朱萱

摘 ?要：新時(shí)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(jī)遇、水利現(xiàn)代化對水利信息化升級的迫切要求，保障江蘇高質(zhì)量發(fā)展對“智慧水利”的期待和江蘇“智慧水利”的目標(biāo)任務(wù)，加強(qiáng)對泵站的安全運(yùn)行和科學(xué)管理。因此，實(shí)現(xiàn)泵站的智能化，并設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)是十分重要的。本文從硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)試3個(gè)大方面來對智能泵站的運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單的分析。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) ?智能泵站 ?監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ?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(dāng)前水利技術(shù)的不斷發(fā)展和水利工程建設(shè)數(shù)量的增長，泵站的數(shù)量也在大量增加。當(dāng)前，還需要新建設(shè)大數(shù)量的泵站，所以每年新建的泵站和改造的小型泵站的數(shù)量比較多。因?yàn)樾⌒捅谜镜慕ㄔO(shè)標(biāo)準(zhǔn)比較低，只要能滿足出水的標(biāo)準(zhǔn)即可，所以其智能化的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，且由于安全措施不到位，出現(xiàn)損壞的情況很多。因此，智能化泵站運(yùn)行監(jiān)控在此時(shí)就顯得尤為重要。

1智能泵站運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的重要性

我國當(dāng)前現(xiàn)代化的程度越來越高，這就對泵站的自動(dòng)化、安全化提出了更高的要求。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅猛，這就給泵站智能化提供了技術(shù)上的支持。如果能夠?qū)崿F(xiàn)智能化泵站，在泵站中有智能的監(jiān)控系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程對小型泵站進(jìn)行控制，對泵站當(dāng)前的運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)進(jìn)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(shí)，此監(jiān)控系統(tǒng)也使得小型泵站的管理更加科技化和規(guī)范化，降低了泵站運(yùn)行和維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。

2智能泵站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.1系統(tǒng)的整體控制要求

在智能泵站的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要對泵站的水位、水體的溫度、水體的酸堿度、雜質(zhì)的濃度、水體的流速這5個(gè)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)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(jù)泵站當(dāng)前的實(shí)時(shí)水位，來實(shí)現(xiàn)對泵站的啟動(dòng)和停止控制。根據(jù)以上特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求為實(shí)現(xiàn)泵站無人值守的目標(biāo)。系統(tǒng)的具體操作要求為，管理人員能夠通過移動(dòng)終端或者是計(jì)算機(jī)的網(wǎng)頁端能夠?qū)崿F(xiàn)對泵站的控制，對泵站有一定的操作權(quán)限，可以控制泵站的啟停。監(jiān)控系統(tǒng)必須要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地對水池中的水位、水體的溫度、酸堿度和雜質(zhì)的濃度進(jìn)行顯示。

2.2監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

隨著當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)普及的程度越來越高，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的云平臺技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。智能泵站的運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)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(zhì)的濃度等進(jìn)行監(jiān)控，把其中的信息轉(zhuǎn)化成比較標(biāo)準(zhǔn)的電信號，然后通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器把其中的電信號再轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后數(shù)字信號再由可編程邏輯控制器轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)值，這些數(shù)值再通過基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的云盒子上傳到云平臺之中，然后管理運(yùn)行和維護(hù)的人員可以通過終端中的小程序或者是計(jì)算機(jī)的網(wǎng)頁端實(shí)現(xiàn)對泵站的遠(yuǎn)程控制和維護(hù)。小程序端使用大數(shù)據(jù)技術(shù)將設(shè)備的運(yùn)行記錄以及接收到的歷史信息記錄、歷史數(shù)據(jù)的曲線和之前的報(bào)警信息，同時(shí)呈現(xiàn)在小程序和計(jì)算機(jī)的網(wǎng)頁端上，從而使得管理人員和運(yùn)行維護(hù)人員可以不受時(shí)間和空間的限制，在任何地方都可以了解到泵站當(dāng)前運(yùn)行的情況，這種智能監(jiān)控系統(tǒng)給泵站的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了很大的便利。

