章盼梅，朱萬浩，韓鳳琴

(1.華南理工大學(xué)廣州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，廣東廣州 510800；2.華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電氣工程學(xué)院，廣東廣州 510800)

0 引言

鑒于目前污水處理廠存在無法遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行的問題，作者利用手機(jī)微信功能開發(fā)了污水處理微信遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的下位機(jī)采用羅克韋爾PLC，上位機(jī)采用微信訂閱號(hào)，結(jié)合騰訊云服務(wù)器二次開發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了污水處理設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行。該系統(tǒng)已用于廣東某污水處理廠的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 系統(tǒng)概述

該污水處理廠為新建工程，主要負(fù)責(zé)處理廣東某市的生活污水，一期規(guī)模為2×105t/d，二期規(guī)模為4×105t/d，遠(yuǎn)期規(guī)模為8×105t/d。本工程為一期工程，設(shè)計(jì)采用A2O(Anaeroxic-Anoxic-Oxic，厭氧-缺氧-好氧)工藝處理法，出水水質(zhì)要求BOD5≤15 mg/L，SS≤20 mg/L，pH為6.5～8.0。設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)中央控制器采用PLC，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用微信訂閱號(hào)和云服務(wù)器，粗格柵、細(xì)格柵、沉砂池要求聯(lián)動(dòng)控制，提升泵房要求液位控制。微信訂閱號(hào)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警顯示、數(shù)據(jù)記錄、報(bào)表等功能。

1.1 污水處理工藝流程

市政基礎(chǔ)設(shè)施工程的污水管網(wǎng)用來輸送污水，污水輸送至污水處理廠時(shí)，首先經(jīng)過粗、細(xì)格柵，除去容易堵塞水泵機(jī)組及管道的懸浮物。然后污水流入沉砂池、初沉池初步沉淀除去泥沙之后，接著流入曝氣沉砂池與氧化物充分反應(yīng)，將水中的有機(jī)物進(jìn)行分解。緊接著污水流入二沉池進(jìn)一步沉淀，污泥流入脫水機(jī)房脫水后外運(yùn)[1]。最后，污水流入接觸消毒池消毒后排放，如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程圖

1.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本方案采用1756 ControlLogix系列PLC、騰訊云服務(wù)器、微信訂閱號(hào)監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)成污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)控制的需要，把廠內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控區(qū)域劃分成4個(gè)PLC子站，1#PLC子站負(fù)責(zé)鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)備和高低壓變電室，鼓風(fēng)機(jī)房需監(jiān)控的設(shè)備有軸流風(fēng)機(jī)組和啟閉機(jī)，需采集的儀表有空氣流量計(jì)和氣體壓力計(jì)；變配電室需采集的設(shè)備有高壓配電柜、低壓配電柜和變壓器。2#PLC子站負(fù)責(zé)生化池和二沉池及配水集泥井，生化池需監(jiān)控的設(shè)備有啟閉機(jī)、推流器、混合液內(nèi)回流泵、污泥回流泵和變頻器，需采集的儀表有污泥濃度計(jì)、溶解氧和氧化還原計(jì)；二沉池及配水集泥井需采集的設(shè)備有啟閉機(jī)、污泥回流泵、剩余污泥泵、二沉池吸泥機(jī)和變頻器；需采集的儀表有二沉池泥水界面儀、污泥回流泵房水界面儀、剩余污泥電磁流量計(jì)和污泥回流井液位計(jì)。3#PLC子站負(fù)責(zé)細(xì)格柵及曝氣沉沙池，需監(jiān)控的設(shè)備有啟閉機(jī)、格柵機(jī)、砂水分離器和羅茨風(fēng)機(jī)，需采集的儀表有液位差計(jì)、COD測(cè)量?jī)x等。4#PLC子站負(fù)責(zé)粗格柵及提升泵房，需監(jiān)控的設(shè)備有啟閉機(jī)、格柵機(jī)等，需采集的儀表有液位計(jì)、硫化氫檢測(cè)儀等[2]。系統(tǒng)總體方案如圖2所示，其中需監(jiān)控的設(shè)備共有139臺(tái)，需采集的儀表共有37套。

