基于KingView 和ZigBee 的污水曝氣無線監控系統

陳龍燕

（泉州理工職業學院，泉州 362000）

目前我國城市污水處理廠大多采用生物處理技術來治理污水，其非常關鍵的環節是對污水池進行曝氣，能否對曝氣系統有著良好控制，對整個污水處理過程至關重要[1]。本文提出一種基于kingview 和ZigBee 技術的污水曝氣無線監控系統，不僅能夠實現準確的監控溶解氧濃度及運行工況，且具有良好的人機交互功能。開發了能滿足曝氣系統工藝要求的組態監控圖形界面，具有歷史監測數據報表存儲和曲線顯示等功能。經過綜合調試與運行工況分析，結果表明：系統不僅有利于曝氣過程的高效進行，保證出水水質達標，還能降低處理能耗，最終實現高效低成本的污水處理。

1 污水處理工藝及總體架構

本文研究的污水處理工藝為：CASS 活性污泥法工藝[2]。下位機無線通信模塊采用嵌有CC2530芯片的電路板，一個作為采集終端，一個作為協調器。污水池中利用溶氧儀檢測溶解氧的濃度，通過RS485轉USB 模塊電路把數據傳輸到ZigBee 終端節點上，終端節點把測得的數據通過ZigBee 網絡發送至協調器節點，協調器通過串行通信接口把數據傳至OPC 服務器，最后組態王通過讀取OPC 的數據，從而實現Zigbee 模塊與組態王的通信。上位機Kingview 監控界面接收Zigbee 模塊發送來的數據，對所得數據進行實時的顯示和存儲，再對數據進行分析處理，通過PLC 技術控制變頻器的輸出頻率，從而改變電機的轉速，使曝氣池中的溶解氧濃度保持在設置的數值，以實現對污水處理工藝曝氣過程的優化控制。當溶解氧未達要求或超標時，及時提示工作人員進行相應控制措施。

2 基于ZigBee 技術的下位機監測終端設計

根據城市污水自動化處理無線監測系統的流程，系統需要對污水中的含氧量進行實時的監測，將處理后的溶解氧數據以無線通信的形式傳輸到上位機，以實時監測污水池中的氧濃度，保障污水出水水質。

設計原理：在污水處理曝氣池中安裝若干個溶氧儀傳感器終端節點采集曝氣池中的溶解氧濃度，RS485轉USB 模塊電路將溶氧儀測得數據傳輸到ZigBee 終端節點上。終端節點把溶解氧濃度信號通過Zigbee 網絡發送到協調器節點電路。協調器電路接收數據，最后通過串口驅動，利用OPC 技術實現下位機設備與上位機的數據通訊。

系統組網方式選擇星型拓撲結構，中心傳感器終端節點通過串行通信線路與上位機聯系。傳感器終端節點只有在等到下一次被喚醒的時候才再次進入到工作模式采集溶解氧濃度信號并發送至中心節點，其余時間應處在待機休眠狀態以節省終端節點電池能耗。中心節點應時刻保持工作狀態，隨時等待接收終端節點電路發送來的信號。

3 基于PLC 的鼓風曝氣控制系統設計

根據活性污泥法工藝要求，污水處理廠曝氣池內的溶解氧濃度通常要保持在2.5mg/L 左右[3]。鼓風曝氣系統采用PLC+變頻器形式來實現變頻調速控制。電機轉速由編碼器產生的脈沖反饋到西門子S7-200PLC 中，PLC 再把脈沖通過公式轉換成實際轉速。轉速設定值的大小為溶解氧含量在標準值下的對應轉速，在組態王界面上輸入該轉速預定值，實際轉速與轉速設定值的偏差作為PID 控制器的輸入信號，經過CPU 運算，將得到0-10V 的電壓控制信號，變頻器將電壓信號轉換成相應的頻率，電機將以該頻率對應的轉速進行旋轉，從而實現對鼓風機的變頻調速控制。此外，在KingView 組態王監控界面上可進行參數修改和監視運行工況正常與否。

4 結束語

本文以污水處理曝氣過程溶解氧濃度為研究對象，給出了一套污水處理曝氣過程無線監測與控制系統的設計方案。系統具有良好的人機交互功能，實現了無線數據采集及運行工況的自動監測，保證出水水質達標，能夠有效節省污水處理耗能，提高污水處理效益。