定位，监控系统的任何单个元件的故障不会造成污水处理厂生产设备的误动； 无线传输系统包括无线监控子站传输系统与无线监控主站传输系统，无线监控子站传输系统与无线监控主站传输系统相连接，无线监控子站传输系统和无线监控主站传输系统采用工作在868MHz、915MHz或2.4Ghz工业免授权的ISM频段，每个无线监控子站和无线监控主站需要转发的数据和命令都要经过无线传输系统通讯，每个无线监控子站的中央控制器模块与无线监控子站传输系统相连接，无线监控主站的以太网交换机与无线监控主站传输系统相连接。