1 引言
治污設施運行監控系統是對治污設施的運轉情況進行連續監控和記錄的網路化監控平台。
污染源自動監控是環境執法、科學管理的重要手段。污染源自動監控系統的建設和管理依託環境監測、自動控制、計算機、電子、通信等多個領域的技術，是一項複雜的系統工程。
污染源自動監控系統可分為數據收集子系統和信息綜合子系統。
數據收集子系統是污染治理設施的組成部分，包括在污染源現場安裝的污染物排放監控監測儀器（COD、TOC、PH等水污染物在線監測分析儀，二氧化硫、煙塵等氣污染物在線監測分析儀）、流量（速）計、污染治理設施運行記錄儀（黑匣子）和數據採集傳輸儀（用於數據的存儲、加密，數據包轉發、接收以及報警、反控）等自動監控儀器。簡稱現場機。
圖1 系統結構
信息綜合子系統包括計算機信息終端設備、監控中心繫統（污染源自動監控中心信息管理軟體和資料庫等）。簡稱上位機。
本文介紹採用LM系列小型PLC作為現場機收集現場數據，並通過GPRS通訊網路與上位機通訊，最終實現上位機在線對現場污染源的監控。
2系統介紹
2.1 系統描述
由對污染源主要污染物排放實施在線自動監控（監測）的自動監控監測儀器設備和監控中心組成，簡稱系統。
2.2 系統結構
污染源自動監控系統從底層逐級向上可分為現場機、傳輸網路和上位機三個層次。上位機通過傳輸網路與現場機交換數據、發起和應答指令。
上位機通過傳輸網路和現場機相互作用，並獲取現場數據，具體有兩種操作方式：一是現場儀器儀錶（以下通稱監測儀器）本身具有較強的通信功能，監控現場只有一台儀器，可直接操作現場監測儀器，取得監測數據，執行控制動作，並接收告警信息；二是上位機不直接與監測儀器通訊，而是與數據採集傳輸儀通訊，數據採集傳輸儀下接監測儀器。
圖2 系統結構
2.2.1 現場機
安裝在污染源排放口現場，用於監測污染源排污狀況及完成和上位機的數據通訊傳輸的單台或多台設備及設施，它是污染治理設施的組成部分，包括在污染源現場安裝的污染物排放監控（監測）儀器、流量（速）計、污染治理設施運行記錄儀和數據採集傳輸儀等自動監控儀器。
2.2.2 傳輸網路
基於TCP\IP
的和非基於TCP\IP的傳輸網路及之上的連接。數據傳輸通訊協議在基於不同傳輸網路（該傳輸網路被稱為基礎傳輸層）的現場機和上位機之間提供交互通訊。應用層依賴於所選用的傳輸網路，在選定的傳輸網路上進行應用層的數據通訊，在基礎傳輸層已經建立的基礎上，整個應用層的協議和具體的傳輸網路無關。
2.2.3 上位機
安裝在各級環保部門，有許可權對現場機發出查詢和控制等本規範規定指令的數據接收和數據處理系統。包括計算機信息終端設備、監控中心繫統等。
3 數據採集儀工作原理及功能
數據採集儀通過數字通道、模擬通道、開光量通道採集檢測儀錶的檢測數據、狀態等信息，然後通過傳輸網路將數據、狀態傳至上位機；上位機通過傳輸網路發送控制命令，數據採集傳輸儀根據命令控制檢測儀錶工作。
數據採集儀通過GPRS無線方式與上位機通訊，數據採集傳輸儀能通過串列口與具備標準透明傳輸的無線模塊(GPRS DTU模塊)連接。
數據採集傳輸儀從功能上可分為數據採集單元、數據存儲單元、數據傳輸單元和顯示單元等。
3.1 現場數據和設備運行狀態檢測功能
污染物排放數據監測：應能實時採集在線監測儀檢測的污染物排放數據。超標后能自動報警。
治污設施運行監測：對某台設備的監控不應局限於單參數的監測，若有可能，應進行多狀態監測，以具有可參照性、邏輯判斷性，能進行有效的監測。
檢測設備運行狀態監測：應能自動監測在線監測儀、自動採樣器等現場儀錶、設備的運行狀態（運行、停止或故障等）。
