基于物联网的智能泵站运行监控系统设计分析

朱萱

摘  要：新时代赋予水利信息化工作新的使命，要正确把握中央高度重视信息化工作的历史机遇、水利现代化对水利信息化升级的迫切要求，保障江苏高质量发展对“智慧水利”的期待和江苏“智慧水利”的目标任务，加强对泵站的安全运行和科学管理。因此，实现泵站的智能化，并设计监控系统是十分重要的。本文从硬件设计、软件设计和运行调试3个大方面来对智能泵站的运行监控系统设计进行简单的分析。

关键词：物联网  智能泵站  监控系统设计  通信  无线传输

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

随着当前水利技术的不断发展和水利工程建设数量的增长，泵站的数量也在大量增加。当前，还需要新建设大数量的泵站，所以每年新建的泵站和改造的小型泵站的数量比较多。因为小型泵站的建设标准比较低，只要能满足出水的标准即可，所以其智能化的程度远远不够，且由于安全措施不到位，出现损坏的情况很多。因此，智能化泵站运行监控在此时就显得尤为重要。

1智能泵站运行监控系统的重要性

我国当前现代化的程度越来越高，这就对泵站的自动化、安全化提出了更高的要求。当前物联网技术发展迅猛，這就给泵站智能化提供了技术上的支持。如果能够实现智能化泵站，在泵站中有智能的监控系统，可以远程对小型泵站进行控制，对泵站当前的运行状况实时进行检测，将极大程度地提升小型泵站的安全性和管理的有效性。同时，此监控系统也使得小型泵站的管理更加科技化和规范化，降低了泵站运行和维护人员的工作强度。

2智能泵站监控系统的设计方案

2.1系统的整体控制要求

在智能泵站的监控系统设计中，要对泵站的水位、水体的温度、水体的酸碱度、杂质的浓度、水体的流速这5个参数进行严密的检测。其中，水体的浓度可以通过水的污浊程度来判定。工作人员需要根据泵站当前的实时水位，来实现对泵站的启动和停止控制。根据以上特点，监控系统的基本要求为实现泵站无人值守的目标。系统的具体操作要求为，管理人员能够通过移动终端或者是计算机的网页端能够实现对泵站的控制，对泵站有一定的操作权限，可以控制泵站的启停。监控系统必须要实现实时地对水池中的水位、水体的温度、酸碱度和杂质的浓度进行显示。

2.2监控系统的设计方案

随着当前物联网技术普及的程度越来越高，基于物联网技术的云平台技术也应运而生。智能泵站的运行监控系统可以使用5种不同的传感器来对泵站水池中的水位、水体温度、水体的酸碱度以及杂质的浓度等进行监控，把其中的信息转化成比较标准的电信号，然后通过数字模拟转换器把其中的电信号再转化成数字信号，然后数字信号再由可编程逻辑控制器转化为实际的数值，这些数值再通过基于物联网技术的云盒子上传到云平台之中，然后管理运行和维护的人员可以通过终端中的小程序或者是计算机的网页端实现对泵站的远程控制和维护。小程序端使用大数据技术将设备的运行记录以及接收到的历史信息记录、历史数据的曲线和之前的报警信息，同时呈现在小程序和计算机的网页端上，从而使得管理人员和运行维护人员可以不受时间和空间的限制，在任何地方都可以了解到泵站当前运行的情况，这种智能监控系统给泵站的稳定运行带来了很大的便利。

2.3监控系统的硬件设计

智能泵站的监控系统的硬件组成主要包括：模拟信号输入模块、基于物联网技术的云盒子、能够检测出水体酸碱度的pH值传感器、感受水体温度的温度传感器以及浊度传感器。这些硬件构成了智能泵站监控系统，这些硬件可以给监控系统提供充足的各类数据。

可编程逻辑控制器是整个监控系统的核心装置，该装置的作用是对信号的采集和处理。该控制系统主要是使用电脑的网页端和手机的小程序来对智能泵站进行实时的监控和控制。所以在对可编程逻辑控制器进行程序设计的时候，输入信号就必须有泵站的启动信号、停止信号以及上述5个传感器的模拟信号，而输出信号就必须为可以体现泵站运行状态的信号。因此，监控系统使用的可编程逻辑控制器的型号可以选择西门子品牌，该设备为了完成对模拟信号的采集有着八通道的输入扩展模块。

基于物联网技术的云盒子的作用是，为了实现管理人员和运行维护人员通过手机端和计算机的网页端对泵站进行控制，并且可以通过小程序和网页就对泵站的运行情况有所了解。因此，此监控系统使用的云盒子的型号可为SUK-BOX-W。该型号的云盒子是专门为工业研发的远程通信设备，该设备可以实现快速地对现场所有的设备产生的数据进行采集，可以实现远程的控制可编程逻辑控制器下载程序和进行自我调试。该云盒子可以登录物联网的云平台，可以把大量不同地区的工业设备产生的数据、程序以及图像等都传输到云端的云计算数据服务中心，从而真正实现远程对泵站的监控、预警、维护等工作[1]。

传感器在泵站监控系统的中的作用就是采集系统所需的各项数据，在选择上可以选择ELE-803的投入液位变送器来检测泵站中当前的水位，使用DS18B20传感器来检测泵站中水体的温度，使用XW-400传感器来实现对水体的酸碱度的检测，使用MJKD传感器来实现对水体中杂质浓度的控制[2]。

