基于ZigBee的污水处理监控系统设计与实现

【摘要】 针对现有有线污水处理监控系统布线困难、成本高等问题，提出了引入ZigBee技术的应用方案。文章介绍了由西门子S7-200PLC、ZigBee和工控组态软件组成的无线监控系统在污水处理厂中的应用。本文分别对通信组网方法、现场控制端PLC通信程序设计和上位机通信软件设计做出了详细说明。实验表明：系统构建简单，工作稳定可靠，在监控中心通信与控制软件端可以很好地模拟出现场端的实时运行状况。

【关键词】 ZigBee 曝气生物滤池 监控系统 污水处理

一、引言

近年来随着我国经济持续快速发展，生活污水的排放量与日俱增，污水处理行业越来越受到政府的重视。但目前国内的生活污水处理监控系统，大多数只是局限于单点监控或者是局域网内的监控，当控制系统需要扩展时，往往就会造成数据不能共享，硬件投资成本较高等问题[1]。在我国污水处理领域，还存在着规模小、操作复杂、大量数据冗余等不足。但是在国外，网络化的监控和管理系统已经相当成熟了，已经应用到自动化所涉及到的很多领域，如电力、冶金、化工、制药等等。因此为了进一步与国际技术接轨，基于计算机网络的自动监控技术必将在未来几年中得到普及和推广，并将会成为现代自动化技术应用的主流[1]。

二、监控系统的结构

根据现场设备分布情况和控制要求，采用西门子PLC200作为数据采集器件，结合其PROFIBUS-DP总线、工业以太网和ZigBee无线技术，组成开放的分布式计算机监控系统。综合采用数据自动采集、远程监控、网络通信、数据存储与处理等技术，为污水处理提供一个可视化、智能化的技术支持平台。控制系统网络结构如图1所示，与监控中心相连的ZigBee模块为中心节点，与现场控制器PLC相连的为终端节点[2]。

三、制软件的设计

3.1 PLC的自由口通信

S7-200PLC支持多种通信协议。由于本系统中的通信使用了ZigBee无线设备，所以选择了通信方式更加灵活的自由口通信模式[3]。本设计中将Port0端口设置为自由口通信模式，其相关参数设置为波特9600bit/s，8数据位，无校验，1停止位；将Prot1端口设置为PPI模式。只有当CPU处于RUN模式时，才能使用自由端口模式。CPU处于STOP模式时，自由端口模式被禁止，自动进入PPI模式，可以与编程设备通信。其工作流程如图2所示。

3.2 VB与组态软件的数据交换

由于上位机使用的组态王软件中没有集成ZigBee设备相应的驱动程序，所以现场PLC传递来的数据是先通过Visual Basic软件采集至上位机再通过DDE（动态数据交换）的方式与组态软件连接，最终实现数据和指令的交换。具体实现步骤如下：

（1）在Visual Basic程序中创建与组态软件的链接。

（2）设置窗体为DDE端。

在运行时，当现场PLC有数据传递至VB通信界面并显示在对应的文本文件中时，文本文件中数据会进行更新，而组态王中与其相对应的数据变量的值也随之更新，并保存到相关的数据库中，实时的反应在监控中心的人机界面上，从而达到远程监控的目的，程如图3所示。

3.3 数据库设计

根据系统架构需求，监控中心对现场数据的记录必须要有SQLServer数据库的支持，这里用到是SQL Server 2000。本系统中的监控部分需要完成两个主要功能，即数据采集存储与执行控制命令的存储。这里用到是SQL Server 2000，根据需求建立两张数据表：（1）采集表：采集表是用来记录VB采集PLC控制的现场数据，为通信软件提供数据源。（2）control表：control表是用来记录控制中心发送的关于设备的相关控制命令。

3.4 上位机监控系统软件的设计

上位机监控采用组态王软件，使用组态王研发工业监控的项目，加强了用户在生产中的控制效果，从而提升企业的生产效率，提升产品的质量，降低成本以及对原材料的消耗，利用组态王软件完成上位机所需的现场设备监控画面，包括监控中心主画面、系统设备运行状态图、工艺参数报警、曝气滤池罐监控画面、液位等模拟量趋势、操作日志、报表输出等。可直观、动态地显示出现场各部位重要参数的变化，实现人性化的信息交换[3]。

四、结语

本课题结合实际项目需求，对通信方案做出了设计，构建了基于ZigBee的污水处理厂监控系统。综合应用了BAF技术和无线ZigBee通信技术，解决了整个污水处理厂数据的采集和在线监控问题，融合了较先进的现场总线技术、计算机技术、通信技术，实现测、控、管一体化的污水处理厂综合自动化功能。

参 考 文 献

[1] 邓雪萍. 无线通信中ZigBee技术浅析. 消费导刊・科技论坛，2008，8：182

[2] 王翥，郝晓强，魏德宝. 基于WSN和GPRS网络的远程水质监测系统. 仪表技术与传感器，2010（1）

[3] 李战明，刘宝. ZigBee传感器M络在路灯远程监控系统中的应用[J]. 微计算机应用，2009，（02）