基于無線廣域網的自來水廠遠程監控系統的制作方法
【專利摘要】一種基于無線廣域網的自來水廠遠程監控系統，包括：順次連接的PLC中央控制器(1)、中央虛擬局域網模塊(2)及用于連接至無線廣域網的中央無線收發模塊(3)；分別布設在現場各個工藝點的多個現場監控單元(100)，每個現場監控單元(100)包括順次連接的數據采集模塊(101)、現場虛擬局域網模塊(102)、用于連接至無線廣域網的現場無線收發模塊(103)，每個現場監控單元(100)還包括現場監控模塊(104)、監控串口協議解析模塊(105)及工業以太網協議解析模塊(106)，現場監控模塊(104)與監控串口協議解析模塊(105)、工業以太網協議解析模塊(106)、現場虛擬局域網模塊(102)及現場無線收發模塊(103)順次連接。
【專利說明】
基于無線廣域網的自來水廠遠程監控系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及遠程監控領域，具體地，涉及一種基于無線廣域網的自來水廠遠程監控系統。
【背景技術】
[0002]目前典型的城市自來水廠通常包括反應池、沉淀池、過濾池和清水池，工藝流程如下:(I)混凝反應處理:由取水栗將地表水(江、河、湖等)抽入反應池中，利用絮凝劑投送機根據反應池中液位的高低適量地投加絮凝劑，將水中不易沉淀的膠粒及微小懸浮物脫穩、相互聚結、吸附架橋，從而形成較大的絮狀體，以利于從水中分離沉降；(2)沉淀處理:經混凝反應處理后的水通過道管流入沉淀池進行沉淀處理，將混凝階段形成的絮狀體依靠重力作用從水中分離出來，水中的顆粒沉于池底并定期排出池外；(3)過濾處理:通過重力無閥過濾池以石英砂等有空隙的粒狀濾料層通過黏附作用截留水中懸浮顆粒，進一步除去水中細小懸浮雜質、有機物、細菌、病毒等，將過濾后的水注入清水池；(4)濾后消毒處理:由二氧化氯發生器根據清水池中的液位和余氯量生成二氧化氯對清水池中的水進行消毒，最后由送水栗房的水栗根據當前管網壓力將清水池中消毒后的水以規定壓力(3Kpa)送入供水管網。
[0003]自來水進入供水管網之后，供水支路處均設置有流量計，以用于統計朝向某一區域的供水量。由于傳輸損耗和支路負載變化，在自來水廠的供水中段通常會設有加壓栗站，用于對管網中的自來水進行二次調壓，以恒定供水壓力，從而在保證供水壓力的同時避免水壓過高造成爆管。
[0004]在現有的自動控制的自來水廠，反應池、沉淀池、過濾池和清水池均設置有現場PLC控制器，用于接收來自反應池、沉淀池、過濾池和清水池現場各個工藝點的數據采集模塊所采集到的數據，以了解各個工藝點的實時工況(例如液位、濁度、余氯、Ph值、水栗電機電流電壓、管網壓力等)，各個現場PLC控制器根據接收到的數據對各自連接的工藝點設備進行相應的控制處理(例如水栗、閥門開關及開度調節、管網壓力調節、絮凝劑投送劑量調節等)。
[0005]由于現有的自動控制的自來水廠均是利用工業以太網、由廠區中央控制室的主站PLC中央控制器通過總線電纜連接到各個工藝點的從站現場PLC控制器來實現對各個工藝點的分散控制，這種通過有線方式實現的工業以太網遠程組網受到主站與從站之間的距離限制，使得整個自來水廠的布局受到約束。
[0006]另外，這種對于各個工藝點的分散控制要求每個工藝點均需設有現場PLC控制器，一旦某一工藝點的現場PLC控制器發生故障，其他工藝點正常運行的控制系統也極可能因為工藝聯動關系而不能完全正常工作，為了避免這樣的問題，現有的自動控制的自來水廠通常針對每一現場PLC控制器還設置有一臺現場備份冗余PLC控制器，一旦某臺現場PLC控制器發生故障，將自動切換到其對應的現場備份PLC控制器繼續工作，以保證全廠的無故障運行，因此整個電氣自控系統的造價相對昂貴。
