【摘要】本文相對(duì)傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場(chǎng)化學(xué)加藥的循環(huán)水處理方法，提出一種以最新的3G網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程信號(hào)的傳輸平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)中的超標(biāo)指標(biāo)，并自動(dòng)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)加藥處理的新型循環(huán)水處理系統(tǒng)。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、3G終端和PLC的通信方法、PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制中心的設(shè)計(jì)，闡述了整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，該方案可以使得水處理企業(yè)可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的為各種政府企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)凈化服務(wù)。

【關(guān)鍵詞】3G網(wǎng)絡(luò)可編程控制器件PLC循環(huán)水系統(tǒng)

本系統(tǒng)以3G網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程信號(hào)的傳輸平臺(tái)，以可編程控制器件PLC（Programmable logic Controller）作為自動(dòng)化控制系統(tǒng)終端。實(shí)時(shí)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)中的超標(biāo)指標(biāo)，并且自動(dòng)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)加藥處理，為今后3G技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展以及循環(huán)水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化提供重要的參考。

一、系統(tǒng)的組成以及結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，完成對(duì)循環(huán)水水質(zhì)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理，遠(yuǎn)程控制，數(shù)據(jù)信息綜合處理等功能。以客戶信息數(shù)據(jù)服務(wù)器和監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)為遠(yuǎn)程控制中心，以PLC和3G數(shù)據(jù)模塊為現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程控制中心由數(shù)據(jù)中心和監(jiān)控中心構(gòu)成，由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)完成所有對(duì)循環(huán)水工程項(xiàng)目的監(jiān)控、決策、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理等功能，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接3G網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送控制指令到現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的3G終端，并將現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)所傳回的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。

現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，由PLC、3G終端、加藥泵、加藥桶、水質(zhì)傳感系統(tǒng)構(gòu)成，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)循環(huán)水質(zhì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)量和采集，檢出系統(tǒng)故障，并將數(shù)據(jù)傳回遠(yuǎn)程控制中心；可以按照來自控制中心的指令完成控制系統(tǒng)控制模式的切換，以及相關(guān)手動(dòng)控制模式下由控制中心發(fā)來的例如加藥泵開關(guān)，加藥速率的調(diào)整，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)讀取等功能。

整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

遠(yuǎn)程控制中心，具有良好的決策能力，能同時(shí)監(jiān)控多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)多系統(tǒng)循環(huán)水指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)全局的控制，為遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控提供了保障。

二、現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1控制原理以及流程

PLC控制原理如下：

（1）腐蝕、結(jié)垢的控制：

腐蝕、結(jié)垢的控制一般是通過投加緩蝕阻垢藥劑來控制系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢趨勢(shì)。根據(jù)緩蝕阻垢藥劑的不同特性，在不同濃縮倍數(shù)的循環(huán)水系統(tǒng)中，藥劑的有效性也不完全相同，只有在一定的濃縮倍數(shù)范圍內(nèi)，以及一定的藥劑含量范圍內(nèi)，藥劑的有效性能才能達(dá)到最佳。為了控制系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢趨勢(shì)需要控制兩個(gè)水質(zhì)參數(shù)：濃縮倍數(shù)、藥劑濃度。

濃縮倍數(shù)的控制：根據(jù)系統(tǒng)補(bǔ)水電導(dǎo)率儀和系統(tǒng)循環(huán)水電導(dǎo)率儀把系統(tǒng)的補(bǔ)水、循環(huán)水電導(dǎo)率值傳到PLC中，由PLC計(jì)算出當(dāng)前系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，再結(jié)合預(yù)設(shè)的濃縮倍數(shù)（根據(jù)藥劑特性預(yù)先設(shè)定）上、下限值，由PLC經(jīng)過邏輯運(yùn)算最后通過控制排污電動(dòng)閥門的開關(guān)來控制系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，使其穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。