工作環境監測：應能監測現場監測站的運行環境參數（如溫度、濕度）、安防報警等信號。
3.2 遠程設置和控制
應能及時響應監控中心發來的限值設定、儀器調校及啟停等操作指令，實現遠程操作控制。
3.3 數據傳輸功能
應能按照以下幾種方式，實現與監控中心的數據實時通信：
應答上傳：對監控中心發出的數據呼叫請求能及時響應上傳；
定時上傳：能根據設定的間隔時間定時上傳現場數據給監控中心；
異常主動上報：當出現污染物超標、治污設施停止運轉、現場設備故障等異常情況時能主動上傳給上一級監控中心。
3.4 數據及時間記錄儲存功能
能連續存儲現場3個月以上的檢測數據和操作記錄、報警記錄、停電記錄等事件數據，新數據可以覆蓋最早時間數據。採集存儲間隔時間可靈活設置。
4 監控系統組成
4.1 監控系統方案配置
控制系統現場數據存儲顯示採用和利時HT6720T系列觸摸屏，下位機CPU選用和利時LM3109
PLC控制器；觸摸屏通過擴展的LM3331通訊模塊走RS232串口線通過標準MODBUS協議與CPU進行通訊。現場數據採集儀錶通過直接模擬量輸入借口或RS485通訊的方式和CPU之間交換數據。現場機和上位機通過GPRS串口透明傳輸模塊以無線方式交互控制方式。
圖3 系統配置圖
4.2控制系統硬體
4.2.1 GPRS串口透明傳輸模塊
GPRS串口透明傳輸模塊支持900\1800
MHz系統，提供RS-232介面，支持各種非TCP\IP終端設備數據的透明傳輸，如各種數據採集設備、圖片監控設備、POS\ATM終端、PLC設備等，可廣泛應用於數據採集、安全監控、數據記錄、遙感勘測、POS\ATM等各種串列數據埠的遠程設備與中心伺服器的連接和數據通信。
4.2.2 PLC選型
本系統採用LM系列PLC控制，配置1個CPU模塊LM3109、1個6通道模擬量輸入\2通道模擬量輸出\1路MODBUS slave通訊模塊和1個8通道模擬量輸入模塊LM3313。
1）CPU模塊：LM3109模塊的額定工作電壓為AC220V，自帶40點I\O，提供24路DC24V輸入\16路繼電器輸出處理。具有1個RS232和1個RS485通訊介面，支持專有協議（僅RS232）\Modbus RTU協議\自由協議。
2）通訊擴展模塊：LM3331額定工作電壓24VDC，提供6路電壓\電流信號輸入、2路電壓信號輸出處理和1路MODBUS通訊，支持MODBUS RTU從站協議（功能碼01\02\03\04\05\06\15\16），通信介面RS232\RS485可選。
3）模擬量擴展模塊：LM3331模塊提供8通道模擬量輸入通道，輸入範圍-10V-10V、-20mA-20mA可選，精度可達0.5%FS。主要完成現場模擬量的輸入、採集與處理工作。
4.2.3 顯示單元
顯示單元採用和利時HT6720T系列觸摸屏，配以監控組態軟體來完成。能顯示所連接檢測儀錶的實時數據、小時均值、日均值和月均值，也能顯示污染物的小時總量、日總量和月總量。圖4-圖5為顯示單元監控畫面。
5 結束語
本文介紹了基於GPRS網路技術的PLC遠程監控技術應用於污染源在線監控系統的設計方案，並給出了數據傳輸實時性和可靠性關鍵問題的解決方法，通過應用GPRS無線通信技術，實現了PLC遠程實時監控和調試。系統採用GPRS網路具備較好的數據傳輸安全性，使數據傳輸抗干擾能力更強，保證了系統的可靠性，該方案使控制系統有機地成為企業整個IT架構的一部分，提高企業的經濟效益。同時，本文對遠程數據傳輸以及其它無人值守的系統均有一定的實用價值和指導意義。
參考文獻
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