應用於汙水處理系統中的網絡監控系統的製作方法

2023-10-10 12:19:49

專利名稱：應用於汙水處理系統中的網絡監控系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種監控系統，尤其是一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系 統。
背景技術：
由於人類的傲慢與無知，長期以來地球默默地承受人們的汙染，隨著生活環境快 速惡化及人民生活質量要求的覺醒，工業廢水及生活汙水向來是環境汙染的重大問題，政 府對環境保護的相關措施刻不容緩。都市大樓中汙水處理系統的管理與維護，一般是由環境工程股份有限公司處理。 現有的汙水處理系統的處理設備多為小型汙水處理設施，多採用定期巡查及故障叫修方式 處理，然而，當大樓警衛通知處理設備故障時，汙水處理廠的汙水早已汙染地下室，工程人 員到場處理時，通常要耗費多個小時以上才能處理完畢。在這個過程中除造成環境汙染且 容易滋生傳染病之外，也會造成公司人力成本提高，直接影響到小區大眾生活環境質量及 支出負擔。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統。為實現上述目的，本實用新型提供一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統， 包括有至少一嵌入式控制器，至少一數據擷取模塊，多個汙水處理系統的傳感器，該多個傳 感器通過數據擷取模塊嵌入式控制器相連通，嵌入式控制器可以讀入多個傳感器的感測信 號；多個汙水處理系統的驅動器，該多個驅動器通過數據擷取模塊與嵌入式控制器相連通， 該嵌入式控制器可以讀入多個驅動器的驅動信號，以測量多個驅動器是否處於運轉中，讓 該嵌入式控制器也可驅動系統的所有驅動器；及一中央監控計算機，嵌入式控制器通過因 特網與中央監控計算機相連接，傳送汙水處理系統的感測驅動信號給中央監控計算機，並 接受中央監控計算機的指令。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點1、本實用新型提供的應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，採用分布式控制方 式，將多個大樓的汙水系統操作情況實時的傳送到維護公司的中央監控計算機；2、中央監控計算機提供全球信息網接口，在密碼的保護下，監控人員可以隨時隨 處上網了解各處汙水處理系統的現狀，並在必要時驅動汙水處理系統內的驅動器。3、本實用新型的監控模塊可附加在現有的汙水處理系統上，增加其遠程網絡監控 的功能，以方便對汙水處理全程的監看，有事故時立即處理，不用通過大樓警衛的叫修；4、在監控器硬體中硬體結構搭配靈活，有彈性，有利於對監控器的維護、擴充、與 升級。

圖1為本實用新型處理單元流程方塊圖；圖2為本實用新型分布式控制架構示意圖；[0015]圖3為本實用新型中央監控計算機架構示意圖；圖4為本實用新型嵌入式控制器及數據擷取模塊示意圖。
具體實施方式
為了更清楚的表述本實用新型，
以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述。如圖1所示，汙水進流先經過攔汙柵、沉砂池等物理處理設施去除水中較大懸浮 微粒、砂礫、雜物等，再進入調勻池調勻汙水水質並調節水量，以提高處理效率。由調勻池 泵出的汙水引入生物處理單元，在生物旋轉盤或接觸氧化池中曝氣，輸氧進入水中以供微 生物繁殖生長，並附著於接觸濾材形成生物膜，通過微生物吸收分解廢水中有機物質，有效 去除汙水中之生化需氧量(Biochemical Oxygen Demand, B0D5)及化學需氧量(Chemical OxygenDemand,, COD)。經生物處理後的汙水，進入化學處理單元中利用混凝劑、助凝劑等， 進行混凝、膠凝，使汙水中懸浮微粒(Suspended Solid, SS)形成較大膠羽增加沉澱效率，通 過沉澱方式去除。經妥善處理後符合國家放流水標準的放流水經水溝排走。各處理單元產 生的汙泥，經汙泥濃縮池濃縮、脫水機脫水後的汙泥餅運送衛生掩埋場掩埋或再利用制磚 原料。