一种基于物联网远程监控终端的污水处理控制系统

1.本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种基于物联网远程监控终端的污水处理控制系统。


背景技术：

2.当下社会水污染问题越发的严重，影响到人类的发展，在这种情况下，我国政府加大力度，一方面教导大家节约用水减少排放，另一方面积极建设污水处理站，加大对工业污水和生活污水的处理的力度，使污水都能经过处理后再排放，这一系列的措施取得的很大的成效。
3.然而，在污水处理站在长期的运行过程中还是存在不少的问题：有些污水处理站为了节约成本，增加经济效益，在设备运行一段时间后，未对设备进行检修保养，致使污水处理站的处理能力大大的下降，这种情况下经过该污水处理站处理的污水基本上是无法实现达标的排放；更为严重的是有些污水处理站在有些时段甚至关闭设备，将未经过处理的污水直接进行排放。鉴于上述的问题，现在急需加大对污水处理站的监管，杜绝此类问题的出现。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于物联网远程监控终端的污水处理控制系统。
5.本发明提供一种基于物联网远程监控终端的污水处理控制系统，包括物联网远程监控终端、远程网络通讯连接设备以及污水处理控制系统；
6.所述物联网远程监控终端的调制解调器和远程网络通讯连接设备的调制解调器无线连接；所述污水处理控制系统的调制解调器和远程网络通讯连接设备的调制解调器通过串口通信连接；
7.所述远程网络通讯连接设备包括串口线、通信接口以及用户识别卡；所述串口线的一端连接所述污水处理控制系统的通信接口，另一端连接所述远程网络通讯连接设备的调制解调器的通信接口；所述用户识别卡插接在所述远程网络通讯连接设备的调制解调器的插槽内；
8.所述污水处理控制系统包括人机交互装置、ph值监测仪、气体流量计、含氧量监测仪、空气压缩机、变频器、格栅栏、蠕动泵、回流污泥泵以及显示器，且均与plc电连接。
9.进一步地，所述格栅栏包括格栅除污机、栅渣输送机、压榨机、液位计、进水阀门、液位差计；所述格栅除污机、栅渣输送机、压榨机、液位计、进水阀门、液位差计分别与plc电连接。
10.进一步地，所述物联网远程监控终端包括嵌入式cpu、3g/4g模块、nb-iot模块、电源模块、时钟模块、存储器、蓝牙通信模块、传感器接口以及干簧管；所述3g/4g模块、nb-iot模块、电源模块、时钟模块、存储器、蓝牙通信模块、传感器接口和干簧管分别与所述嵌入式
cpu电连接；所述传感器接口设有rs485总线通信接口、mbus总线通信接口、模拟量信号采集接口、开关量采集接口和开关量输出接口，并能够提供电源输出至外部传感器。
11.进一步地，所述污水处理控制系统与所述物联网远程监控终端使用3g/4g或者nb-iot通信。
12.本发明提供一种基于物联网远程监控终端的污水处理控制系统，包括物联网远程监控终端、远程网络通讯连接设备以及污水处理控制系统；所述物联网远程监控终端的调制解调器和远程网络通讯连接设备的调制解调器无线连接；所述污水处理控制系统的调制解调器和远程网络通讯连接设备的调制解调器通过串口通信连接；所述远程网络通讯连接设备包括串口线、通信接口以及用户识别卡；所述串口线的一端连接所述污水处理控制系统的通信接口，另一端连接所述远程网络通讯连接设备的调制解调器的通信接口；所述用户识别卡插接在所述远程网络通讯连接设备的调制解调器的插槽内；所述污水处理控制系统包括人机交互装置、ph值监测仪、气体流量计、含氧量监测仪、空气压缩机、变频器、格栅栏、蠕动泵、回流污泥泵以及显示器，且均与plc电连接。本发明采用基于物联网监控远程控制技术，不受地域限制，特别是一些偏僻地区，能汇聚各地的污水处理的安全信息，并对其进行统一监控，减轻了工作人员的劳动强度，便于离线监控；物联网监控的优点还在于能够尽早获悉不同地区的数据信息，当某处污水处理控制系统出现故障时能够及时通知别处的工作人员加强防范，从而提高了污水处理系统可靠安全性。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明实施例部分提供的一种基于物联网远程监控终端的污水处理控制系统的结构示意图；
15.图2为本发明实施例部分提供的一种基于物联网远程监控终端的污水处理控制系统中污水处理控制系统的结构示意图；