[0007]并且，為了避免自來水廠反應池、沉淀池、過濾池和清水池現場出現異常情況((例如人為投毒等事件的發生)，現有的自動控制的自來水廠通常還裝設有視頻監控系統，利用布設在現場各個工藝點的視頻監控設備實時采集來自現場的圖像信號，當有入侵行為發生時發出報警信號，利用組網連接將實時圖像信號及報警信號傳遞回廠區中央控制室的PC機，廠區工作人員需要在中央控制室內實時監測現場工況，一旦發現入侵行為等異常情況，需要人為地前往現場進行查看、檢測及處理，采用人工監控容易出現疏漏，并且無法實現實時檢測和處理(例如在有投毒事件發生時無法及時關閉水閥門停止自來水輸送)，往往不能及時控制異常行為的發生。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型的目的是針對目前自動控制的自來水廠布局受到約束、自控系統造價昂貴、監控效率不高的問題，提供一種可自由布局、不受距離限制、造價較低、且監控效率高、能夠保證自來水廠運行的安全性和穩定性的基于無線廣域網的自來水廠遠程監控系統。
[0009]根據本實用新型的技術方案，提供了一種基于無線廣域網的自來水廠遠程監控系統，該遠程監控系統包括:布設在廠區中央控制室的PLC中央控制器、中央虛擬局域網模塊、以及用于連接至所述無線廣域網的中央無線收發模塊，所述PLC中央控制器與所述中央虛擬局域網模塊及所述中央無線收發模塊順次連接;分別布設在自來水廠反應池、沉淀池、過濾池和清水池現場各個工藝點的多個現場監控單元，每個所述現場監控單元包括用于采集來自各自對應的工藝點的傳感器信號的數據采集模塊、現場虛擬局域網模塊、用于連接至所述無線廣域網的現場無線收發模塊、用于實時采集現場圖像信號、并在入侵事件發生時發出報警信號的現場監控模塊、監控串口協議解析模塊、以及工業以太網協議解析模塊，所述數據采集模塊與所述現場虛擬局域網模塊及所述現場無線收發模塊順次連接，所述現場監控模塊與所述監控串口協議解析模塊、所述工業以太網協議解析模塊、所述現場虛擬局域網模塊及所述現場無線收發模塊順次連接。
[0010]具體地，所述無線廣域網為3G網絡和4G網絡中的任一者。
[0011]具體地，所述現場監控模塊包括一個或多個視頻監控設備。
[0012]進一步地，所述遠程監控系統還包括布設在廠區中央控制室的PC機，所述PLC中央控制器與所述PC機連接。
[0013]進一步地，所述遠程監控系統還包括移動終端，所述中央無線收發模塊通過無線廣域網與所述移動終端連接。
[0014]進一步地，所述遠程監控系統還包括布設在廠區中央控制室的冗余PLC中央控制器，該冗余PLC中央控制器與所述PLC中央控制器連接，并與所述中央虛擬局域網模塊及所述中央無線收發模塊順次連接。
[0015]根據本實用新型的技術方案，由于布設在自來水廠反應池、沉淀池、過濾池和清水池現場各個工藝點的多個現場監控單元均是通過無線廣域網與布設在廠區中央控制室的PLC中央控制器連接，利用無線連接來代替現場總線連接，避免了有線連接的局限性，且遠程傳輸距離更廣，并且利用PLC中央控制器來實現對廠區現場各個工藝點設備的集中式控制，以替換現有的在現場各個工藝點布設現場PLC控制器的分散式控制，控制更及時同時電氣自控系統造價得以降低，此外，自來水廠的監控系統同樣采用前述的PLC中央控制器集中控制方案，在有入侵事件發生時，PLC中央控制器能夠讀取到布設在廠區現場各個工藝點的現場監控模塊發出的報警信號，并在讀取到報警信號的同時執行現場工藝點的監測(例如通過將水質值與預存的正常參考值進行比對來判斷是否發生水質異常)，一旦發現工藝點異常即發出停止供水控制指令(例如關閉水閥門、停止送水進入供水管網等操作)，避免不達標的自來水進入供水管網，保證了供水安全。
【附圖說明】
