基于KingView 和ZigBee 的污水曝氣無線監(jiān)控系統(tǒng)

陳龍燕

（泉州理工職業(yè)學(xué)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(shù)來治理污水，其非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是對污水池進(jìn)行曝氣，能否對曝氣系統(tǒng)有著良好控制，對整個污水處理過程至關(guān)重要[1]。本文提出一種基于kingview 和ZigBee 技術(shù)的污水曝氣無線監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的監(jiān)控溶解氧濃度及運(yùn)行工況，且具有良好的人機(jī)交互功能。開發(fā)了能滿足曝氣系統(tǒng)工藝要求的組態(tài)監(jiān)控圖形界面，具有歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)報表存儲和曲線顯示等功能。經(jīng)過綜合調(diào)試與運(yùn)行工況分析，結(jié)果表明：系統(tǒng)不僅有利于曝氣過程的高效進(jìn)行，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，還能降低處理能耗，最終實(shí)現(xiàn)高效低成本的污水處理。

1 污水處理工藝及總體架構(gòu)

本文研究的污水處理工藝為：CASS 活性污泥法工藝[2]。下位機(jī)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(xié)調(diào)器。污水池中利用溶氧儀檢測溶解氧的濃度，通過RS485轉(zhuǎn)USB 模塊電路把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑igBee 終端節(jié)點(diǎn)上，終端節(jié)點(diǎn)把測得的數(shù)據(jù)通過ZigBee 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器通過串行通信接口把數(shù)據(jù)傳至OPC 服務(wù)器，最后組態(tài)王通過讀取OPC 的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)Zigbee 模塊與組態(tài)王的通信。上位機(jī)Kingview 監(jiān)控界面接收Zigbee 模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的顯示和存儲，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過PLC 技術(shù)控制變頻器的輸出頻率，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使曝氣池中的溶解氧濃度保持在設(shè)置的數(shù)值，以實(shí)現(xiàn)對污水處理工藝曝氣過程的優(yōu)化控制。當(dāng)溶解氧未達(dá)要求或超標(biāo)時，及時提示工作人員進(jìn)行相應(yīng)控制措施。

2 基于ZigBee 技術(shù)的下位機(jī)監(jiān)測終端設(shè)計

根據(jù)城市污水自動化處理無線監(jiān)測系統(tǒng)的流程，系統(tǒng)需要對污水中的含氧量進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測，將處理后的溶解氧數(shù)據(jù)以無線通信的形式傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，以實(shí)時監(jiān)測污水池中的氧濃度，保障污水出水水質(zhì)。

設(shè)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(jié)點(diǎn)采集曝氣池中的溶解氧濃度，RS485轉(zhuǎn)USB 模塊電路將溶氧儀測得數(shù)據(jù)傳輸?shù)絑igBee 終端節(jié)點(diǎn)上。終端節(jié)點(diǎn)把溶解氧濃度信號通過Zigbee 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)電路。協(xié)調(diào)器電路接收數(shù)據(jù)，最后通過串口驅(qū)動，利用OPC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)下位機(jī)設(shè)備與上位機(jī)的數(shù)據(jù)通訊。

系統(tǒng)組網(wǎng)方式選擇星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，中心傳感器終端節(jié)點(diǎn)通過串行通信線路與上位機(jī)聯(lián)系。傳感器終端節(jié)點(diǎn)只有在等到下一次被喚醒的時候才再次進(jìn)入到工作模式采集溶解氧濃度信號并發(fā)送至中心節(jié)點(diǎn)，其余時間應(yīng)處在待機(jī)休眠狀態(tài)以節(jié)省終端節(jié)點(diǎn)電池能耗。中心節(jié)點(diǎn)應(yīng)時刻保持工作狀態(tài)，隨時等待接收終端節(jié)點(diǎn)電路發(fā)送來的信號。

3 基于PLC 的鼓風(fēng)曝氣控制系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)活性污泥法工藝要求，污水處理廠曝氣池內(nèi)的溶解氧濃度通常要保持在2.5mg/L 左右[3]。鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)采用PLC+變頻器形式來實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速控制。電機(jī)轉(zhuǎn)速由編碼器產(chǎn)生的脈沖反饋到西門子S7-200PLC 中，PLC 再把脈沖通過公式轉(zhuǎn)換成實(shí)際轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速設(shè)定值的大小為溶解氧含量在標(biāo)準(zhǔn)值下的對應(yīng)轉(zhuǎn)速，在組態(tài)王界面上輸入該轉(zhuǎn)速預(yù)定值，實(shí)際轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速設(shè)定值的偏差作為PID 控制器的輸入信號，經(jīng)過CPU 運(yùn)算，將得到0-10V 的電壓控制信號，變頻器將電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率，電機(jī)將以該頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對鼓風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速控制。此外，在KingView 組態(tài)王監(jiān)控界面上可進(jìn)行參數(shù)修改和監(jiān)視運(yùn)行工況正常與否。

4 結(jié)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(jiān)測與控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互功能，實(shí)現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)采集及運(yùn)行工況的自動監(jiān)測，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，能夠有效節(jié)省污水處理耗能，提高污水處理效益。