16.图3为本发明实施例部分提供的模糊控制结构示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.如图1所示，本发明提供一种基于物联网远程监控终端的污水处理控制系统，包括物联网远程监控终端、远程网络通讯连接设备以及污水处理控制系统；
19.所述物联网远程监控终端的调制解调器和远程网络通讯连接设备的调制解调器无线连接；所述污水处理控制系统的调制解调器和远程网络通讯连接设备的调制解调器通过串口通信连接；
20.所述远程网络通讯连接设备包括串口线、通信接口以及用户识别卡；所述串口线
的一端连接所述污水处理控制系统的通信接口，另一端连接所述远程网络通讯连接设备的调制解调器的通信接口；所述用户识别卡插接在所述远程网络通讯连接设备的调制解调器的插槽内；
21.如图2所示，所述污水处理控制系统包括人机交互装置、ph值监测仪、气体流量计、含氧量监测仪、空气压缩机、变频器、格栅栏、蠕动泵、回流污泥泵以及显示器，且均与plc电连接。
22.可选的，所述格栅栏包括格栅除污机、栅渣输送机、压榨机、液位计、进水阀门、液位差计；所述格栅除污机、栅渣输送机、压榨机、液位计、进水阀门、液位差计分别与plc电连接。
23.可选的，所述物联网远程监控终端包括嵌入式cpu、3g/4g模块、nb-iot模块、电源模块、时钟模块、存储器、蓝牙通信模块、传感器接口以及干簧管；所述3g/4g模块、nb-iot模块、电源模块、时钟模块、存储器、蓝牙通信模块、传感器接口和干簧管分别与所述嵌入式cpu电连接；所述传感器接口设有rs485总线通信接口、mbus总线通信接口、模拟量信号采集接口、开关量采集接口和开关量输出接口，并能够提供电源输出至外部传感器。
24.可选的，所述污水处理控制系统与所述物联网远程监控终端使用3g/4g或者nb-iot通信。
25.如图3所示，本发明提供的基于物联网远程监控终端的污水处理控制系统在使用时，设置污水处理自控系统操作台人机界面触摸屏的菜单栏上功能键的访问用户名与密码；设置调制解调器上用户识别卡的用户名与密码；设置物联网远程监控终端的pc机的域名；
26.污水处理控制系统运行后，传感器将测得的温度、do值及ph值送入plc专用模块进行数字模拟转换与数据处理，plc结合模糊控制器完成对温度、do值及ph值的自动测量控制，实现对空气压缩机和变频器的最优调速、蠕动泵与回流污泥泵的自动启停以及各泵的工作和备用运行状态的自动切换；其运行工况信息也会经过数据处理，再通过串口传送到计算机上，显示出污水处理控制系统运行状态的现场监控画面；
27.污水处理过程中具有较强的不确定性，do值与ph值等技术指标难以有效控制，模糊控制算法可以实现污水处理过程中溶解氧do值和ph值等技术指标的协同控制。该控制方法利用模糊控制算法，建立模糊控制器，搭建模糊控制器和控制对象的回路，利用模糊控制方法对溶解氧do值和ph值等技术指标进行控制，能够在不同运行工况下对溶解氧do值和ph值等技术指标进行快速、准确的控制。
28.在建立数学模型的基础上，通过不断调节并更改控制do参数值，利用被控对象得出具有滞后环节性的二阶传递函数，具体为：
[0029][0030]
其中，k为总增益值，τ为滞后的时间，t1为惯性时间的常数，t2为单机时间常数。
[0031]
污水处理控制中，参数的设定值影响着很多因素，其中污水在沉淀池需要沉淀一段时间，在do值充足的情况下，进水的载荷相对较低，将复合式生物反应器内的溶解氧保持在需求量之间。此外，在每个特定周期下的进水载荷皆需要设定其自动控制系统可以自行满载的参数值。因此，为保持do值充足的情况下，可以将复合式生物反应器内的溶解氧控制
在需求量之间，且低温条件下的污水处理性能受ph值的影响，且可将污水处理系统的最佳ph控制为7-7.5左右。
[0032]
在线运行过程中，控制系统首先对模糊控制规则进行处理，取当前采样值，从而得出r(t)设定值与反馈值；通过其得出当前时刻的e误差与ec误差变化率，并把当前e(t)误差赋值给上一时刻的误差，作为备用；由此形成参数循环，最后将模糊控制器的输入模糊化，模糊整定k
p
比例，ki积分和kd微分系数，经算法得出算法c(t)输出，因而可以构成循环。
[0033]
