基于ZigBee的污水處理監控系統設計與實現

李明河等

【摘要】 針對現有有線污水處理監控系統布線困難、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和工控組態軟件組成的無線監控系統在污水處理廠中的應用。本文分別對通信組網方法、現場控制端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：系統構建簡單，工作穩定可靠，在監控中心通信與控制軟件端可以很好地模擬出現場端的實時運行狀況。

【關鍵詞】 ZigBee 曝氣生物濾池 監控系統 污水處理

一、引言

近年來隨著我國經濟持續快速發展，生活污水的排放量與日俱增，污水處理行業越來越受到政府的重視。但目前國內的生活污水處理監控系統，大多數只是局限于單點監控或者是局域網內的監控，當控制系統需要擴展時，往往就會造成數據不能共享，硬件投資成本較高等問題[1]。在我國污水處理領域，還存在著規模小、操作復雜、大量數據冗余等不足。但是在國外，網絡化的監控和管理系統已經相當成熟了，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控技術必將在未來幾年中得到普及和推廣，并將會成為現代自動化技術應用的主流[1]。

二、監控系統的結構

根據現場設備分布情況和控制要求，采用西門子PLC200作為數據采集器件，結合其PROFIBUS-DP總線、工業以太網和ZigBee無線技術，組成開放的分布式計算機監控系統。綜合采用數據自動采集、遠程監控、網絡通信、數據存儲與處理等技術，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網絡結構如圖1所示，與監控中心相連的ZigBee模塊為中心節點，與現場控制器PLC相連的為終端節點[2]。

三、制軟件的設計

3.1 PLC的自由口通信

S7-200PLC支持多種通信協議。由于本系統中的通信使用了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，其相關參數設置為波特9600bit/s，8數據位，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與組態軟件的數據交換

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

（1）在Visual Basic程序中創建與組態軟件的鏈接。

（2）設置窗體為DDE發布端。

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

3.3 數據庫設計

根據系統架構需求，監控中心對現場數據的記錄必須要有SQLServer數據庫的支持，這里用到是SQL Server 2000。本系統中的監控部分需要完成兩個主要功能，即數據采集存儲與執行控制命令的存儲。這里用到是SQL Server 2000，根據需求建立兩張數據表：（1）采集表：采集表是用來記錄VB采集PLC控制的現場數據，為通信軟件提供數據源。（2）control表：control表是用來記錄控制中心發送的關于設備的相關控制命令。

3.4 上位機監控系統軟件的設計

上位機監控采用組態王軟件，使用組態王研發工業監控的項目，加強了用戶在生產中的控制效果，從而提升企業的生產效率，提升產品的質量，降低成本以及對原材料的消耗，利用組態王軟件完成上位機所需的現場設備監控畫面，包括監控中心主畫面、系統設備運行狀態圖、工藝參數報警、曝氣濾池罐監控畫面、液位等模擬量趨勢、操作日志、報表輸出等?？芍庇^、動態地顯示出現場各部位重要參數的變化，實現人性化的信息交換[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的污水處理廠監控系統。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據的采集和在線監控問題，融合了較先進的現場總線技術、計算機技術、通信技術，實現測、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網絡的遠程水質監測系統. 儀表技術與傳感器，2010（1）

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