基于物联网的化工厂环境监测系统

2017-10-11 09:32吴宏亮孙兆伟
化工设计通讯 2017年9期
关键词:化工厂上位环境监测

缪 航,吴宏亮,孙兆伟

(淮阴工学院 自动化学院,江苏淮安 223003)

基于物联网的化工厂环境监测系统

缪 航,吴宏亮,孙兆伟

(淮阴工学院 自动化学院,江苏淮安 223003)

基于物联网的化工厂环境监测系统,系统由数据采集模块、3G传输模块、上位机模块三部分组成。此化工厂环境监测系统的终端是以ARM微处理器为核心来控制底层采集模块,传感器将各类模拟信号采集完,通过A/D转换器,对模拟信号进行数字转换,处理编码并打包数据,数据被打包成适合于传输的IP包后,经3G模块对数据进行传输,移动通信服务的基站将数据传输到Internet网络,然后将数据连接到监测中心的局域网中,由上位机的数据接收程序接收并处理,最后数据被存入到服务器的数据表中。

环境监测系统;物联网;3G模块

Abstract:This subject is based on the environmental monitoring system of chemical industry.The system consists of three parts:data acquisition module,3G transmission module and host computer module.The terminal of the chemical plant environmental monitoring system is based on the ARM microprocessor as the core to control the bottom of the acquisition module,the sensor will be all kinds of analog signal acquisition through the A/D converter,the analog signal digital conversion,processing and coding data,The data is packaged into the IP packet for transmission,the 3G module to the data transmission,the mobile communication service base station data transmission to the INTERNET network,and then connect the data to the monitoring center of the local area network,by the host computer data reception The program is received and processed,and the last data is stored in the server's data table.

Key words:environmental monitoring system;Internet of things;3G module

目前,化工厂环境监测技术正在不断被探索研究和投入使用。而传统的化工厂环境监测工作大多采用的是人工现场采样以及实验室仪器分析的方式进行的。实验室的装备以及分析手段虽然很完善,但依然会出现很多问题,例如:监测频次低、采样偏差大、监测数据不统一、无法实时显示污染状况等等缺点。随着电子技术的发展,自动化程度的提高,有些化工厂采用有线控制方式,通过在化工厂排污口安装环境监测装置,自动监测污染物浓度。有线监测的好处在于数据传输的可靠性好以及信号相对稳定,但因监测点较多需要大量的线路,这样不仅提高了成本还使得系统难以维护,在一些条件相对差的地方搭建线路显得更加困难。

1 化工厂环境监测系统的结构

图1 化工厂环境监测系统的结构原理图

1.无线传感网络;2.ARM微处理器;3.3G传输模块;4.基站 5.上位机模块

2 化工厂环境监测系统的具体技术方案

本系统由数据采集传感器模块、数据处理控制模块、数据传输模块、上位机模块四部分组成,所述数据采集模块由终端节点、路由节点和协调器组成。其中终端节点、路由节点和协调器依次通过 ZigBee 协议进行无线通信且终端节点包含传感器模块、独立电源模块和Zigbee模块;其中传感器模块包括COD传感器、SS传感器、氨氮传感器、NOx传感器、SO2传感器和HCL传感器,独立电源模块为一套小型太阳能供电系统,ZigBee模块的型号为CC2530,数据控制模块核心板包括ARM微处理器其型号为S2C2410A,以ARM微处理器为核心来控制底层采集模块,传感器将各类模拟信号采集完,通过A/D转换器,对模拟信号进行数字转换,处理编码并打包数据,通过数据传输模块3G进行传输,数据通过移动通信服务的基站传输到上位机模块,上位机模块的结构为B/S模式,主要包括用户主机和移动电子设备。

针对上述技术问题所提出的具体技术方案:所述上位机模块的结构为B/S模式,主要包括用户主机和移动电子设备。用户主机或移动电子设备显示当前化工厂环境参量和历史数据的查询,当接收到的污染物含量数据超过阈值上限时,在监控界面以不同颜色显示报警曲线。

上述技术方案具有如下有益效果:利用传感器-数据采集模块-数据控制模块-数据传输模块-上位机这一无线化工厂环境监测系统,以较低成本实现对化工厂环境的实时监测。并且用户在监测区域灵活的布置传感器,采用ZigBee 协议进行无线网络的数据交换,真正实现了物与物的相连。

如图2所示,本化工厂环境监测系统的硬件结构主要包括了数据采集模块传感器模块、数据处理模块和数据无线通信模块,传感器模块和数据处理模块主要负责数据的采集和数据传输的控制,数据无线通信模块包括WIFI无线通信模块和3G无线通信模块,主要负责数据的传输,主控制器ARM微处理器为核心的电路设计以及3G传输模块的USB接口电路设计。传感器终端的硬件设计主要包括独立电源整体的设计、传感器模块以及整个电路设计、主控制器电路设计以及3GDTU的RS232串口接口电路设计。考虑到终端的使用地区环境比较恶劣的地方,所以采用独立电源供电,这样不仅可以提高终端使用的广泛性和便携性,还可以节省掉供电线路的铺设成本,节约了社会资源减少不必要的人力浪费。在数据终端添加RS232串口电路作为3G-DTU的接口使用,目前3G网络几乎覆盖了全国大多数地区,各个公司研制的3G-DTU信号越来越强,只需使用一个通用的RS232接口即可实现供电和数据联网传输,不仅插拔方便,便于组装而且功能也很完善。

图2 化工厂环境监测系统的硬件电路结构框图

图3 化工厂环境监测系统采集终端太阳能电源模块

如图3所示,化工厂环境监测系统的采集终端的电源模块采用小型太阳能供电系统供电。小型太阳能供电系统的核心组成部分主要分为三大块分别是太阳能电池板、小型蓄电池、太阳能控制器。而太阳能供电系统中的核心部件则是太阳能电池板,另外太阳能电池板也是太阳能供电系统中最具价值的部分。太阳能电池板本身是一种半导体器件,主要是为了将太阳辐射能转换成系统中所需要的电能,其中电能一方面可以为蓄电池充电,另一方面则是推动直流负载工作为系统的整体运行提供保障。

太阳能电池正常情况下可以直接为系统提供电能,但是如果夜晚成者阴雨天系统需要运行时,供电系统就得由蓄电池来供电。蓄电池分为多种类型,综合考虑,本系统决定使用铅酸电池作为蓄电池供电,太阳能控制器的作用主要是为了控制蓄电池的充电电流和电压,只有在电路中的电压及电流保持在正常范围时,才能够更好地保障蓄电池的稳定工作,正常的运行,从而避免系统出现过充或者过放的现象。

3 结束语

本系统在分析国内外化工厂环境监测技术的基础上,将物联网技术、ARM嵌入式技术、WIFI系统无线传输通信技术等进行了融合,提出了一种基于物联网的化工厂环境参数监测系统。通过STM32微控制器控制一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、甲烷(CH4)、氨氮、化学需氧量(COD)和悬浮物(SS)传感器模块监测环境参数,并且运用WIFI模块无线组网,传感器节点测得的数据传输到汇聚节点,汇聚节点再通过3G无线通信网络进行数据的远程传输。

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Environmental Monitoring System of Chemical Plant Based on Internet of Things

Miu Hang,Wu Hong-liang,Sun Zhao-wei

TP274

A

1003–6490(2017)09–0223–02

2017–07–03

缪航(1992—),男,江苏省涟水人,硕士在读,主要研究方向为化工过程及其自动化。

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