[0016]附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本實用新型，但并不構成對本實用新型的限制。在附圖中:
[0017]圖1是本實用新型提供的基于無線廣域網的自來水廠遠程監控系統的結構示意圖；以及
[0018]圖2是本實用新型提供的基于無線廣域網的自來水廠遠程監控系統中現場監控單元的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。
[0020]根據本實用新型的技術方案，如圖1所示，提供了一種基于無線廣域網10的自來水廠遠程監控系統，該遠程監控系統包括:布設在廠區中央控制室的PLC中央控制器1、中央虛擬局域網模塊2、以及用于連接至所述無線廣域網10的中央無線收發模塊3，所述PLC中央控制器I與所述中央虛擬局域網模塊2及所述中央無線收發模塊3順次連接;分別布設在自來水廠反應池、沉淀池、過濾池和清水池現場各個工藝點的多個現場監控單元100，每個所述現場監控單元100包括用于采集來自各自對應的工藝點的傳感器信號的數據采集模塊101、現場虛擬局域網模塊102、用于連接至所述無線廣域網10的現場無線收發模塊103、用于實時采集現場圖像信號、并在入侵事件發生時發出報警信號的現場監控模塊104、監控串口協議解析模塊105、以及工業以太網協議解析模塊106，所述數據采集模塊101與所述現場虛擬局域網模塊102及所述現場無線收發模塊103順次連接，所述現場監控模塊104與所述監控串口協議解析模塊105、所述工業以太網協議解析模塊106、所述現場虛擬局域網模塊102及所述現場無線收發模塊103順次連接。
[0021]其中，PLC中央控制器I為可編程邏輯控制器，其內部存儲有執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程，是一種工業控制中常用的控制信號處理裝置。
[0022]根據本實用新型的技術方案，通過預先程序設置，布設在廠區中央控制室的PLC中央控制器I中存儲有對自來水廠反應池、沉淀池、過濾池和清水池現場各個工藝點設備的控制指令，自來水廠反應池、沉淀池、過濾池和清水池現場各個工藝點布設有多個現場監控單元100，如圖2所示，每個現場監控單元100包括數據采集模塊101，用于采集來自各自對應的工藝點的傳感器信號(例如液位、濁度、余氯、Ph值、水栗電機電流電壓、管網壓力等)，PLC中央控制器I根據來自現場各個工藝點的數據(例如液位、濁度、余氯、Ph值、水栗電機電流電壓、管網壓力等)對各個現場工藝點設備進行相應的控制(例如水栗、閥門開關及開度調節、管網壓力調節、絮凝劑投送劑量調節等)。
[0023]根據本實用新型的技術方案，PLC中央控制器I與現場監控單元100通過無線廣域網10實現連接，因此，每個現場監控單元100還包括現場虛擬局域網模塊102、現場無線收發模塊103，數據采集模塊101與現場虛擬局域網模塊102連接，并通過現場無線收發模塊103接入無線廣域網10，同樣地，PLC中央控制器I與中央虛擬局域網模塊2連接，并通過中央無線收發模塊3接入無線廣域網10，從而實現了與現場監控單元100的連接及信號傳遞。
[0024]根據本實用新型的技術方案，優選地，所述中央虛擬局域網模塊2可以采用AES256加密算法，構建中央控制端到現場端的虛擬局域網通道，現場虛擬局域網模塊102可以采用AES256加密算法，構建現場端到中央控制端的虛擬局域網通道;所述中央無線收發模塊3可以采用有線寬帶接入，例如ADSL，所述現場無線收發模塊103可以采用LTE FDD移動通信數據網絡。
