浅析物联网技术在自动化污水处理系统中的应用

殷文明

（重庆远通电子技术开发有限公司，重庆 400074）

物联网技术是实现万物联通的信息技术，物联网技术的诞生和应用推动了工业自动化水平的提升。污水处理厂项目通常位于基础设施较差的偏远地区。大多数污水处理厂结构复杂、自动化程度不一，安全级别不同，而使用物联网技术连接污水处理厂的不同硬件设备，及时获取污水处理厂现场设备的运行状态，了解设备的运行状态等，可以实现快速、准确的故障定位和警报，可以有效提高污水处理系统的自动化程度，提高污水处理厂的处理效率。

1 物联网系统基本结构

物联网系统架构由三层组成，即感知层、网络层、应用程序层。

（1）感知层。主要利用传感器进行数据收集，使用传感器、RFID、多媒体收集、二维码、实时定位等技术从各种设备收集物理参数、音频、视频数据。然后将对收集到的数据进行传输和协作处理。

（2）网络层。该层通过传感器网络与移动网络、计算机网络交换数据。物联网技术可以实现传感器数据的可靠无障碍通信，以满足物联网数据通信需求。

（3）应用程序层。该层包含两个子框架。一个是应用程序支持框架，另一个是应用程序服务框架。应用程序支持框架支持系统与应用程序之间的数据交换，而应用程序服务框架则支持诸如智能自动化、智能控制之类的应用程序。

2 物联网在自动化污水处理系统中的应用

2.1 网络构建

污水处理厂运行过程中通过分布式网络进行自动化控制，即数据采集与监视控制系统SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）。系统监视现场设备并执行数据收集，设备控制、参数设置、警报设置和故障定位等操作。控制系统分为现场控制层（感知层），主控制层（网络层）、云控制层（应用程序层）。污水处理厂的设备和仪表通过光纤网络通信，形成光纤局域网，并连接至管理系统，智能分配静态IP地址，以实现高效的远程监控。

2.2 硬件设计

中央控制室监视和控制系统自动监视整个污水处理过程，通过工业以太网连接到每个现场控制站，两组工作站相互备用，在发生故障时快速切换。控制室配有电子投影屏和投影仪，以显示整个污水处理工艺流程图和设备的运行状态。每个子控制站都配备了一系列智能控制柜，其内部包括可编程控制器、人机界面HMI（Human Machine Interface）、冗余光纤交换机、通信扩展接口、附属设备等。根据污水处理厂的处理技术和设备特点，技术人员需要根据实际需要在现场安装多个PLC现场控制站。现场控制站的控制核心部件是PLC可编程控制器，而HMI使用工业触摸屏。控制柜内配置远程通信从站模块，通过两层隧道协议（如PPTP或L2TP）实现数据传输。根据现场的实际情况，没有有线网络的现场控制站增设4G模块，通过手机卡连接到移动互联网。移动设备的远程监控终端使用远程监控系统创建物联网络。远程监控终端的主要功能是数据收集、智能监控以及发送控制中心命令。安装监控软件后，平板电脑、智能手机和笔记本电脑可以无缝连接污水处理厂的物联网络。

2.3 软件设计

现场控制站实时收集从每个终端站传来的各种数据和信号，并通过人机界显示设备的运行状态，包括工艺流程图、系统性能图、关键参数等。操作站通过人机对话控制操作，相关人员根据界面的输入提示操作设备。在数据处理过程中，必须严格验证和识别实时数据和设备，突出显示现场控制站的状态信息，集中显示故障警报信息。中央控制系统需要具有强大的故障检测功能，可以有效地分析和识别大量常见故障，通过收集和分类每个现场控制站的数据和状态信息，准确评估数据的可靠性，生成数据分析报告、历史数据、历史图表等。根据污水处理厂的具体需求。远程人机终端可以实时显示每个现场控制站的状态。控制接入物联网络的设备。基于从中央控制站下载的现场控制站数据将进行智能分析并实时更新相关的系统数据，分析系统的运行数据和记录，确保恒定功耗的情况下最大化系统运行效益。

3 结语

综上所述，物联网技术在污水处理自动化系统中的使用优于传统的有线控制，光纤通信可以替代冗长的的通信电缆，从而大大减少了污水处理厂自动化系统的设计周期，成本低，性能稳定可靠，后续维护具有明显的优势。特别是对于污水处理行业，因为在线监控工具分散，泵、阀控制难以集中，因此，通过物联网将各个设备无缝连接起来可以有效提高污水处理系统的自动化水平，值得推广应用。