圖2 系統(tǒng)總體方案

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 提升泵房液位控制系統(tǒng)

提升泵房是污水處理廠的重要組成部分，它的作用是把污水從市政管網(wǎng)抽到污水處理廠進(jìn)行處理。提升泵房有2個(gè)污水池，每個(gè)污水池有4臺(tái)提升泵，3臺(tái)工作，1臺(tái)備用，均采用變頻啟動(dòng)方式。PLC需監(jiān)控提升泵的就地/遠(yuǎn)程、運(yùn)行、綜合故障、啟/停、頻率反饋和頻率設(shè)定。由于污水池水位隨季節(jié)的變化較大，因此利用液位控制提升泵的臺(tái)數(shù)。當(dāng)污水池的液位上升至L≥3 m時(shí)，1#提升泵啟動(dòng)；當(dāng)液位L≥5 m時(shí)，1#和2#提升泵同時(shí)啟動(dòng)；當(dāng)液位L≥6.5 m時(shí)，1#、2#和3#提升泵同時(shí)啟動(dòng)；當(dāng)液位L≥11 m時(shí)，PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)并上傳到微信服務(wù)器。當(dāng)污水池液位下降時(shí)，L≤4.5 m時(shí)，1#提升泵停止運(yùn)行；當(dāng)L≤3 m時(shí)，1#和2#提升泵同時(shí)停止運(yùn)行；當(dāng)L≤1.5 m時(shí)，1#、2#和3#提升泵同時(shí)停止運(yùn)行；當(dāng)液位L≤1.3 m時(shí)，PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)并上傳到微信服務(wù)器。程序設(shè)定先運(yùn)行的提升泵先停止，后運(yùn)行的提升泵后停止，這樣可防止某一臺(tái)提升泵運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)而損壞[3]。提升泵液位控制流程如圖3所示。

圖3 提升泵房液位控制系統(tǒng)圖

2.2 粗格柵、細(xì)格柵聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)

粗格柵機(jī)位于污水進(jìn)水口處，其作用是除去污水中較大的懸浮物，細(xì)格柵機(jī)位于提升泵房后曝氣沉砂池前，目的是為了除去污水中較小的懸浮物，粗、細(xì)格柵控制方式相同。格柵聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)由粗、細(xì)格柵和螺旋輸送機(jī)組成，PLC需監(jiān)控格柵機(jī)的就地/遠(yuǎn)程、運(yùn)行和故障共3個(gè)DI輸入點(diǎn)；1個(gè)啟/停DO輸出點(diǎn)。螺旋輸送機(jī)需監(jiān)控點(diǎn)數(shù)和格柵機(jī)一樣。粗格柵聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)如圖4所示，當(dāng)PLC發(fā)出控制信號(hào)給格柵機(jī)聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，螺旋輸送機(jī)先啟動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間達(dá)到4 s后格柵機(jī)啟動(dòng)，格柵機(jī)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到7 s后停止運(yùn)行，螺旋輸送機(jī)則在格柵機(jī)停止后再運(yùn)行6 s停止。在聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)中，螺旋輸送機(jī)先于格柵機(jī)啟動(dòng)，后于格柵機(jī)停止，目的是為了更徹底地輸送格柵機(jī)處理的各種懸浮物。

圖4 格柵聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)圖

2.3 沉砂池除砂自動(dòng)控制系統(tǒng)

