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)準確的監(jiān)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(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行，保證出水水質(zhì)達標，還能降低處理能耗，最終實現(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)點上，終端節(jié)點把測得的數(shù)據(jù)通過ZigBee 網(wǎng)絡發(fā)送至協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器通過串行通信接口把數(shù)據(jù)傳至OPC 服務器，最后組態(tài)王通過讀取OPC 的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)Zigbee 模塊與組態(tài)王的通信。上位機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)進行實時的顯示和存儲，再對數(shù)據(jù)進行分析處理，通過PLC 技術(shù)控制變頻器的輸出頻率，從而改變電機的轉(zhuǎn)速，使曝氣池中的溶解氧濃度保持在設置的數(shù)值，以實現(xiàn)對污水處理工藝曝氣過程的優(yōu)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(shù)的下位機監(jiān)測終端設計

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行實時的監(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，以實時監(jiān)測污水池中的氧濃度，保障污水出水水質(zhì)。

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(jié)點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)點上。終端節(jié)點把溶解氧濃度信號通過Zigbee 網(wǎng)絡發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點電路。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)實現(xiàn)下位機設備與上位機的數(shù)據(jù)通訊。

系統(tǒng)組網(wǎng)方式選擇星型拓撲結(jié)構(gòu)，中心傳感器終端節(jié)點通過串行通信線路與上位機聯(lián)系。傳感器終端節(jié)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(fā)送至中心節(jié)點，其余時間應處在待機休眠狀態(tài)以節(jié)省終端節(jié)點電池能耗。中心節(jié)點應時刻保持工作狀態(tài)，隨時等待接收終端節(jié)點電路發(fā)送來的信號。

3 基于PLC 的鼓風曝氣控制系統(tǒng)設計

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]。鼓風曝氣系統(tǒng)采用PLC+變頻器形式來實現(xiàn)變頻調(diào)速控制。電機轉(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)換成實際轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速設定值的大小為溶解氧含量在標準值下的對應轉(zhuǎn)速，在組態(tài)王界面上輸入該轉(zhuǎn)速預定值，實際轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速設定值的偏差作為PID 控制器的輸入信號，經(jīng)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(zhuǎn)換成相應的頻率，電機將以該頻率對應的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)對鼓風機的變頻調(diào)速控制。此外，在KingView 組態(tài)王監(jiān)控界面上可進行參數(shù)修改和監(jiān)視運行工況正常與否。

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)的設計方案。系統(tǒng)具有良好的人機交互功能，實現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)采集及運行工況的自動監(jiān)測，保證出水水質(zhì)達標，能夠有效節(jié)省污水處理耗能，提高污水處理效益。