2.3監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

智能泵站的監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成主要包括：模擬信號輸入模塊、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(gòu)成了智能泵站監(jiān)控系統(tǒng)，這些硬件可以給監(jiān)控系統(tǒng)提供充足的各類數(shù)據(jù)。

可編程邏輯控制器是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)主要是使用電腦的網(wǎng)頁端和手機(jī)的小程序來對智能泵站進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和控制。所以在對可編程邏輯控制器進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，輸入信號就必須有泵站的啟動(dòng)信號、停止信號以及上述5個(gè)傳感器的模擬信號，而輸出信號就必須為可以體現(xiàn)泵站運(yùn)行狀態(tài)的信號。因此，監(jiān)控系統(tǒng)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(shè)備為了完成對模擬信號的采集有著八通道的輸入擴(kuò)展模塊。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的云盒子的作用是，為了實(shí)現(xiàn)管理人員和運(yùn)行維護(hù)人員通過手機(jī)端和計(jì)算機(jī)的網(wǎng)頁端對泵站進(jìn)行控制，并且可以通過小程序和網(wǎng)頁就對泵站的運(yùn)行情況有所了解。因此，此監(jiān)控系統(tǒng)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(yè)研發(fā)的遠(yuǎn)程通信設(shè)備，該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)快速地對現(xiàn)場所有的設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制可編程邏輯控制器下載程序和進(jìn)行自我調(diào)試。該云盒子可以登錄物聯(lián)網(wǎng)的云平臺，可以把大量不同地區(qū)的工業(yè)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、程序以及圖像等都傳輸?shù)皆贫说脑朴?jì)算數(shù)據(jù)服務(wù)中心，從而真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對泵站的監(jiān)控、預(yù)警、維護(hù)等工作[1]。

傳感器在泵站監(jiān)控系統(tǒng)的中的作用就是采集系統(tǒng)所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，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(dāng)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(shí)現(xiàn)對水體的酸堿度的檢測，使用MJKD傳感器來實(shí)現(xiàn)對水體中雜質(zhì)濃度的控制[2]。

2.4監(jiān)控系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)

首先是對于云平臺的設(shè)置，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)口要和物聯(lián)網(wǎng)盒子中的廣域網(wǎng)相連接，云盒子中的局域網(wǎng)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(xiàng)參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)置，比如說云平臺的操作流程為：申請賬戶-在賬戶中添加項(xiàng)目和變量-再和各個(gè)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)機(jī)操作-繪制組態(tài)-最終管理人員和運(yùn)行維護(hù)人員在手機(jī)端或者是電腦端對數(shù)據(jù)進(jìn)行查看[3]。

除了對云平臺進(jìn)行設(shè)置之外，還要對監(jiān)控系統(tǒng)中的硬件進(jìn)行配置，在配置硬件的首要工作就是要先從官網(wǎng)申請相應(yīng)的賬戶和密碼，在申請流程結(jié)束之后，使用申請之后的賬戶和密碼登錄云平臺的網(wǎng)頁，在菜單中找到項(xiàng)目中心，在項(xiàng)目中心中添加新的項(xiàng)目，并且對項(xiàng)目進(jìn)行重新命名，該項(xiàng)目在創(chuàng)建成功之后，再對SuKconfig這個(gè)軟件進(jìn)行配置，在這個(gè)配置的過程中，如果不能預(yù)先創(chuàng)建好項(xiàng)目，就沒辦法登錄軟件進(jìn)行配置。在成功登錄軟件之后，選擇已經(jīng)創(chuàng)建好的配置項(xiàng)目，新建BOX列表，把BOX添加到其中，這個(gè)時(shí)候就可以選擇相應(yīng)的傳感器來添加到其中，在項(xiàng)目中選擇傳感器相應(yīng)的型號，然后輸入設(shè)備上的序列號，上網(wǎng)模式要選擇WiFi模式，并且輸入相對應(yīng)的無線網(wǎng)密碼和名稱。重復(fù)上述操作來進(jìn)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(jìn)行設(shè)置，在雙擊WAN后，把連接的方式修改為交換機(jī)模式，剩下其余的選項(xiàng)不用變化，然后把IP地址設(shè)置好，再右鍵點(diǎn)擊LAN，在添加設(shè)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(yīng)的IP地址。