沉砂池除砂自動(dòng)控制系統(tǒng)主要設(shè)備是旋流式抽砂泵，它由葉輪、傳動(dòng)軸、電機(jī)、減速器和吸砂系統(tǒng)組成。其工作原理是葉輪漿板向上傾斜，旋轉(zhuǎn)工作時(shí)使池中污水作螺旋狀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另因污水切向進(jìn)入，具有一定流速，從而對(duì)砂粒產(chǎn)生離心力，使較重的砂粒沿著池壁沉降到池底。該污水處理廠有2個(gè)沉砂池，每個(gè)沉砂池配一套除砂系統(tǒng)，PLC需監(jiān)控抽砂泵的就地/遠(yuǎn)程、運(yùn)行和故障共3個(gè)DI輸入點(diǎn)；1個(gè)啟/停DO輸出點(diǎn)。當(dāng)PLC發(fā)出控制信號(hào)給抽砂泵控制系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)，運(yùn)行23 s后停止工作。抽砂泵停止工作后計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間超過10 s后，抽砂泵再次啟動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)抽砂泵間歇性并重復(fù)工作，目的是等沉砂池壁累積到一定量的砂石后才啟動(dòng)，這樣抽砂泵的工作效率會(huì)更高，同時(shí)減少抽砂泵的用電量，達(dá)到節(jié)約能源的目的，抽砂泵控制系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 抽砂泵控制系統(tǒng)圖

2.4 鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

鼓風(fēng)機(jī)是污水處理廠重要的設(shè)備之一，當(dāng)生化池進(jìn)行生化反應(yīng)時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)需把空氣送進(jìn)生化池中，讓生化池的生物質(zhì)進(jìn)行充分“厭氧-缺氧-好氧”反應(yīng)，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。該污水處理廠共有2個(gè)生化池，每個(gè)生化池配套一組鼓風(fēng)機(jī)，每組有4臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，每2臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)并聯(lián)連接，每臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)功率為160 kW。PLC需監(jiān)控提升泵的就地/遠(yuǎn)程、運(yùn)行、綜合故障、啟/停、頻率反饋和頻率設(shè)定。由于生化池的液位變化較大，因此利用液位控制鼓風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)。當(dāng)生化池的液位上升至L≥1.5 m時(shí)，1#鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)L≥3 m時(shí)，1#和2#鼓風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)；當(dāng)L≥5.5 m時(shí)，PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)并上傳到微信服務(wù)器。當(dāng)生化池液位下降，L≤3 m時(shí)，1#鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行；當(dāng)L≤1.5 m時(shí)，1#和2#鼓風(fēng)機(jī)同時(shí)停止運(yùn)行；當(dāng)L≤0.5 m時(shí)，PLC發(fā)出報(bào)警信號(hào)并上傳到微信服務(wù)器。程序設(shè)定先運(yùn)行的鼓風(fēng)機(jī)先停止，后運(yùn)行的鼓風(fēng)機(jī)后停止，這樣可防止某一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)而損壞。鼓風(fēng)機(jī)液位控制流程如圖6所示。

圖6 提升泵房液位控制系統(tǒng)圖

2.5 WiFi模塊與PLC通信原理圖

基于微信訂閱號(hào)的污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是利用手機(jī)WiFi通過服務(wù)器與單片機(jī)相連接。單片機(jī)采用STC15W4K56S4型號(hào)，連接WiFi模塊與云服務(wù)器進(jìn)行通信。單片機(jī)與PLC連接有2種方式，一種是采用并行口相連，即單片機(jī)的P0.0-0.7與PLC的I0.0-0.7對(duì)應(yīng)，另一種通過RS485進(jìn)行連接。本系統(tǒng)采用后一種方式，即串口連接通信。操作人員在手機(jī)微信訂閱號(hào)中進(jìn)行操作時(shí)，把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳到云服務(wù)器，云服務(wù)器把數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳到單片機(jī)中，單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后傳給PLC，實(shí)現(xiàn)了利用手機(jī)微信訂閱號(hào)控制PLC[4]。智能手機(jī)微信與PLC通信原理如圖7所示。