[0025]根據本實用新型的技術方案，由于布設在自來水廠反應池、沉淀池、過濾池和清水池現場各個工藝點的多個現場監控單元100均是通過無線廣域網10與布設在廠區中央控制室的PLC中央控制器I實現連接，利用無線連接來代替現場總線連接，避免了有線連接的局限性，且遠程傳輸距離更廣，并且利用PLC中央控制器I來實現對廠區現場各個工藝點設備的集中式控制，控制更及時同時電氣自控系統造價得以降低。
[0026]根據本實用新型的技術方案，所述無線廣域網10為3G網絡和4G網絡中的任一者，本實用新型不對其進行限定。
[0027]根據本實用新型的技術方案，所述現場監控單元100還包括現場監控模塊104，用于實時采集現場圖像信號、并在入侵事件發生時發出報警信號，所述現場監控模塊104包括一個或多個視頻監控設備，布設在各個工藝點現場，用于通過視頻拍攝的方式對各個工藝點現場的工況進行實時監控，并在發生異常情況(例如通過圖像比對發現有入侵事件)時發出報警信號。所述視頻監控設備的工作原理及流程為本領域技術人員所公知。現場監控模塊104與監控串口協議解析模塊105、工業以太網協議解析模塊106連接，通過工業以太網的方式接入工業網關，工業網關通過解析視頻監控設備的通信協議讀取到視頻監控設備的圖像信息及報警信息，并且通過現場虛擬局域網模塊102及現場無線收發模塊103接入無線廣域網10，實現與PLC中央控制器I的連接，由此，PLC中央控制器I根據預先設置的程序，在讀取到布設在廠區現場各個工藝點的現場監控模塊104發出的報警信號的同時發出監測指令，執行現場工藝點的監測(例如通過將水質值與預存的正常參考值進行比對來判斷是否發生水質異常)，一旦發現工藝點異常即發出停止供水控制指令(例如關閉水閥門、停止送水進入供水管網等操作)，避免不達標的自來水進入供水管網，保證供水安全。
[0028]根據本實用新型的技術方案，優選地，所述監控串口協議解析模塊105可以采用標準串口通信協議，所述工業以太網協議解析模塊106可以采用MODBus TCP工業以太網通信協議，其工作原理為本領域技術人員所公知。
[0029]根據本實用新型的技術方案，如圖1所示，所述遠程監控系統還包括布設在廠區中央控制室的PC機4，所述PLC中央控制器I與所述PC機4連接，由此，廠區工作人員可以通過PC機4獲取自來水廠各個工藝點現場的數據，并可以進行人工控制。
[0030]優選地，本實用新型提供的遠程監控系統還包括移動終端6，所述中央無線收發模塊3通過無線廣域網10與所述移動終端6連接，由此，根據預先程序設置，PLC中央控制器I可以在讀取到布設在廠區現場各個工藝點的現場監控模塊104發出的報警信號的同時將報警信息以及相應發出的控制指令信息通過無線廣域網10發送至移動終端6，當廠區工作人員不在中央控制室時，可以通過移動終端6實時接收到來自PLC中央控制器I的報警信息及控制指令信息，實時了解異常情況發生時間、地點以及PLC中央控制器I的相應的控制操作，以便更及時地前往現場進行事件處理。
[0031]優選地，如圖1所示，本實用新型提供的遠程監控系統還包括布設在廠區中央控制室的冗余PLC中央控制器5，該冗余PLC中央控制器5與所述PLC中央控制器I連接，并與所述中央虛擬局域網模塊2及所述中央無線收發模塊3順次連接，所述冗余PLC中央控制器5與PLC中央控制器I采用完全相同的方式進行配置及連接，根據預先程序設置，在PLC中央控制器I正常工作的情況下，所述冗余PLC中央控制器5處于休眠狀態，當PLC中央控制器I發生故障無法正常工作時，所述冗余PLC中央控制器5根據來自PLC中央控制器I的故障信號喚醒并自動切換進行自來水廠各個工藝點現場設備的控制工作，由此，全廠無故障運行時間得以加強。
