摘 要：系統(tǒng)基于嵌入式組態(tài)軟件開發(fā)設計，實現(xiàn)了二次纖維污水處理信號的采集、處理和實時監(jiān)控，并可完成報表生成及打印等功能。系統(tǒng)集控制技術、數(shù)據(jù)庫技術、計算機圖形接口技術于一體，實現(xiàn)了系統(tǒng)的動態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)記錄，并提供友好的人機界面、可靠性高、可維護性強。 關鍵詞：嵌入式;Win CE;實時監(jiān)控;人機界面;數(shù)據(jù)采集 　　WinCE.net為快速建立下一代智能嵌入式設備提供了一個健壯的實時操作系統(tǒng)，它的實時響應能力、良好的通信能力、出色的圖形用戶界面及提供的豐富的應用程序接口使得它在工業(yè)控制領域得到了越來越多的應用[1][2]。雖然當前嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展如火如荼，但是在污水處理領域，嵌入式系統(tǒng)尤其是嵌入式實時操作系統(tǒng)的應用卻并不多見，現(xiàn)有資料中也很難找到相關報道。我國目前已加大力度實現(xiàn)對造紙廢水的達標排放,并已初見成效。但是仍然需要實現(xiàn)對廢水排放及處理過程的在線監(jiān)控,一方面保證環(huán)保部門對生產(chǎn)廠家的監(jiān)管,另一方面可為廢水處理過程的自動控制提供條件,從而實現(xiàn)對排放的一致達標,進一步降低運行成本[3][4]。在工控領域，嵌入式系統(tǒng)以其可靠性高，體積小和成本低而成為極具潛力的發(fā)展方向，但是針對嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件的發(fā)展則相對滯后[5][6]。 　　由于污水處理的特殊性，對計算機也有特殊要求：①對軟硬件的設計要量體裁衣，既要充分滿足污水處理各環(huán)節(jié)控制過程的需要，又要減少不必要的配置，以降低功耗、減小軟硬件開銷;②由于污水的水質(zhì)時刻在發(fā)生變化，故要求計算機控制系統(tǒng)具有較好的實時性，能使污水處理的響應時間盡量短，與水質(zhì)的變化相適應;③污水處理過程中同時要處理的功能（或任務）較多，因此要求計算機控制系統(tǒng)采用一種多任務的處理機制，能在保證系統(tǒng)實時性的前提下，使各任務按照各自的輕重緩急協(xié)調(diào)運行。各任務既要保持一定的獨立性，不受其它任務所影響，又要能實現(xiàn)任務間的通信，以實現(xiàn)信息的共享和交互;④要求計算機具有較好的可靠性，能經(jīng)受工業(yè)現(xiàn)場的強干擾和強噪聲[7]。 　　基于以上要求，系統(tǒng)需要的計算機系統(tǒng)應該是一臺專用于污水處理的計算機系統(tǒng)，它具有嵌入式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其軟硬件應根據(jù)污水處理的具體要求而配置和裁剪，其軟硬件功能也應針對污水處理的特殊要求而設置，正是由于該系統(tǒng)具有較強的針對性和專用性，鑒于此現(xiàn)狀，本文對基于Windows CE.NET操作系統(tǒng)的嵌入式組態(tài)軟件的開發(fā)進行了進一步探討，并將該軟件應用于廢紙造紙廢水處理控制系統(tǒng)中。 1 系統(tǒng)設計 　　1.1系統(tǒng)主要硬件 　　1.1.1上位機 　　上位機是系統(tǒng)的核心部分。它具有對下位機的監(jiān)管、數(shù)據(jù)采集處理、發(fā)布啟動關機命令、修改控制參數(shù)、記錄、顯示設備運行狀態(tài)、故障報警、冗余及通訊等功能。其數(shù)據(jù)可存入硬盤,設計保存期,以供隨時調(diào)用[8]。 　　傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件平臺由工控PC機、PLC及相關的傳感設備組成，其缺點是：系統(tǒng)龐大連接復雜，抗干擾能力較差，不適合在惡劣的環(huán)境下使用，并且由于工控PC機采用了普通的操作系統(tǒng)，實時響應較差，控制滯后嚴重，甚至由于操作系統(tǒng)的不穩(wěn)定而使得整個控制系統(tǒng)完全崩潰[9];而采用嵌入式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可較為快捷地開發(fā)出專用于污水處理的計算機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以高度集成各種功能于一身，只需連接較少的外部傳感設備就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的在線檢測及控制。 　　1.1.2下位機 　　下位機是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關鍵,其主要的功能是接受上位機設置的參數(shù)或命令,實現(xiàn)對本現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)采集、實時判斷決策及實時控制,并將現(xiàn)場狀態(tài)傳送給上位機。本設計采用S7-200, 它在直接實現(xiàn)開關量控制的同時,還可通過A/D轉(zhuǎn)換器采集現(xiàn)場測定儀表（由傳感器和變送器共同組成）輸入的 4——-20mA 標準信號,經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后,然后輸出信號,以控制各相應的執(zhí)行設備（如變頻器+電機、調(diào)節(jié)閥等）[10][11]。