圖7 手機(jī)WiFi與PLC通信原理圖

2.5.1 ESP8266 WiFi模塊

本工程選用ESP8266 WiFi模塊，內(nèi)部工作原理如圖8所示。它是一種性能優(yōu)越的模塊，不僅集成了模擬發(fā)射/接收、射頻發(fā)射/接收、鎖相環(huán)等，而且還集成了SPI/GPIO/I2C等數(shù)據(jù)通信接口，成本低，通用性強(qiáng)，給物聯(lián)網(wǎng)方案提供良好的技術(shù)支持。ESP8266 WiFi有SoftAP、Station和SoftAP+Station 3種模式，它與單片機(jī)及云服務(wù)器采用SoftAP無線接入點(diǎn)模式，當(dāng)WiFi采用無線接入點(diǎn)模式時(shí)，發(fā)射一個(gè)熱點(diǎn)，單片機(jī)使WiFi模塊與云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。

圖8 ESP8266 WiFi工作原理圖

2.5.2 ESP8266 WiFi電路圖

WiFi模塊主要負(fù)責(zé)近距離的無線數(shù)據(jù)傳輸，它在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，首先與單片機(jī)建立串口通信，然后通過路由器與云服務(wù)器建立遠(yuǎn)程連接，它在PLC和微信之間充當(dāng)連接橋梁作用。WiFi模塊與STC15W4K56S4單片機(jī)連接電路如圖9所示，WiFi模塊的22/21引腳為數(shù)據(jù)傳輸端口，連接單片機(jī)的TXD/RXD發(fā)送傳輸端口，引腳1接上拉電阻，引腳8接3.3 V電源模塊[5]。

圖9 ESP8266 WiFi模塊電路連接圖

3 云服務(wù)器和微信訂閱號(hào)開發(fā)

3.1 云服務(wù)器搭建

要實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，需搭建服務(wù)器。傳統(tǒng)的服務(wù)器是開發(fā)者購買服務(wù)器主機(jī)自己搭建網(wǎng)絡(luò)，近年來由于騰訊云、阿里云等云服務(wù)器的興起，越來越多的開發(fā)者購買云服務(wù)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的服務(wù)器。本工程選用騰訊云服務(wù)器，它具有價(jià)格便宜、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能與微信更好地連接。微信與云服務(wù)器、云服務(wù)器和采集設(shè)備采用TCP/IP協(xié)議，它能在客戶端和服務(wù)器端建立可靠的通信連接[6]。騰訊云服務(wù)器能實(shí)現(xiàn)內(nèi)部組件模塊化，分為連接層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層等，系統(tǒng)框架如圖10所示。

圖10 云服務(wù)器系統(tǒng)框架圖

3.1.1 云服務(wù)器與微信訂閱號(hào)通信

云服務(wù)器與微信訂閱號(hào)服務(wù)器通信原理如圖11所示，手機(jī)微信發(fā)送命令給設(shè)備，首先要把數(shù)據(jù)上傳到微信訂閱號(hào)服務(wù)器，訂閱號(hào)服務(wù)器與云服務(wù)器建立連接，然后把數(shù)據(jù)通過云服務(wù)器傳送到設(shè)備中。

圖11 云服務(wù)器通信和微信訂閱號(hào)通信圖

手機(jī)微信、訂閱號(hào)服務(wù)器與云服務(wù)器采用HTTPS連接方式，云服務(wù)器建立的HTTPS與訂閱號(hào)建立的HTTPS服務(wù)器相連接，監(jiān)聽數(shù)據(jù)傳輸端口，搭建服務(wù)器的部分代碼如下：

var fs=require(‘fs’);

var https=require(‘https’);

Var options=

{key:fs.read file sync(‘./common/private key.Pem’),cert:fs.read file sync(‘./common/certificate.pem’)};https.create server(options,app).listen(000,function(){ });

3.1.2 云服務(wù)器與單片機(jī)通信

本方案選用STC15W4W56S4型號(hào)單片機(jī)，WiFi模塊選用ESP8266，它具有良好的數(shù)據(jù)處理能力和穩(wěn)定性，適用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。云服務(wù)器與單片機(jī)通信采用socket協(xié)議，用來描述IP地址和通信端口，為軟件提供通信服務(wù)[7]。在云服務(wù)器中使用net模塊建立TCP服務(wù)器，部分代碼如下：

