基于GPRS的污水检测信息无线传输监控系统设计

冯冬梅

摘要：本设计利用PLC、组态王监控软件及GPRS模块实现污水处理系统中关键信息采集、无线传输及上位机监控。具体介绍了设计方案、ZHD780DTU组网方案、组态王监控画面的设计。通过实验测试，该系统能够将远程采集的数据完整发送于上位机监控，实现设计要求。

Abstract： The design realized the key information collection， wireless transmission and upper computer monitoring in sewage treatment system by PLC， Kingview monitoring software and GPRS module. The design scheme， ZHD780DTU networking scheme and Kingview monitoring picture are introduced in detail. Through the experimental test， the system can send the data collected from the remote to the upper computer for monitoring， which can achieve the design requirements.

关键词：GPRS;无线传输;组态监控 PLC

Key words： GPRS;wireless transmission;configuration monitoring programmable logic controller

中圖分类号：TP273;X703                               文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）01-0181-02

0  引言

随着信息化社会的逐渐深入和人工智能时代的来临，信息技术在各个行业的应用逐渐蓬勃发展，并且带来了实际效益[1]。工业污水排放，作为工业控制的一部分，无论从工业生产、安全和效能方面还是节能环保方面都显得尤为重要。在污水处理行业引用计算机进行操作不仅能够做到经济、高效，而且能够减少地下操作引发的事故，保障了生产的安全性[2]。PLC工控技术已经非常成熟，结合GPRS技术以及组态王监控画面技术为工业污水检测打造高效化、网络化、安全性高的管理系统提供了良好的基础[3]。

基于以上，设计一款能将污水处理系统中各检测设备的状态稳定可靠实现远程传输，使其能够及时监控和反馈相关数据。具体通过主控制器采集各个传感器的数据信息并且存储处理，使用GPRS无线通信模块实现数据的远程传输，通过组态王软件实现画面的监控。

1  系统总体设计

本设计主要利用PLC及组态王监控软件结合GPRS无线通信模块完成对污水中溶解氧浓度、pH值、温度值的监测及处理[4]。PLC与终端设备（pH值传感器、溶解氧传感器、电磁阀等）进行连接，将采集的数据通过STEP 7 Micro/WIN环境进行编程，PLC将运算结果输出，通过各执行部件实现对污水中各参数值的调控。整个控制系统分为上位机和下位机两部分进行设计。PLC作为下位机将现场实时采集的信号通过GPRS无线通信装置传输给上位机。

1.1 上位机设计

系统中上位机通常采用工控机。其主要功能为对电动机、变频器及电磁阀等的运行状态进行控制、并实现故障报警、及时处理等功能;工控机通过组态监控软件显示工艺流程、溶解氧、pH值、温度等模拟量值，并绘制实时趋势曲线。

1.2 下位机设计

下位机采用西门子S7-200系列PLC，可直接控制电动机和电磁阀，同时通过模拟量扩展模块采集现场溶解氧浓度、pH值、温度值等值。根据工艺要求，PLC上电自检无误后会自动根据外部传送的信号及程序的执行来控制电动机的启停及变频器的转速等。

1.3 无线通讯

PLC与上位机通过GPRS DTU设备实现数据的无线传输，监控主机通过定义的虚拟设备将数据传送到监控画面，完成数据的显示和监控。监控数据传输的流程框图如图1所示。

2  ZHD780DTU组网方案

2.1 GPRS（ZHD780DTU）产品概述

本设计无线通讯模块选用振鸿伟业研发的工业级4G全网通DTU产品ZHD780DTU系列产品。该设备通过4G网络可轻松实现串口到网络的双向数据透明传输。ZHD780DTU系列采用灵活的RS232/485端子接口或者DB9接线方式与终端设备连接，从而实现客户终端设备与服务器间的通讯。

2.2 ZHD780DTU产品功能及技术参数

ZHD780DTU设备性能稳定且可靠，它支持宽电压范围输入、用户串口参数设定、内部集成TCP/IP协议栈、参数配置永久保存、自动心跳、保持永久在线、动态IP地址数据中心DNS域名寻址并提供串口数据双向转换功能。ZHD780DTU产品中的RS232/485（接线端子）有接口稳定可靠、插拔方便、接线简单易懂等优势。

2.3 ZHD780DTU组网方案

本设计考虑到组网为上、下位机间交互且规模较小及应用到实际中的成本问题，设计选用了中心采用ADSL和INTELNET公网连接，采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务的方案。此方案应先向INTERNET运营商申请ADSL等宽带业务。

2.4 ZHD780DTU的调试

2.4.1 DTU参数配置

打开2G/3G/4GDTU参数配置软件，根据实际情况选择相应的串口号，本设计选择的是COM1串口，波特率为 9600，停止位为1，校验位None。设置完毕，点击“一键读取”按钮，读取DTU的配置信息和系统参数，如图2所示。此时DTU配置成功，关闭配置程序，避免程序之间造成冲突。

2.4.2 DTU与服务器连接

打开服务器软件，点击“创建服务器”，把“本机端口”设置为2000，将“本机端口”和DTU处的“主数据中心端口”设置成一致。点击“启动服务器”按钮，等待上线，大约等待10至30秒的时间，连线成功，界面有数据串传输成功的显示。

3  监控画面设计

3.1 组态王串口设置

要把PLC和组态王关联起来要用对组态王的串口进行设置，由于本设计使用的是GPRS无线传输，4GDTU选用的控件为宏电TCP，因此，在此步设置中不可使用常规的PPI串口设置，而是要将组态王板卡的设置选择莫迪康ModbusRTU来作为通讯串口。在莫迪康ModbusRTU板卡中新建I/0通讯设备，并且命名为CPU226，同时虚拟设备选择宏电TCP，此设置保证了组态王和上位机的正常通讯。

3.2 数据词典设置

将组态王和PLC相关联，数据词典的设置是必不可少的，本设计对PLC和组态王的关联遵循了Modbus协议。Modbus地址通常被写为包含数据类型和偏移量的5个字符的數值。第一个字符决定数据类型，最后四个字符在数据类型中选择适当的数值。Modbus主设备将地址映射，Modbus从站指令支持下列地址：00001至00128是映射至Q0.0-Q15.7的离散输出;10001至10128是映射至I0.0-I15.7的离散输入;30001至30032是映射至AIW0到AIW62的模拟输入寄存器;40001至4xxxx是映射至V存储器的保持寄存器。

3.3 监控画面的实现

画面的制作与动画连接部分与普通用PPI连接一致，最终制作完成监控画面（如图3）。画面中主要对处理池中pH值、溶解氧、温度、液位值进行监控，并显示进、出水泵、加药泵的启停及曝气机状态。

4  结论

此设计使用振鸿伟业生产的ZHD780DTU作为PLC与上位机组态监控数据的无线传输设备，不仅能准确高效满足污水处理中各检测数值的远程无线传输，而且能提供友好的人机交互监控画面，更能保证污水处理监控系统的安全性，且系统具有较好的扩展性。

参考文献：

[1]熊伟，陈小宜.污水自动控制系统的设计研究[J].中国新技术产品，2013，1：199-200.

[2]唐玉斌，陈芳艳，张永峰.水污染控制工程[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.

[3]郭建忠.多层次村镇污水处理远程监控系统的研究[D].马鞍山：安徽工业大学，2016.

[4]Wu Z， Sekar R. Study of factors impacting remote  diagnosis  performance  on  a  PLC based automated system[J]. Journal of Manufacturing Systems， 2014， 33（4）： 589-603.