藥劑濃度的控制：根據(jù)緩蝕阻垢藥劑的特性，緩蝕阻垢藥劑會(huì)不斷消耗、分解，而且系統(tǒng)水也會(huì)不斷飛濺、滲漏，這樣影響藥劑濃度就有很多可變的因素。通過PLC采集系統(tǒng)循環(huán)水中的pH儀信號(hào)、系統(tǒng)補(bǔ)水流量?jī)x信號(hào)、藥劑分解性能及系統(tǒng)水損失因數(shù)的數(shù)值，經(jīng)過水處理智能控制算法計(jì)算出加藥量，最后控制加藥泵的運(yùn)行時(shí)間或開度以達(dá)到使藥劑濃度穩(wěn)定在預(yù)設(shè)的范圍內(nèi)。

運(yùn)行參數(shù)調(diào)整方法：根據(jù)系統(tǒng)腐蝕在線儀、污垢熱阻儀實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)值可以很直觀的反映出系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢情況。根據(jù)腐蝕、結(jié)垢量化后的數(shù)值調(diào)整水處理方案、藥劑的成份、濃度等參數(shù)。

（2）細(xì)菌、藻類的控制：

根據(jù)殺菌藥劑的特性，在不同的pH值情況下，殺菌藥劑的效果會(huì)有所不同，結(jié)合系統(tǒng)的pH在線檢測(cè)儀表所檢pH，再通過ORP在線儀可以檢測(cè)出系統(tǒng)循環(huán)水的氧化性能，根據(jù)系統(tǒng)中的pH、ORP儀的數(shù)據(jù)，經(jīng)過水處理智能控制算法控制殺菌藥劑的投加，最終控制系統(tǒng)中的細(xì)菌以及藻類的數(shù)量始終保持在一個(gè)安全的范圍內(nèi)。

2.2 PLC與3G模塊通信設(shè)計(jì)

PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過RS-232通訊模塊實(shí)現(xiàn)與3G遠(yuǎn)程模塊通訊的功能，由于PLC的通信格式與3G通信格式不一樣，它們之間通信需要通過PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器與3G模塊完成數(shù)據(jù)交換。在程序設(shè)計(jì)中把3G模塊作為被動(dòng)接收方，PLC作為主動(dòng)通信和處理的上位機(jī)。PLC和3G模塊所有的參數(shù)都設(shè)成相同的，如波特率，奇偶校驗(yàn)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等等。

3G模塊接收遠(yuǎn)程模塊的指令然后傳送給PLC，PLC接收到指令與內(nèi)部程序做比較，得到不同的結(jié)果然后執(zhí)行不同的相對(duì)應(yīng)的程序，PLC執(zhí)行程序控制外部設(shè)備（如閥門，電機(jī)等），從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。

PLC通信程序設(shè)計(jì)中首先需要用RS指令定義需發(fā)送字符的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，并將數(shù)據(jù)以ASCII碼形式存儲(chǔ)在定義存儲(chǔ)器中，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后定義停止位通知PLC終止傳輸。

2.3 3G模塊與控制中心通信步驟

利用2.2節(jié)中的方法使用PLC的相關(guān)寄存器給3G模塊發(fā)送以下AT指令以實(shí)現(xiàn)3G模塊到固定IP地址以及端口的TCP連接傳輸數(shù)據(jù)以及斷開操作：

1、AT^IPINIT=”3GNET”（設(shè)置3G模塊接入點(diǎn)）；

2、AT^IPOPEN=1，\"TCP\"，\"61.172.201.195\"，4000，34567（請(qǐng)求TCP連接，對(duì)應(yīng)參數(shù)分別為：連接ID，連接類型，服務(wù)器IP地址，服務(wù)器端口號(hào)，本地端口號(hào)）

3、AT^IPENTRANS=1（給1號(hào)連接設(shè)置透明傳輸，使得單次數(shù)據(jù)傳輸長(zhǎng)度無限制）

4、AT^IPSEND=1，1PH76NU……（在1號(hào)連接上傳輸數(shù)據(jù)）

5、AT^IPCLOSE=1（關(guān)閉1號(hào)連接）

在連接成功即步驟2后，3G模塊會(huì)自動(dòng)向PLC發(fā)送所收到數(shù)據(jù)，PLC會(huì)根據(jù)寄存器所收到數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行指令解析，完成相應(yīng)動(dòng)作。