Var net=require(‘net’);

Var server=Net.createServer(function(c))

{c.on(‘end’,function(){//TODO})}

server.listen(0000,function(){console.log(‘server bound’)})

云服務(wù)器與單片機(jī)采用HTTP長(zhǎng)連接方式進(jìn)行通信。單片機(jī)上電自動(dòng)復(fù)位后，發(fā)送通信請(qǐng)求與云服務(wù)器建立連接，成功通信后服務(wù)器返回一串代碼，該代碼加密后用于下一次與服務(wù)器通信。當(dāng)單片機(jī)的狀態(tài)發(fā)生變更時(shí)，單片機(jī)通過WiFi模塊會(huì)主動(dòng)發(fā)送信號(hào)給服務(wù)器，云服務(wù)器與單片機(jī)WiFi模塊通信流程如圖12所示。

圖12 云服務(wù)器和單片機(jī)WiFi模塊通信圖

3.2 微信訂閱號(hào)開發(fā)

基于微信訂閱號(hào)的污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是搭建在微信訂閱號(hào)平臺(tái)，通過微信服務(wù)器與Node.js搭建系統(tǒng)服務(wù)器相連接。在設(shè)計(jì)過程中利用express、bootstrap等框架實(shí)現(xiàn)監(jiān)控界面的快速響應(yīng)，并且畫面能適應(yīng)各種大小屏幕的手機(jī)。系統(tǒng)各個(gè)模塊通過WiFi和以太網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，采集到的各種模擬量、數(shù)字量等通過MySQL數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存[8]。

污水處理廠需控制的設(shè)備主要有提升泵、污泥泵、鼓風(fēng)機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、粗格柵、細(xì)格柵等，測(cè)量?jī)x表有液位計(jì)、液位差計(jì)、溶解氧測(cè)量?jī)x、懸浮物測(cè)量?jī)x等。在微信訂閱號(hào)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)中，設(shè)置用戶信息登錄系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)3個(gè)主菜單畫面按鈕，點(diǎn)擊公眾號(hào)菜單上的不同按鈕，系統(tǒng)會(huì)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的監(jiān)控界面，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況，方便工作人員操作。

3.2.1 用戶信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在開發(fā)監(jiān)控軟件過程中，把用戶分為管理人員、操作人員、參觀人員3種。管理人員優(yōu)先級(jí)最高，登錄監(jiān)控軟件后可以再添加、刪除、修改用戶等權(quán)限；操作人員權(quán)限次之，能實(shí)時(shí)監(jiān)控廠內(nèi)設(shè)備，但控制設(shè)備等權(quán)限需要管理人員賬戶授權(quán)；參觀人員權(quán)限最低，只可查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)[9]。用戶登錄微信監(jiān)控界面時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)判斷用戶信息，當(dāng)輸入用戶名、密碼錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)提示錯(cuò)誤并跳轉(zhuǎn)到輸入用戶名、密碼界面；當(dāng)輸入用戶名、密碼正確時(shí)，系統(tǒng)連接到數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建session機(jī)制，保持登錄并進(jìn)入監(jiān)控界面，用戶登錄流程如圖13所示。