通過STEP7，用戶可以進行系統(tǒng)配置和程序的編寫、調(diào)試、完成PLC硬件組態(tài)、控制PLC的運行狀態(tài)和I/O通道的狀態(tài)等。通常用戶程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）和數(shù)據(jù)塊（DB）構(gòu)成。其中OB用于控制程序的運行，是下位機軟件系統(tǒng)的總控模塊，F(xiàn)B、FC是用戶子程序，DB是用于存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)[12]。 　　當程序啟動的時候，嵌入式設備的LCD顯示器上出現(xiàn)圖1所示的啟動界面。該界面包括5個子界面，它們分別是：廢水處理示意圖、數(shù)據(jù)列表、采集量定義、歷史數(shù)據(jù)查詢、實時趨勢圖。 　　1.2系統(tǒng)軟件 　　組態(tài)軟件包括必要的初始化采集程序,用于工程師站的組態(tài)程序以及操作員站的運行程序,它們都是獨立的可執(zhí)行文件,相互間通過實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)交互通信。初始化過程要設置、采用PC機的相關設備,初始化完成后就能定時接收現(xiàn)場控制站采集的數(shù)據(jù),系統(tǒng)組態(tài)需要針對不同的應用領域先離線進行,投入運行后也能根據(jù)現(xiàn)場控制站情況在線組態(tài)。 　　與通用組態(tài)軟件一樣，用戶在嵌入式組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境下組成一個應用系統(tǒng)。需要完成的工作包括生成監(jiān)控畫面、定義各個需要監(jiān)控的變量屬性、設置軟硬件通訊的參數(shù)等，并據(jù)此自動生成一些數(shù)據(jù)文件。之后進入調(diào)試階段，通過串口或者是TCP/IP協(xié)議將應用系統(tǒng)程序從開發(fā)機下載到目標機上運行。生成和調(diào)試過程可以反復進行直至應用系統(tǒng)程序滿足用戶需求。最后，把系統(tǒng)運行程序和應用系統(tǒng)程序存儲到目標機的電子硬盤（或Compact Flash卡）中投入實時運行[14]。該組態(tài)軟件具有如下功能如圖3： 2 軟件運行畫面分析 　　本文搭建了一個造紙廢水自動處理系統(tǒng),嵌入式設備加上通過對系統(tǒng)出口水質(zhì)的在線監(jiān)測,實時調(diào)整加藥量。在實驗室條件下對造紙廢水進行了軟件試驗。實驗使用的廢水取自廣東某造紙廠，廢水（原水）COD值為500～1500 mg/l，實驗所使用的絮凝劑濃度為5‰，助凝劑濃度為1‰。將組態(tài)好的工程下載到監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式設備上運行，所取得的實驗數(shù)據(jù)全部保存在數(shù)據(jù)庫中。實驗中有4個主要的變量，它們分別是：原水COD值、進水流量、加藥流量（包括絮凝劑流量和助凝劑流量）和出水COD值,如表1中，同時數(shù)據(jù)顯示在嵌入式組態(tài)軟件的界面實時趨勢圖3中： 　　表1 2006年9月運行情況 　 　　用戶有時候并不想查看所有的歷史數(shù)據(jù)，如果用戶只關心最近幾天或者一個周的生產(chǎn)情況時就要借助于“歷史數(shù)據(jù)查詢”功能。如圖5界面所示。 　　在圖5的界面中有一個數(shù)據(jù)表顯示控件和“查詢定義”和 “開始查詢”兩個按鈕。點擊“查詢定義”這個按鈕，就會彈出一個對話框，在其中定義需要查詢的時間間隔，程序就自動生成一條查詢SQL語句，然后點擊圖5里的“開始查詢“按鈕，執(zhí)行這條SQL語句從數(shù)據(jù)庫中得到所需的結(jié)果，并且把結(jié)果顯示在圖6所示界面的數(shù)據(jù)表顯示控件中。 [align=center] 圖5 歷史數(shù)據(jù)查詢畫面 圖6 數(shù)據(jù)列表界面[/align] 3 結(jié)語 　　經(jīng)實際運行，所開發(fā)的監(jiān)控軟件平臺運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，使用情況良好，得到了用戶的肯定。開發(fā)的基于.net 的廢水處理嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)軟件，該開發(fā)軟件完成了人機畫面、嵌入式數(shù)據(jù)庫模塊，可與用戶信息交互，完成實驗數(shù)據(jù)存儲顯示。WinCE.net的實時響應能力、良好的通信能力、出色的圖形用戶界面及提供的豐富的應用程序接口使得該監(jiān)控軟件運行出色。自動化控制在污水處理中的應用可以安全可靠地實現(xiàn)各種復雜的工藝流程,減少人為因素帶來的可能事故和隱患及誤差等,保證污水處理效果;同時可減輕勞動強度,提高勞動效率和效益;使污水廠的資源最優(yōu)組合,有效節(jié)約能源;使污水廠生產(chǎn)運行及管理發(fā)生質(zhì)的變化,部門職能發(fā)生轉(zhuǎn)變,削減冗余部門及人員,部門優(yōu)化重組,實現(xiàn)減員增效。 參考文獻 　　[1]吳松華,吳國偉基于WinCE.net的嵌入式監(jiān)控軟件設計與實現(xiàn)[J] 計算機與信息技術 44-45 　　[2]祖志華,黃映霞嵌入式系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)控中的應用[J] 專題技術與工程應用 2006.36（7）:56-58 　　[3] 宋英豪,崔志峰,謝恩亮 污水處理廠自控系統(tǒng)的設計[J] 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