如圖2至圖4所示，本實用新型特點如下(1)控制的重點就自動控制的層面來說，汙水處理系統的控制，其感測為液位測量(浮球)、水質 測量、流量測量及餘氯測量，驅動器為各式的泵、鼓風機、加藥機等，以控制各個汙水處理池 的水位，讓水質達到國家制定的標準；放流水質標準COD < 100mg/LBOD < 30mg/LSS < 30mg/L油脂< 10mg/LPH :6 9大腸菌類<2000CFU/100mL回收水質標準氫離子濃度指數(pH) 6. 8 8. 5生化需氧量(B0D5)< 10mg/L大腸菌類 不能檢出臭味及外觀無不舒適色度 < 40餘氯 介於0. 5 1. 5mg/L之間目前使用中的控制系統，主要在控制各池的水位，其它有諸多配合使用的機具設 備都是獨立操作的，如紫外線滅菌機、活性碳吸附塔、汙泥脫水機、加藥機、攪拌機、空氣除
臭塔等。(2)分布式控制本實用新型監控器的設計著重在採用核心軟體技術整合市面上的硬體單元，以構成監控系統。軟體的設計採硬體中立的架構，以方便移植到其它硬體上，如此可以擁有結構的彈性，可隨著硬體的進步輕易升級。本實用新型監控器有兩部份，一部份是置於各大樓汙水處理系統的嵌入式控制器 (連同數據擷取模塊)，另一部份是置於環境工程股份有限公司的中央監控計算機。(3)嵌入式控制器的設計首先，讓其可以將大樓汙水處理系統的所有感測及驅動信號帶入嵌入式控制器， 讓其可以讀入系統所有感測及驅動的信號，如各池的水位、流量計上顯示的流量、餘氯偵測 器的測量值、各泵及鼓風機是否運轉中等；讓嵌入式控制器也可驅動系統的所有驅動器，如 開關各泵及鼓風機、驅動加藥機等；讓嵌入式控制器可以經由網際網路與中央監控計算機相 連接，傳送汙水處理系統的感測驅動信號給中央監控計算機，並接受中央監控計算機的指 令。嵌入式控制器的感測與驅動，是通過與遠程數據擷取模塊相連接而達成；受控系 統的感測及驅動信號，先直接連接到數據擷取模塊，而數據擷取模塊與嵌入式控制器相連 接。由嵌入式控制器讀寫數據擷取模塊數據，再將相關數據傳送中央監控計算機。數據擷取模塊與嵌入式控制器的連接，可採TCP/IP內部網絡(Intranet)或是 RS232/RS485接口模塊，或是兩者混用。採TCP/IP內部網絡的部份，若是只用一個數據擷 取模塊，則可通過跳線的Ethernet網絡線直接相連接。若是因為輸出入點數多或是感測驅 動的位置分散，而必須使用兩個以上的數據擷取模塊時，則必須加用集線器。而採RS232/ RS485接口模塊的部份，RS-485總線最多可連接256個數據擷取模塊。嵌入式控制器與中央監控計算機之間通過外部網絡(Extranet)相連接。外部網 絡數據的傳送，由於必須能夠穿透大樓及公司的防火牆，所以採用http協議。中央監控計算機採用一般的伺服器計算機，包括Tomcat網頁伺服器及My SQL數 據庫伺服器，中央監控計算機上的控制程序主要的有兩部份，一部份是與多個嵌入式控制 器聯機的數據傳輸伺服器程序，接受各嵌入式控制器的聯機要求，將各嵌入式控制器傳來 的感測驅動信號數據存入資料庫。汙水處理系統有任何緊急狀況，也是由嵌入式控制器傳 給數據傳輸伺服器程序，它一方面將信息存入資料庫，一方面發行動電話簡訊給負責監控 的人員。中央監控計算機另一部份的控制程序是互動網頁Servlet程序，它提供監控信息 的互動網頁，讓授權的使用者，可以隨時隨地上網了解各汙水處理系統的實時狀況。若要驅 動某一汙水處理系統的驅動器，如開啟或關閉某個泵，可在網頁上applet程序接口發出控 制指令，控制指令通過由applet-servlet溝通，傳回Servlet程序，Servlet程序將其記錄 在資料庫。並於下次對應的嵌入式控制器連接中央監控計算機時，將控制指令傳回嵌入式 控制器執行，執行結果再回報給中央監控計算機。對於汙水處理系統的實時監看，互動網頁 的實時自動更新效果比較不好，因此採用applet程序。嵌入式控制器使用汙水處理系統大樓的網絡，往往無法擁有固定網址(IP)，一般 是用內部網絡動態配置的網址，由於無法事先知道各個嵌入式控制器的網址，所以本實用 新型中嵌入式控制器與中央監控計算機的聯絡，都是由嵌入式控制器主動的，嵌入式控制 器通報感測數據時，會帶回中央監控計算機的控制命令。