圖13 用戶登錄流程圖

3.2.2 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)包括粗格柵及提升泵房監(jiān)控子系統(tǒng)、細(xì)格柵及曝氣沉砂池監(jiān)控子系統(tǒng)、生化池監(jiān)控子系統(tǒng)、二沉池監(jiān)控子系統(tǒng)等，監(jiān)控子系統(tǒng)可以將監(jiān)控設(shè)備分為就地模式(即手動(dòng)控制模式)、設(shè)備自動(dòng)控制模式和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式。操作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，應(yīng)首先登錄微信監(jiān)控畫面，然后選擇3種控制方式的其中一種，例如：當(dāng)操作人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)提升泵進(jìn)行調(diào)試時(shí)，可以選擇手動(dòng)控制模式，操作人員即可在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)對(duì)提升泵進(jìn)行控制；當(dāng)操作人員在中控室需對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，可選擇自動(dòng)控制模式，操作人員只需在微信監(jiān)控界面上點(diǎn)擊運(yùn)行，鼓風(fēng)機(jī)就可以按照預(yù)先設(shè)計(jì)的程序和算法自動(dòng)運(yùn)行[10]。設(shè)備監(jiān)控流程如圖14所示。

圖14 設(shè)備監(jiān)控流程圖

3.2.3 數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要采集模擬量數(shù)據(jù)，如變頻器、溫度傳感器、液位計(jì)等數(shù)值。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng)、歷史趨勢(shì)查詢子系統(tǒng)等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢是指實(shí)時(shí)地監(jiān)控各類儀表的數(shù)據(jù)，如液位計(jì)/液位差計(jì)的數(shù)值、變頻器的頻率、溶解氧計(jì)的數(shù)值等，實(shí)時(shí)地反映到微信監(jiān)控界面上。同時(shí)，參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知操作人員。歷史數(shù)據(jù)查詢是指數(shù)據(jù)庫保存下來的各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，供操作人員查詢，如液位值、溶解氧值、水位值等，數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖15所示。

圖15 數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

3.3 微信公眾號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.3.1 微信公眾號(hào)開發(fā)環(huán)境

本工程的開發(fā)、測(cè)試等基于騰訊云服務(wù)器平臺(tái)，要求掌握J(rèn)avaScript語言，采用bootstrap、JQuery、NodeJS等低成本高效率的架構(gòu)。數(shù)據(jù)庫選擇MySQL，開發(fā)工具選擇webstorm。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存采用redis本地臨時(shí)儲(chǔ)存技術(shù)，提高存儲(chǔ)效率。

3.3.2 微信公眾號(hào)注冊(cè)

微信公眾號(hào)與微信不同，公眾號(hào)獨(dú)立于微信，需單獨(dú)去注冊(cè)并綁定微信，不能直接用你的微信號(hào)登錄公眾號(hào)。注冊(cè)公眾號(hào)時(shí)，需填寫姓名、電話郵箱等信息，按官方流程走完之后，就成功申請(qǐng)一個(gè)公眾號(hào)了。公眾號(hào)有2種模式，一種是開發(fā)者模式，另一種是非開發(fā)者模式。在開發(fā)者模式中，可以自定義菜單欄，比如設(shè)置污水處理的各種界面，如粗格柵及提升泵房、生化池等監(jiān)控界面。

3.3.3 監(jiān)控界面生成

申請(qǐng)好公眾號(hào)之后，架設(shè)騰訊云服務(wù)器，包括程序的開發(fā)、數(shù)據(jù)庫的開發(fā)。接著開發(fā)公眾號(hào)的二級(jí)菜單欄，制作各類監(jiān)控畫面，生成二維碼授權(quán)設(shè)備，同時(shí)開發(fā)單片機(jī)與WiFi模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，監(jiān)控系統(tǒng)生成如圖16所示。

圖16 監(jiān)控系統(tǒng)生成

4 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試是開發(fā)系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是保證系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。在系統(tǒng)測(cè)試過程中，一方面驗(yàn)證系統(tǒng)的各個(gè)功能能否正常使用，是否滿足用戶的需求；另一方面檢查系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和發(fā)現(xiàn)它們的缺陷并改進(jìn)。測(cè)試前，作者搭建云服務(wù)器、微信訂閱號(hào)、PLC控制器監(jiān)控平臺(tái)，分別對(duì)WiFi通信模塊、用戶登錄界面、設(shè)備監(jiān)控和數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試手機(jī)選擇小米8，CPU為驍龍845，主頻為2.8 GHz，RAM為8 GB、ROM為128 GB，屏幕尺寸6.21英寸、分辨率為2 248×1 080。