模糊控制算法中模糊子集e，ec＝{nb，nm，ns，o，ps，pm，pb}，分别代表着负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。各子集的隶属度赋值表与参数模糊控制模型，可得出比例，积分和微分作用系数，分别表示为：
[0034][0035]
根据离散论域e，ec，溶解氧的误差值e，k
p
，ki，kd，模糊控制算法的控制规则的建立如下。
[0036]
表1模糊控制算法的控制规则表
[0037][0038]
自动控制系统中，算法最优化控制选取隶属度函数，首先，运用matlab软件中的simulink模块进行仿真模拟并对其变量进行赋值；其次，利用simulink仿真模块建立水处
理模糊控制仿真结构图并对其参数进行编辑修改；最后，为确保稳定性与防止超调使用了49条if
…
then语句，建立条件语序：
[0039]
if(e is nb)and(ec is nb)then(k
p is pb)and(k
i is nb)and(k
d is nb)；
[0040]
if(e is nm)and(ec is nb)then(k
p is pb)and(k
i is nb)and(k
d is nm)；
[0041]
if(e is ns)and(ec is nb)then(k
p is pb)and(k
i is nm)and(k
d is nm)；
[0042]
if(e is o)and(ec is nb)then(k
p is nm)and(k
i is nm)and(k
d is ns)；
[0043]
在完成模糊规则运算后，可获得模糊规则观测器、水位控制器图与示波图，通过示波图结果可知，该系统工作效能显著提升并校验其相关最优优化参数的准确性。模糊控制保持水箱中溶解氧的含量并完成供氧、系统的超调控制、抗干扰能力、响应速度以及调节的精度与稳定性，可实现污水处理的自动控制。
[0044]
设置调制解调器，使之处于数据发送状态，接收污水处理控制系统经串口传来的安全数据信息，将这些数据经过处理后再经过调制解调器上的tcp/ip协议发送到网络上去；
[0045]
物联网远程监控终端的pc机在连上物联网后，登录3g/4g网络的ip并输入预先设定好的用户识别卡的用户名和密码，显示器上随即显示出多地污水处理运行画面。
[0046]
一旦有异样情况发生时，pc机会通过物联网和3g/4g网络及时发送命令给调制解调器，然后再由调制解调器做出数据处理并通过接口和串口线发送到污水处理控制系统，在人机界面触摸屏上就能够显示发过来的查询和控制命令，根据此命令对控制器故障处进行排查与控制。
[0047]
所有监控开关量和模拟量被送入plc输入口，传感器将测得的水温、do值与ph值通过通讯系统送入plc专用模块进行模拟数字转换和处理，plc按照预设程序完成对水温、do值与ph值控制系统自动控制，实现对空压机与变频器的最优变频调速、蠕动泵和回流污泥泵的自动启停以及各泵的工作和备用运行状态的自动切换，使得污水处理自动控制系统的运行处于最佳状态。
[0048]
污水处理自动控制系统在采集到安全数据之后，经过升级的通讯处理程序处理，从计算机控制系统的接口发送到调制解调器。调制解调器接送到数据后对数据进行解包，取出必要的数据信息进行汇总并重新封装成包，再发送3g/4g网络中去。由于3g/4g网络和物联网都是ip协议，两者是互相连接的，因此，物联网远程监控终端的pc机只要连接上网络就能够接受到污水自控系统的安全数据，控制命令也可以通过物联网和3g/4g网络传送到调制解调器，再由调制解调器通过接口传送给污水处理控制系统，显示在人机界面上。
[0049]
污水处理控制系统的监控分为现场监控和远程监控这两个部分。现场监控是通过触摸屏控制系统来实现的，污水处理的安全数据由plc通信模块直接通过操作台内部的接口传送到触摸屏控制系统，但是对于一些偏僻地区，现场监控是很难实现的。远程监控则是通过物联网监控终端的pc机来实现，上网接收3g/4g网络上污水处理自动控制系统发来的安全数据信息，点击界面上的远程工况监控一栏，通过实时更新，各地污水处理动态监控画面就会显示在pc机显示屏上。
[0050]
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明
的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。