在硬件的配置工作結(jié)束之后，要添加相應(yīng)的變量，在這個(gè)過程中要注意把監(jiān)控系統(tǒng)中所有傳感器可能會(huì)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(gè)變量的數(shù)量類型進(jìn)行控制。比如5個(gè)傳感器的實(shí)際數(shù)值對應(yīng)的是變量為三十二位的浮點(diǎn)數(shù)，而且這5個(gè)變量數(shù)值需要在對應(yīng)的存儲(chǔ)單位中配置，然后再對傳感器設(shè)置采樣周期。在變量設(shè)置結(jié)束之后，再更改計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)人員進(jìn)入到云平臺之后，點(diǎn)擊項(xiàng)目中心中的設(shè)備監(jiān)控，然后再點(diǎn)擊編輯組態(tài)，在這項(xiàng)中進(jìn)行操作是對計(jì)算機(jī)的開始畫面和移動(dòng)終端小程序的初始畫面進(jìn)行設(shè)計(jì)。此種設(shè)計(jì)的方式和觸摸屏組態(tài)的設(shè)計(jì)方式比較類似。在設(shè)計(jì)界面的過程中，要秉承著簡潔、實(shí)用的原則。在操作界面中要清楚地表明變量的名稱、地址，數(shù)據(jù)的類型以及當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)。除了對初始界面的設(shè)計(jì)之外，還要對傳感器的操作界面進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，在從手機(jī)端進(jìn)入到云平臺之后，還是點(diǎn)擊項(xiàng)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(diǎn)擊數(shù)據(jù)監(jiān)控，管理人員和運(yùn)行維護(hù)人員就可以對泵站當(dāng)前的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。而管理和運(yùn)行維護(hù)人員還可以在其中綁定自己的微信號，之后的監(jiān)控工作就可以在微信中的小程序進(jìn)行，大大地提升了管理工作和運(yùn)行維護(hù)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(jìn)行設(shè)計(jì)后，還要對可編程邏輯控制器的程序進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展模塊對其進(jìn)行數(shù)字化之后，通過該控制器處理轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)值。該控制系統(tǒng)使用的是NORMAL和SCALR指令來對傳感器的信號進(jìn)行處理，先通過NORMAL把傳感器的電流信號和電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，再通過SCALR把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成測量結(jié)果[6]。

3智能泵站監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行和調(diào)試

在完成監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置和軟件配置之后，把設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)以及電源相連接，然后進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。在開展調(diào)試工作的過程中，要先在移動(dòng)端的小程序中或者是計(jì)算機(jī)網(wǎng)頁端中點(diǎn)擊控制泵站啟動(dòng)的按鈕，然后觀察對應(yīng)的泵站是否已經(jīng)啟動(dòng)。當(dāng)泵站處于正常的運(yùn)行狀態(tài)后，再對監(jiān)控界面顯示的5個(gè)參數(shù)進(jìn)行核實(shí)。當(dāng)點(diǎn)擊停止按鈕時(shí)，觀察泵站是否已經(jīng)停止運(yùn)行。另外，如果當(dāng)泵站中的水位過高或者過低時(shí)，泵站就會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，并且泵站在停止運(yùn)行的同時(shí)，警報(bào)指示燈也會(huì)亮起。

4結(jié)語

綜上所述，智能泵站的監(jiān)控系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，本文中利用了可編程邏輯控制器對智能泵站運(yùn)行的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，此監(jiān)控系統(tǒng)可以通過計(jì)算機(jī)的網(wǎng)頁端和移動(dòng)終端的小程序端，對智能泵站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的啟動(dòng)和停止控制，并且還可以對泵站運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，在當(dāng)前水位過高或者是過低的情況下及時(shí)停止并報(bào)警。因此，此監(jiān)控系統(tǒng)在大幅度提高泵站機(jī)組的安全性和自動(dòng)化程度的同時(shí)，降低了泵站的維護(hù)成本和運(yùn)行成本。

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