[0032]采用本實用新型提供的基于無線廣域網10的自來水廠遠程監控系統，自來水廠現場各個工藝點的多個現場監控單元100均是通過無線廣域網10與布設在廠區中央控制室的PLC中央控制器I連接，利用無線連接來代替現場總線連接，避免了有線連接的局限性，且遠程傳輸距離更廣，并且利用PLC中央控制器I來實現對廠區現場各個工藝點設備的集中式控制，以替換現有的在現場各個工藝點布設現場PLC控制器的分散式控制，控制更及時同時電氣自控系統造價得以降低，在有入侵事件發生時，PLC中央控制器I能夠讀取到布設在廠區現場各個工藝點的現場監控模塊104發出的報警信號，并在讀取到報警信號的同時執行現場工藝點的監測，一旦發現工藝點異常即發出停止供水控制指令，避免不達標的自來水進入供水管網，保證了供水安全。
[0033]以上結合附圖詳細描述了本實用新型的優選實施方式，但是，本實用新型并不限于上述實施方式中的具體細節，在本實用新型的技術構思范圍內，可以對本實用新型的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護范圍。
[0034]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本實用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本實用新型的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同樣應當視為本實用新型所公開的內容。
【主權項】
1.一種基于無線廣域網(10)的自來水廠遠程監控系統，其特征在于，該遠程監控系統包括:布設在廠區中央控制室的PLC中央控制器(I)、中央虛擬局域網模塊(2)、以及用于連接至所述無線廣域網(10)的中央無線收發模塊(3)，所述PLC中央控制器(I)與所述中央虛擬局域網模塊(2)及所述中央無線收發模塊(3)順次連接； 分別布設在自來水廠反應池、沉淀池、過濾池和清水池現場各個工藝點的多個現場監控單元(100)，每個所述現場監控單元(100)包括用于采集來自各自對應的工藝點的傳感器信號的數據采集模塊(101)、現場虛擬局域網模塊(102)、用于連接至所述無線廣域網(10)的現場無線收發模塊(103)、用于實時采集現場圖像信號、并在入侵事件發生時發出報警信號的現場監控模塊(104)、監控串口協議解析模塊(105)、以及工業以太網協議解析模塊(106)，所述數據采集模塊(101)與所述現場虛擬局域網模塊(102)及所述現場無線收發模塊(103)順次連接，所述現場監控模塊(104)與所述監控串口協議解析模塊(105)、所述工業以太網協議解析模塊(106)、所述現場虛擬局域網模塊(102)及所述現場無線收發模塊(103)順次連接。2.根據權利要求1所述的遠程監控系統，其特征在于，所述無線廣域網(10)為3G網絡和4G網絡中的任一者。3.根據權利要求1所述的遠程監控系統，其特征在于，所述遠程監控系統還包括布設在廠區中央控制室的PC機⑷，所述PLC中央控制器(I)與所述PC機⑷連接。4.根據權利要求1所述的遠程監控系統，其特征在于，所述現場監控模塊(104)包括一個或多個視頻監控設備。5.根據權利要求1所述的遠程監控系統，其特征在于，所述遠程監控系統還包括布設在廠區中央控制室的冗余PLC中央控制器(5 )，該冗余PLC中央控制器(5)與所述PLC中央控制器(I)連接，并與所述中央虛擬局域網模塊(2)及所述中央無線收發模塊(3)順次連接。6.根據權利要求1所述的遠程監控系統，其特征在于，所述遠程監控系統還包括移動終端(6)，所述中央無線收發模塊(3)通過無線廣域網(10)與所述移動終端(6)連接。
【文檔編號】G05B19/05GK205450722SQ201620189169
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月11日
【發明人】欏句腹, 顧丹
【申請人】欏句腹, 顧丹