三、遠(yuǎn)程控制中心設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程控制中心主要完成TCP/UDP連接的端口監(jiān)聽；發(fā)送指令給現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)并且處理來自現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；將數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)用完成對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)歸納等功能。

監(jiān)控中心軟件作為C/S架構(gòu)的服務(wù)器端使用Visual studio 2008進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于篇幅限制本文簡(jiǎn)單介紹軟件中關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

3.1 Winsock技術(shù)

軟件主要采用Winsock技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，C/S模式下的服務(wù)器端流套接字編程主要實(shí)現(xiàn)步驟如下：（1）構(gòu)造一個(gè)套接字對(duì)象，并調(diào)用socket（）函數(shù)創(chuàng)建套接字；（2）調(diào)用Bind（）函數(shù)并將此套接字綁定到指定的地址，并為服務(wù)器套接字分配端口號(hào)；（3）服務(wù)器調(diào)用Listen（）函數(shù)開始偵聽連接請(qǐng)求，在無連接時(shí)阻塞服務(wù)進(jìn)程，使得服務(wù)器處于持續(xù)偵聽狀態(tài)；（4）當(dāng)服務(wù)器每偵聽到來自3G網(wǎng)卡的連接請(qǐng)求時(shí)，就創(chuàng)建新的線程和一個(gè)新套接字，并將其傳送給Accept（）函數(shù)以接收連接請(qǐng)求，同時(shí)喚醒服務(wù)進(jìn)程。（5）調(diào)用Send（）函數(shù)和recv（）函數(shù)進(jìn)行雙向通信，先前的套接字繼續(xù)用于監(jiān)聽來自3G網(wǎng)卡的連接請(qǐng)求并返回狀態(tài)4；（6）通信結(jié)束后服務(wù)進(jìn)程調(diào)用closesocket（）函數(shù)關(guān)閉相應(yīng)TCP連接，線程結(jié)束。

以此方法實(shí)現(xiàn)的服務(wù)器軟件可以配合內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議的MU203 3G模塊作為客戶端進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)基于3G網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程無線通信。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)交互技術(shù)

軟件采用CDatabase類（數(shù)據(jù)庫(kù)類）、CRecordset類（記錄集類）、CRecordView類（記錄視圖類）、CFieldExchange類（記錄集與數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)交換）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的ODBC訪問技術(shù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)訪問編程的主要實(shí)現(xiàn)步驟如下：（1）構(gòu)造CDatabase對(duì)象；（2）獲取相應(yīng)CDatabase對(duì)象的指針，并利用此指針構(gòu)造CRecordset派生類及其對(duì)象；（3）在調(diào)用CDatabase對(duì)象的成員函數(shù)Open （ ）以及SQL語句打開相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)后，（4）調(diào)用CRecordset中的成員函數(shù)MoveFirst（）；MoveLast（）；MoveNext（）；MovePrev（）；Move（）進(jìn)行記錄定位和遍歷；IsEOF（），IsBOF（）進(jìn)行定位越界判斷。（5）調(diào)用CRecordset的成員函數(shù)Requery（），AddNew（），Delete（），Edit（）進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的查詢，添加，刪除，編輯等操作。

四、結(jié)束語

采用3G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和PLC構(gòu)建的循環(huán)水監(jiān)控凈化系統(tǒng)，截至目前，已投入運(yùn)行2個(gè)多月，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確。原來的長(zhǎng)間隔人工現(xiàn)場(chǎng)采樣，化驗(yàn)指標(biāo)，手動(dòng)加藥的工作模式，被現(xiàn)在系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)加藥所代替。大大提高了水處理行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量和工作效率，節(jié)約了企業(yè)的人力和物力成本，大幅度提升了企業(yè)的自動(dòng)化水平。另一方面，這種以3G無線網(wǎng)為傳輸媒介，對(duì)循環(huán)水進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，在國(guó)內(nèi)同行業(yè)中，尚屬首例。這為今后3G技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展以及循環(huán)水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化提供重要的參考。