基于RTU的智能化MBBR一体化水处理设备

基于RTU的智能化MBBR一体化水处理设备

姚永辉

环能科技股份有限公司四川成都610045

摘要：随着新农村建设的不断推进和国家对城镇污水治理的不断重视，以村镇等小地域为单位在生活污水的治理方面的需求日趋旺盛。针对村镇污水处理的MBBR设备应用也越来越多，水务运营企业管理的污水处理站数量也增多，面对地域分布广泛的MBBR污水处理站，运营管理开始变得力不从心，传统的管理模式已经无法胜任现代化污水处理企业的管理需求。随着信息技术的发展，大数据服务、物联网、3G技术等概念已经由理念转变为切实可行且正在广泛推广的信息技术，智能污水处理应用服务平台将结合先进的技术和管理理念为污水运营企业提供先进的信息化综合管理解决方案，帮助企业实现从分散式管理到集约化、标准化、精细化管理模式的转变，为企业可持续高速发展提供基础保障，由此产生的综合效益巨大。

关键词：RTU；智能化；MBBR；PLC；RS485

绪论

MBBR一体化污水处理设备针对农村居民区的应用日益广泛，各个水处理站分布地域广泛，项目基本采用PPP模式，由设备提供厂家运行维护，设备本身是自动运行的，正常运行时无需人为干预；但当设备运转异常或达到维修状态时就要及时处理；由于设备分散且相隔距离远，经常排人巡检或在每个站点安排一名维护人员都将给设备在运行、管理、维护造成人力和财力的浪费，成本成倍增加。我们需要随时掌握每个MBBR处理站设备的运行状态，但又不需要维护人员直接到现场去查看和了解情况。为了解决设备的运营管理问题，为此我们设计了以RTU和PLC为中心的信息管理和远程报警控制系统。

一、系统组成

（一）PLC电气控制系统

西门子S7系列PLC是污水处理站现场设备的控制核心，主要由PLC本机，数字量输入模块DI，数字量输出模块DO，模拟量输入模块AI，模拟量输出模块AO，RS485通信端口。PLC及其附加模块负责采集现场数字量或模拟量的输入，运行工艺控制程序计算最佳的工艺控制参数，输出控制量给相应的执行设备控制设备的运行。

（二）RTU

RTU（远程终端单元），英文全称RemoteTerminalUnit，是SCADA系统的基本组成单元。RTU是安装在远程现场的电子设备，用来监视和测量安装在远程现场的传感器和设备，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。RTU是实现远程报警控制和信息查询的核心部件。在我们的设计方案中RTU通过RS485通讯采集PLC采集的和PLC计算出的工艺参数，分析告警情况并将告警情况发送到授权移动终端，同时RTU将从授权移动终端发送来的文本命令转换成数字命令，通过RS485通讯传送给PLC，实现对设备的控制功能。

（三）控制软件

控制软件包括两个部分，一部分为PLC应用程序，PLC应用程序用于采集、分析和计算工艺过程参数，报警参数，运行记录，设备维修保养报警记录，设备的运行时间和运行状态。RTU控制程序，RTU控制程序主要用于解析PLC和移动终端之间相互交换的过程参数、报警信息和远程控制参数等，将这些信息翻译为文本消息或数字控制信号；实现PLC过程数据和移动终端指令在3G或4G网络平台的传送和解析。

（四）移动终端

移动终端可以是任意的入网移动设备，通过RTU配置软件可以组态1个管理员，3个操作员。RTU定向与组态的移动终端交换生产过程数据、报警维护信息和控制参数等。

系统组成图

二、系统功能

1数据采集功能：数据采集功能主要由PLC完成，通过PLC的输入模块，可以采集现场设备的运行和故障信号，采集现场过程值如：风机压力信号，出水流量信号、液位信号等。

2运行状态分析和处理功能：系统采集现场设备的运行状态和过程量值，通过控制软件计算运行状态是否达到达到目标效果，并根据结果自动调整设备运行状态或发出相应警告信号。

3短信报警功能：也叫短信通知，a当系统中某些量的值超过了所规定的界限或满足报警条件时，RTU自动发送报警短信，提醒值班人员；b当设备运行异常，如系统自动调节不起作用使出水水质不达标、设备运行累计时间达到维修条件，RTU发送系统工作异常或维护信息告知值班人员和管理员。本系统支持多条短信报警，每条短信报警包含报警条件，发送目标、报警延时和报警消息模板等要素。