4.1 WiFi通信模塊調(diào)試

在WiFi通信模塊調(diào)試中，主要利用串口調(diào)試軟件測(cè)試ESP8266的通信功能。如圖17所示，上面空白處輸入相關(guān)指令，可將ESP8266設(shè)置為station+APsoft模式。在串口調(diào)試界面中可設(shè)置串口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位等。ESP8266 WiFi模塊工作時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)WiFi熱點(diǎn)，需連接到路由器把數(shù)據(jù)傳送到云服務(wù)端。因此，WiFi的信號(hào)傳輸速率與信號(hào)發(fā)射距離有關(guān)。測(cè)試時(shí)，用智能手機(jī)連接到ESP WiFi模塊，改變手機(jī)與WiFi模塊的距離，觀察手機(jī)WiFi信號(hào)的格數(shù)。信號(hào)強(qiáng)度“5”代表滿格，“0”代表無信號(hào)，當(dāng)手機(jī)與WiFi模塊距離5 m之內(nèi)，信號(hào)為“5”滿格，隨著距離增加，信號(hào)越來越弱，正常工作情況下應(yīng)選擇“4”格信號(hào)以上。WiFi距離信號(hào)強(qiáng)度如表1所示。

圖17 用戶登錄測(cè)試

表1 WiFi模塊在不同距離的信號(hào)強(qiáng)度

4.2 用戶登錄測(cè)試

登錄系統(tǒng)用戶名和密碼有2種方式，一種是設(shè)計(jì)人員在后臺(tái)錄入用戶名和密碼，發(fā)給相應(yīng)的工作人員；另外一種是用戶自己注冊(cè)，點(diǎn)擊注冊(cè)按鈕，輸入相應(yīng)的信息完成注冊(cè)，管理員在后臺(tái)審核并賦予相應(yīng)的權(quán)限后，即可登錄系統(tǒng)。在登錄界面測(cè)試過程中，輸入用戶名和密碼，能正常登錄系統(tǒng)；點(diǎn)擊注冊(cè)按鈕，輸入相應(yīng)的信息可完成注冊(cè)，用戶登錄測(cè)試界面如圖18所示。

圖18 用戶登錄測(cè)試

4.3 設(shè)備監(jiān)控和數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)測(cè)試

在設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中打開風(fēng)機(jī)監(jiān)控界面，對(duì)風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、讀取按鈕進(jìn)行測(cè)試。點(diǎn)擊風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，PLC狀態(tài)監(jiān)控表中變量B101_RUN_CTL==1；點(diǎn)擊風(fēng)機(jī)停止按鈕，風(fēng)機(jī)停止，PLC狀態(tài)監(jiān)控表中變量B101_STIP_CTL==1，2#風(fēng)機(jī)測(cè)試方法與1#風(fēng)機(jī)相同。在數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)中打開進(jìn)出水口數(shù)值界面，然后在PLC狀態(tài)監(jiān)控表中輸入1#電磁流量計(jì)F101總量F101_TTL、2#電磁流量計(jì)F102總量F102_TTL、進(jìn)水COD201等值，監(jiān)控界面上顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)值，設(shè)備監(jiān)控測(cè)試畫面如圖19所示。

圖19 設(shè)備監(jiān)控測(cè)試畫面

5 結(jié)束語

基于微信訂閱號(hào)的污水處理監(jiān)控系統(tǒng)采用PLC、云服務(wù)器和微信訂閱號(hào)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，解決了污水處理廠無法遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)難題。該系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來，性能穩(wěn)定、運(yùn)行可靠、設(shè)備工況良好，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)標(biāo)，得到了使用單位的好評(píng)。該系統(tǒng)主要的創(chuàng)新點(diǎn)在于利用手機(jī)微信功能，采用微信訂閱號(hào)、云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控，這為污水處理行業(yè)的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)改造提供參考。