即使在嵌入式控制器沒有新感測 數據通報時，它也會定時回報。[0048](4)硬體中立嵌入式系統上的軟硬體資源有限，所以其開發過程往往不是在嵌入式系統(target)上直接進行，而是在另一臺計算機(host)上進行，程序撰寫完後灌入測試板 上測試，有錯的話再於host上修改，再灌入測試板測試，如此周而復始，直到沒有錯誤。 在一般的情況下，由於target與host的中央處理單元不同，host上的程序必須先用 cross-compiler編譯成target可以執行的程序代碼，再灌入target執行，讓整個開發過程 更加煩復。本實用新型的嵌入式系統控制軟體，主要為一無限循環，不斷的讀入傳感器及驅 動器狀態，將其報告給中央監控計算機，處理中央監控計算機回傳的控制指令，並回報控制 指令執行結果。嵌入式系統控制軟體採硬體中立的架構；設計基礎硬體類別來規範數據擷 取模塊驅動程序的格式，利用Java語言可以在執行時期檢視程序類別的功能，在執行時期 檢視出系統上的數據擷取模塊驅動程序，動態加載其驅動程序，利用程序多型的特性，執行 各別驅動程序類別的方法(method)來驅動各個數據擷取模塊。因此，本實用新型監控器的 硬體配置是程序執行時期才確定的，而且數據擷取模塊的加入或是移除，與監控器的其它 部份切割開來。也就是，使用者只要依類別格式提供某一數據擷取模塊的驅動程序，就可以 將該數據擷取模塊整合輸入本實用新型的監控器。(5)數據擷取仿真程序在嵌入式系統控制軟體的基礎硬體類別上，設計有仿真模式，規範每一數據擷取 模塊的驅動程序提供其仿真方法，如此，在沒有硬體配線的情況下，可同時發展中央監控計 算機的數據管理程序。目前的趨勢，數據擷取模塊的信息溝通不通過原生程序，而是採查詢響應的字符 串傳遞方式(Modbus)，因此，使用者可以將數據擷取模塊先接到Host計算機上測試，待嵌 入式系統控制軟體在Host開發測試完成時，再移植到Aday5E-NCSl嵌入式控制器，盡力免 除Host-Target間煩復又耗時的切換開發過程。(6) Applet遠程監控程序汙水處理廠的監控人員，可用瀏覽器連到中央監控計算機，遠程了解各汙水處理 廠的狀況，可是，網頁自動更新的效果比較差，因此採用設計Applet遠程監控程序，可在在 線自動更新各汙水處理廠的狀況。Applet遠程監控程序，按照使用者的指定，首先加載對應汙水處理廠對應的配置 圖，在配置圖對應的位置，標示感測及驅動的圖標，顯示其狀態。使用者可點按圖標，以改變 驅動器的狀態。本實用新型設計製作多個大樓汙水處理系統網絡監控器，主要包括下述幾項工 作嵌入式控制器及數據擷取系統選用本實用新型採用奧得科技的Aday5E-NCSl嵌入式控制器及研華科技的Adam6060 遠程數據擷取模塊。其中，Adam6060是數字輸入輸出模塊，讀取傳感器及驅動器狀態，可驅 動改變驅動器狀態。若要感測驅動模擬信號，可加裝AD/DA模塊。Aday5E-NCSl嵌入式控制器是一個擁有兩個TCP/IP埠的控制器，其中一個TCP/ IP埠用於連接數據擷取模塊(內部網絡)，另一個TCP/IP埠則用地連接中央監控計算機(外部網絡)。Aday5E-NCSl的作業系統是一個簡單的Linux系統，另移植入Kaffe Java虛擬機器，用於執行Java程序。發展嵌入式控制器內的控制程序Aday5E-NCSl內的Java控制程序，先在個人計算機上，用Eclipse整合開發工具發展。首先，設計ModuleBase類別，規範所有數據擷取模塊驅動程序的行為，讓驅動程序可在 真實模式及仿真模式下執行。仿真功能方便控制程序在沒有實際數據擷取模塊硬體的情況 下，順利進行，以有效隔離軟體問題及硬體問題，方便程序發展。TCP/IP接口的數據擷取模塊本身也是硬體中立的，其信息傳遞的格式，採主從 (Master/Slave)式的Modbus協議，它的連接方式與臺型計算機和嵌入式控制器的連接方 式是相同的。中央監控計算機信息系統多處汙水處理系統的感測驅動信號，以http協議，同時送回中央監控計算機，這 些數據儲存於資料庫伺服器，同時，中央監控計算機提供網頁頁面，管理不同使用者存取相 關的數據，這些功能連同公司的網站，形成中央監控計算機信息系統。以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，但是，本實用新型並非局限於此， 任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護範圍。
