基于PLC控制和组态软件的水质监测系统的设计
樊 伟1, 李 光2, 王庆芬1
【摘 要】以组态软件为控制核心,以PLC、蠕动泵和MOXA多串口卡等为辅助部件,设计了水质自动监测系统.该系统具有等比例采样、污染物监测、超标留样、安全监控等功能,以及高集成性、高可靠性、高兼容性和高扩展性等特点,达到了水质自动监测系统的控制要求.
【期刊名称】内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版） 【年(卷),期】2015(000)005 【总页数】4
【关键词】水质监测; 系统结构; 智能诊断; 组态软件
随着工业经济的高速发展,水、气污染源的排放不能得到完全、有效的控制,环境污染日益加剧,已经直接影响到人们的日常生活.在《节能减排“十二五”规划》(国发〔2012〕40号)的总体目标中,对化学需氧量(COD)、氨氮等水质排放污染物均提出了明确的减排指标,但我国在水污染源在线监测中,仍存在偷排、偷放,以及超标数据时效性的争议等问题,严重制约了节能减排及有效控制水污染源排放工作的顺利开展.为了探索有效解决上述问题的方法,本文提出一种基于PLC控制和组态软件的水质监测系统,希望能为解决节能减排及有效控制水污染源排放等问题提供参考.
1 水质自动监测系统的组成及功能
1.1 系统整体结构
水质自动监测系统是以电气自动化控制技术为支撑的复杂系统,该系统的构建是基于系统控制技术.系统控制技术的应用体现在水质自动监测系统的设计和集成
中,不仅包括系统控制单元整体结构的设计,而且包括软硬件部分的设计[1],如图1所示.
1.2 系统硬件设计
1.2.1 控制单元的硬件设计 系统控制单元的硬件主要包括工业控制计算机、PLC(可编程控制器)、继电器、多串口卡等.
选用台湾研华科技的工业控制计算机作为基础硬件,通过PCI接口的MOXA多串口卡将工控机的串行接口扩展为10个,以RS232接口的方式与PLC、各个水质在线自动监测仪、水质自动采样单元、UPS不间断电源等部件进行交互式通讯.同时,使用ISA接口的视频采集卡对室内的视频摄像头数据进行采集.
选用三菱(MITSUBISH)公司的FX2N系列PLC作为主要控制部件,接收、执行上位机组态软件的控制指令,结合外围的继电器、交流接触器、开关电源、采样泵等部件,实现对系统的管路清洗、采水、预处理、测量等自动控制操作. 1.2.2 水质污染参数在线自动监测仪 主要由COD在线自动监测仪、氨氮在线自动监测仪、超声波明渠流量计等组成,对水体中的COD、氨氮的排放浓度、排放总量进行实时、在线监测.
COD和氨氮在线监测仪分别选用美国HACH公司的CODmax Ⅱ型COD在线监测仪和Amtax Compact Ⅱ型氨氮在线监测仪.两种仪器均采用符合国标方法的监测原理,数据可靠、性能稳定、维护量小,能满足含有复杂成分水体的在线监测[2].流量计选用北京九波声迪公司的WL-1A1型超声波明渠流量计,对排水口的流量进行实时监测,并通过RS232接口将数据实时上传给PLC进行处理和存储.其他监测参数,如总磷、总氮、重金属、pH、溶解氧等,可根据实际需求进行选型、扩展.
1.2.3 水质自动采样单元的硬件设计 为了减小核算污染物排放总量的误差,在废水连续不稳定的排放状态下,选用等比例采样法作为有效的采样方法[3].
同步留样系统可以对超标废水进行自动留样,能够满足留样废水与超标废水的同时性和一致性,并可根据需要扩展至双路或多路留样系统[4].
选用石家庄德润环保科技的DR-803A型水质自动采样器,实现同步采样、等比例采样、超标留样等功能,并通过GPRS远程进行采样、查询等操作,实现对污染参数超标水样的同步留样、低温保存,防止水污染源的偷排、偷放.
1.2.4 安保监控单元的硬件设计 室内安全部分由视频采集卡、视频监控摄像头和门禁系统等组成,对室内的视频数据进行触发式采集,主要安装在监控采样口、监测站房外围、站房内部.门禁系统对监测站房门的开、关情况进行监控,实时地将开、关门时间传输给控制单元,并记录.
1.2.5 辅助单元的硬件设计 主要包括稳压电源、UPS不间断电源、避雷系统、供水单元等部件. 1.3 系统软件设计
1.3.1 人机界面的软件设计 组态软件,又称组态监控系统软件.组态是为了使工业控制系统现场工作站按照预定设置自动执行相应的任务,并对工作站的各种资源进行配置.组态软件是面向工业自动化领域监控与数据采集系统的软件平台工具,工程师可以根据不同的工控项目预置组态工程以便操作员灵活使用[5].系统采用北京亚控公司的组态王软件进行系统平台的二次开发,运行于工业控制计算机平台上,与SQL Server 数据库软件进行实时的数据交互[6].
通过组态软件,用户可以直观地观测整个系统的运行状态、工作流程、报警状态等,查询历史数据、报警记录、操作日志等,进行所需的参数设置、参数锁定等.
基于PLC控制和组态软件的水质监测系统的设计
