李明河等

【摘要】 針對現(xiàn)有有線污水處理監(jiān)控系統(tǒng)布線困難、成本高等問題，提出了引入ZigBee技術的應用方案。文章介紹了由西門子S7-200PLC、ZigBee和工控組態(tài)軟件組成的無線監(jiān)控系統(tǒng)在污水處理廠中的應用。本文分別對通信組網方法、現(xiàn)場控制端PLC通信程序設計和上位機通信軟件設計做出了詳細說明。實驗表明：系統(tǒng)構建簡單，工作穩(wěn)定可靠，在監(jiān)控中心通信與控制軟件端可以很好地模擬出現(xiàn)場端的實時運行狀況。

【關鍵詞】 ZigBee 曝氣生物濾池 監(jiān)控系統(tǒng) 污水處理

一、引言

近年來隨著我國經濟持續(xù)快速發(fā)展，生活污水的排放量與日俱增，污水處理行業(yè)越來越受到政府的重視。但目前國內的生活污水處理監(jiān)控系統(tǒng)，大多數(shù)只是局限于單點監(jiān)控或者是局域網內的監(jiān)控，當控制系統(tǒng)需要擴展時，往往就會造成數(shù)據(jù)不能共享，硬件投資成本較高等問題[1]。在我國污水處理領域，還存在著規(guī)模小、操作復雜、大量數(shù)據(jù)冗余等不足。但是在國外，網絡化的監(jiān)控和管理系統(tǒng)已經相當成熟了，已經應用到自動化所涉及到的很多領域，如電力、冶金、化工、制藥等等。因此為了進一步與國際技術接軌，基于計算機網絡的自動監(jiān)控技術必將在未來幾年中得到普及和推廣，并將會成為現(xiàn)代自動化技術應用的主流[1]。

二、監(jiān)控系統(tǒng)的結構

根據(jù)現(xiàn)場設備分布情況和控制要求，采用西門子PLC200作為數(shù)據(jù)采集器件，結合其PROFIBUS-DP總線、工業(yè)以太網和ZigBee無線技術，組成開放的分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)。綜合采用數(shù)據(jù)自動采集、遠程監(jiān)控、網絡通信、數(shù)據(jù)存儲與處理等技術，為污水處理提供一個可視化、智能化的技術支持平臺?？刂葡到y(tǒng)網絡結構如圖1所示，與監(jiān)控中心相連的ZigBee模塊為中心節(jié)點，與現(xiàn)場控制器PLC相連的為終端節(jié)點[2]。

三、制軟件的設計

3.1 PLC的自由口通信

S7-200PLC支持多種通信協(xié)議。由于本系統(tǒng)中的通信使用了ZigBee無線設備，所以選擇了通信方式更加靈活的自由口通信模式[3]。本設計中將Port0端口設置為自由口通信模式，其相關參數(shù)設置為波特9600bit/s，8數(shù)據(jù)位，無校驗，1停止位；將Prot1端口設置為PPI模式。只有當CPU處于RUN模式時，才能使用自由端口模式。CPU處于STOP模式時，自由端口模式被禁止，自動進入PPI模式，可以與編程設備通信。其工作流程如圖2所示。

3.2 VB與組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)交換

由于上位機使用的組態(tài)王軟件中沒有集成ZigBee設備相應的驅動程序，所以現(xiàn)場PLC傳遞來的數(shù)據(jù)是先通過Visual Basic軟件采集至上位機再通過DDE（動態(tài)數(shù)據(jù)交換）的方式與組態(tài)軟件連接，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的交換。具體實現(xiàn)步驟如下：

（1）在Visual Basic程序中創(chuàng)建與組態(tài)軟件的鏈接。

（2）設置窗體為DDE發(fā)布端。

在運行時，當現(xiàn)場PLC有數(shù)據(jù)傳遞至VB通信界面并顯示在對應的文本文件中時，文本文件中數(shù)據(jù)會進行更新，而組態(tài)王中與其相對應的數(shù)據(jù)變量的值也隨之更新，并保存到相關的數(shù)據(jù)庫中，實時的反應在監(jiān)控中心的人機界面上，從而達到遠程監(jiān)控的目的，程如圖3所示。

3.3 數(shù)據(jù)庫設計

根據(jù)系統(tǒng)架構需求，監(jiān)控中心對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的記錄必須要有SQLServer數(shù)據(jù)庫的支持，這里用到是SQL Server 2000。本系統(tǒng)中的監(jiān)控部分需要完成兩個主要功能，即數(shù)據(jù)采集存儲與執(zhí)行控制命令的存儲。這里用到是SQL Server 2000，根據(jù)需求建立兩張數(shù)據(jù)表：（1）采集表：采集表是用來記錄VB采集PLC控制的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為通信軟件提供數(shù)據(jù)源。（2）control表：control表是用來記錄控制中心發(fā)送的關于設備的相關控制命令。

3.4 上位機監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設計

上位機監(jiān)控采用組態(tài)王軟件，使用組態(tài)王研發(fā)工業(yè)監(jiān)控的項目，加強了用戶在生產中的控制效果，從而提升企業(yè)的生產效率，提升產品的質量，降低成本以及對原材料的消耗，利用組態(tài)王軟件完成上位機所需的現(xiàn)場設備監(jiān)控畫面，包括監(jiān)控中心主畫面、系統(tǒng)設備運行狀態(tài)圖、工藝參數(shù)報警、曝氣濾池罐監(jiān)控畫面、液位等模擬量趨勢、操作日志、報表輸出等?？芍庇^、動態(tài)地顯示出現(xiàn)場各部位重要參數(shù)的變化，實現(xiàn)人性化的信息交換[3]。

四、結語

本課題結合實際項目需求，對通信方案做出了設計，構建了基于ZigBee的污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)。綜合應用了BAF技術和無線ZigBee通信技術，解決了整個污水處理廠數(shù)據(jù)的采集和在線監(jiān)控問題，融合了較先進的現(xiàn)場總線技術、計算機技術、通信技術，實現(xiàn)測、控、管一體化的污水處理廠綜合自動化功能。

參 考 文 獻

[1] 鄧雪萍. 無線通信中ZigBee技術淺析. 消費導刊·科技論壇，2008，8：182

[2] 王翥，郝曉強，魏德寶. 基于WSN和GPRS網絡的遠程水質監(jiān)測系統(tǒng). 儀表技術與傳感器，2010（1）

[3] 李戰(zhàn)明，劉寶. ZigBee傳感器M絡在路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J]. 微計算機應用，2009，（02）