權利要求一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，其特徵在於，包括至少一嵌入式控制器；至少一數據擷取模塊；多個汙水處理系統的傳感器，所述多個傳感器經由所述數據擷取模塊與所述嵌入式控制器相連通；多個汙水處理系統的驅動器，所述多個驅動器經由所述數據擷取模塊而與所述嵌入式控制器連通；以及；一中央監控計算機，所述嵌入式控制器可以經由網際網路與所述中央監控計算機相連接。
2.如權利要求1所述的一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，其特徵在於，所 述多個傳感器包括水位計、流量計及餘氣偵測器。
3.如權利要求1所述的一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，其特徵在於，所 述多個驅動器包括有開關各泵的驅動器、開關鼓風機的驅動器及驅動加藥機的驅動器。
4.如權利要求1所述的一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，其特徵在於，所 述數據擷取模塊通過TCP/IP內部網絡或RS232/RS485接口模塊與所述嵌入式控制器的連 接。
5.如權利要求1所述的一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，其特徵在於，所 述數據擷取模塊的數量為1個，所述數據擷取模塊與所述嵌入式控制器之間通過網絡或所 述RS232/RS485接口模塊相連接。
6.如權利要求1所述的一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，其特徵在於，所 述數據擷取模塊的數量為至少2個，所述數據擷取模塊與集線器相連接，所述集線器與所 述嵌入式控制器相連接，所述嵌入式控制器與所述數據擷取模塊之間通過TCP/IP內部網 絡或所述RS232/RS485接口模塊相連接。
7.如權利要求6所述的一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，其特徵在於，所 述嵌入式控制器與所述數據擷取模塊之間還可以通過所述TCP/IP內部網絡與所述RS232/ RS485接口模塊之間組合相連接。
8.如權利要求1所述的一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，其特徵在於，所 述嵌入式控制器與所述中央監控計算機之間相連接的網際網路為一外部網絡，所述外部網絡 的數據傳送為http協議。
9.如權利要求1所述的一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，其特徵在於，所 述中央監控計算機為一伺服器計算機。
專利摘要本實用新型涉及一種應用於汙水處理系統中的網絡監控系統，包括有至少一嵌入式控制器，至少一數據擷取模塊，多個汙水處理系統的傳感器，多個汙水處理系統的驅動器，及一中央監控計算機，該多個傳感器通過數據擷取模塊與嵌入式控制器相連通，該多個驅動器通過數據擷取模塊與嵌入式控制器相連通，嵌入式控制器通過網際網路與中央監控計算機相連接，傳送汙水處理系統的感測驅動信號給中央監控計算機，並接受中央監控計算機的指令。本實用新型硬體結構搭配靈活，有彈性，有利於對監控器的維護、擴充、與升級，由於採用分布式控制方式，將多個大樓的汙水系統操作情況實時的傳送到維護公司的中央監控計算機。
文檔編號G05B19/418GK201562150SQ20092015767
公開日2010年8月25日 申請日期2009年5月31日 優先權日2009年5月31日
發明者李武鉦 申請人:富鈞環境工程股份有限公司