4查询功能：授权用户组内的用户发送一条短信给RTU，RTU以文本或数字形式返回一条或多条短信，反映当前状态（现场设备的一个或者多个变量值，相关文字描述）。

5远程控制功能：RTU允许定义多个短信控制命令，短信控制命令直接发送预定义的文字命令，用户不需要知道变量和赋值等细节，授权用户组内的用户只需向RTU发送一条短信控制命令信息，RTU接收信息后把设定值赋给相应变量，并写入PLC，完成操作后RTU给发送方回送一条信息表示操作成功或失败。

三系统特点

1投资成本低：该系统只需要在传统自控系统的基础上扩展485通讯接口，添加远程终端RTU，根据实际运行维护经验编制告警分析计算程序。

2实用性：MBBR水处理站地理位置分散，因此采用覆盖广泛的移动3G/4G网络高信号捕捉，必要是采用高增益天线，可确保网络的正常运行。

3实时性：采用成熟的通信和软硬件技术，建立了清晰和合理的系统架构，可以实现多线程的远程并发通信，在几秒时间内可以让测控终端信息实时传送到授权用户移动终端，实现故障信息的及时报警。

4可扩充性：系统预留通讯接口和输入输出接口，可以进行系统或软硬件模块的无限扩展，便于长期的升级和维护，延长系统的寿命，通过更新部件，能让系统一直存在下去，而不至于整个系统瘫痪，造成大量的投资损失；

5易维护性：系统可对测控终端执行相应的远程操作命令，包括远程参数设置，远程控制、远程终端复位、远程测控终端升级等。

6操作简易性：系统软件功能完善，模块化、图形化设计，全过程全中文帮助，操作简单方便。

四运行效果

针对MBBR一体化水处理设备、实现远程可视化监控管理模式，根据污水处理站分布及具体项目的基本信息，提供快速站点监控入口，实时全方位的查看MBBR污水处理站的运行指标、工艺情况，如进出水水质数据、流量数据等，实时查看污水处理站的数据超限告警、设备异常告警信息，监测水处理站的实时生产运行情。

1、解决污水处理站MBBR一体化设备周期性生产巡检的需求，管理人员制订好相应的巡检计划，系统根据运行时间和运行状态自动发出巡检需求，管理员派发巡检工单，巡检人执行巡检工作，解决了传统单纯靠人工组织、人工提醒、无序的巡检模式。巡检执行完毕，巡检人员现场复位巡检需求信号。

2、解决对污水处理站现场设备的管理以及历史设备维修、保养的需求。污水处理站生产管理人员可实时监控厂内设备运行情况，可通过查询功能实时查询站内设备的各项信息，包括设备的详细生产信息、设备的历史维修、养护、巡检记录，根据历史维修、养护、巡检记录，完善设备维护养护计划等。

3、提高管理效率。系统融合了我公司多年的信息化建设经验，以及我公司水务运营团队多年的生产管理经验，对目前行业的的生产业务需求进行归纳总结，以提高系统实用性、可靠性、共享性为主要目标，从专业、实用、可靠的角度满足管理需要，切实为水处理设备用户提供一套现代化的、先进的智能的信息化管理的MBBR水处理设备。

五结论

基于RTU的智能化MBBR一体化水处理设备，通过移动3G/4G网络以低成本的方法实现了水处理系统和移动终端的互联和信息共享，实现了分散设备的远程可视化监控管理模式，为MBBR设备运营管理节约了大量人力、财力、物力，给企业和用户带来巨大效益。

参考文献：

[1]廖常初主编.S7-200PLC基础教程[M].机械工业出版社，2009年2月

[2]SiemensAGS7-200可编程序控制器系统手册.2008年8月

[3]《工业RTU遥测终端机产品介绍》西安通尚电子科技有限公司，2016年5月