2.4监控系统的软件程序设计

首先是对于云平台的设置，计算机的网口要和物联网盒子中的广域网相连接，云盒子中的局域网要和可编程逻辑控制器相连接，在完成硬件的电路连接之后，还要对云平台中的各项参数进行详细的设置，比如说云平台的操作流程为：申请账户-在账户中添加项目和变量-再和各个设备进行联机操作-绘制组态-最终管理人员和运行维护人员在手机端或者是电脑端对数据进行查看[3]。

除了对云平台进行设置之外，还要对监控系统中的硬件进行配置，在配置硬件的首要工作就是要先从官网申请相应的账户和密码，在申请流程结束之后，使用申请之后的账户和密码登录云平台的网页，在菜单中找到项目中心，在项目中心中添加新的项目，并且对项目进行重新命名，该项目在创建成功之后，再对SuKconfig这个软件进行配置，在这个配置的过程中，如果不能预先创建好项目，就没办法登录软件进行配置。在成功登录软件之后，选择已经创建好的配置项目，新建BOX列表，把BOX添加到其中，这个时候就可以选择相应的传感器来添加到其中，在项目中选择传感器相应的型号，然后输入设备上的序列号，上网模式要选择WiFi模式，并且输入相对应的无线网密码和名称。重复上述操作来进行传感器的配置，在完成对传感器的配置之后还要对路由器进行设置，在双击WAN后，把连接的方式修改为交换机模式，剩下其余的选项不用变化，然后把IP地址设置好，再右键点击LAN，在添加设备中选择西门子品牌的可编程逻辑控制器，再向其中输入对应的IP地址。

在硬件的配置工作结束之后，要添加相应的变量，在这个过程中要注意把监控系统中所有传感器可能会用到的所有变量都无遗漏地添加到其中，而且在添加的过程还要对其他各个变量的数量类型进行控制。比如5个传感器的实际数值对应的是变量为三十二位的浮点数，而且这5个变量数值需要在对应的存储单位中配置，然后再对传感器设置采样周期。在变量设置结束之后，再更改计算机的IP地址，然后把这些变量下载到传感器之中，最后再上传到云平台[4]。

2.5对操作界面的设计

在设计人员进入到云平台之后，点击项目中心中的设备监控，然后再点击编辑组态，在这项中进行操作是对计算机的开始画面和移动终端小程序的初始画面进行设计。此种设计的方式和触摸屏组态的设计方式比较类似。在设计界面的过程中，要秉承着简洁、实用的原则。在操作界面中要清楚地表明变量的名称、地址，数据的类型以及当前设备的状态。除了对初始界面的设计之外，还要对传感器的操作界面进行相应的设置，在从手机端进入到云平台之后，还是点击项目中心，在传感器管理中就可以看到传感器是否连接到了云平台，然后再点击数据监控，管理人员和运行维护人员就可以对泵站当前的情况进行实时监控。而管理和运行维护人员还可以在其中绑定自己的微信号，之后的监控工作就可以在微信中的小程序进行，大大地提升了管理工作和运行维护工作的便捷性[5]。

2.6对传感器接收信号的处理

在对云平台进行设计后，还要对可编程逻辑控制器的程序进行编写，在可编程逻辑控制器中，最为重要的就是接受传感器信号后，对于信号的处理。传感器输出的信号都是标准的电流或者是电压信號，这些模拟信号是通过可编程逻辑控制器中的扩展模块对其进行数字化之后，通过该控制器处理转化为实际的数值。该控制系统使用的是NORMAL和SCALR指令来对传感器的信号进行处理，先通过NORMAL把传感器的电流信号和电压信号转化成数字信号，再通过SCALR把数字信号转化成测量结果[6]。

3智能泵站监控系统的运行和调试

在完成监控系统的硬件配置和软件配置之后，把设备和互联网以及电源相连接，然后进行调试运行。在开展调试工作的过程中，要先在移动端的小程序中或者是计算机网页端中点击控制泵站启动的按钮，然后观察对应的泵站是否已经启动。当泵站处于正常的运行状态后，再对监控界面显示的5个参数进行核实。当点击停止按钮时，观察泵站是否已经停止运行。另外，如果当泵站中的水位过高或者过低时，泵站就会自动停止运行，并且泵站在停止运行的同时，警报指示灯也会亮起。

4结语

综上所述，智能泵站的监控系统是基于物联网技术进行设计的，本文中利用了可编程逻辑控制器对智能泵站运行的监控系统进行设计，此监控系统可以通过计算机的网页端和移动终端的小程序端，对智能泵站实现远程的启动和停止控制，并且还可以对泵站运行中的各种数据和参数进行监控，在当前水位过高或者是过低的情况下及时停止并报警。因此，此监控系统在大幅度提高泵站机组的安全性和自动化程度的同时，降低了泵站的维护成本和运行成本。

参考文献

[1]唐鸿儒，赵林章，朱正伟，等.智能泵站研究[J/OL].中国农村水利水电：1-8[2022-01-21].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/42.1419.TV.20220119.1401.057.html.

[2]梁椿豪，陈骋，曹鹏.瓦斯抽采泵站智能管理系统设计[J].煤矿机械，2021，42（11）：23-25.

[3]朱亚东，张兆东，高艳，等.基于物联网的智能泵站运行监控系统设计[J].现代制造技术与装备，2021，57（10）：102-105.

[4]姚锦玮.智能泵站平台人机交互中语音识别和语音合成的研究与设计[D].合肥：中国科学技术大学，2021.

[5]施璇.城市排水泵站水泵群的调度优化与智能控制系统的设计与实现[D].合肥：安徽建筑大学，2021.

[6]李光辉，周小波，曾文明，等.智能泵站PLC远程控制系统设计[J].中国农机化学报，2018，39（7）：78-83.