摘要：結(jié)合某污水處理廠的排放廢水中的如TOC,、COD,、氨氮含量、PH值等參數(shù)的測量系統(tǒng)的運(yùn)行系統(tǒng),，介紹嵌入式控制器與在線檢測以儀表在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用情況,，并分析總結(jié)了嵌入式控制器的簡單工作原理。
　　
　　自動化控制器是自控系統(tǒng)中關(guān)鍵的子系統(tǒng)之一,。一般的控制器主要由三大部分組成：①中央處理單元,，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和邏輯控制，并負(fù)責(zé)現(xiàn)場通訊和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。②輸入輸出端口,，?fù)責(zé)與現(xiàn)場儀表連線，采集數(shù)據(jù),。③人機(jī)交互界面,，負(fù)責(zé)現(xiàn)場畫面組態(tài)和數(shù)據(jù)顯示，并負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制的輸入,。由于近來上位機(jī)組態(tài)技術(shù)比較成熟,，現(xiàn)場人機(jī)交互有的地方不用。嵌入式控制器內(nèi)置實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real Time multi-tasking Operation System, RTOS),，是將嵌入式微處理器,、嵌入式微控制器的一種或幾種配以周邊元件集成于一體,，并在其上實(shí)現(xiàn)控制、通訊,、監(jiān)控,、交互等功能的對功能、可靠性,、成本,、體積、功耗嚴(yán)格要求的控制器,，且具有編程簡單的優(yōu)點(diǎn),，所以近來在自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,。
　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，自動化監(jiān)測技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，控制器在環(huán)境檢測方面也得到了廣泛的應(yīng)用,，使水監(jiān)測工作中節(jié)省了大量的人力和物力,，更重要的是可以及時(shí)反映很遠(yuǎn)的現(xiàn)場的工況。本文將以吉林省某污水處理廠的排放廢水的水質(zhì)監(jiān)測工程為例說明嵌入式控制器在水監(jiān)測項(xiàng)目中的應(yīng)用,。

1. 工程概述
　　吉林省某污水處理廠工程其設(shè)計(jì)一級污水處理能力20萬m3/d,，二級污水處理能力10萬m3/d。設(shè)計(jì)服務(wù)范圍30.5km2,，規(guī)劃服務(wù)人口35萬,。
　　經(jīng)過污水處理廠凈化后的清潔水，一部分直接排入小河,，一部分用于農(nóng)田灌溉,，改善周圍的水污染問題。

2. 處理工藝
　　污水處理廠全套引進(jìn)國外最先進(jìn)的水處理工藝設(shè)備,，采用二級生物處理工藝的傳統(tǒng)活性污泥法,，并針對地方污水水質(zhì)污染物濃度低的特點(diǎn)，在其核心部分－曝氣的工藝中采用OOC工藝,。該工藝具有能耗低,、運(yùn)行費(fèi)用少、出水水質(zhì)好,、管理簡便,、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
　　從廠外污水干管收集到的污水經(jīng)過粗格柵,、泵房,、細(xì)格柵、曝氣沉砂,、初沉池,、曝氣池等一系列的處理后,，匯入二沉池進(jìn)行泥水分離，上層澄清液作為凈化后的清潔排放水,。水監(jiān)測系統(tǒng)用抽水泵進(jìn)行水質(zhì)采樣,，流經(jīng)TOC、COD,、氨氮檢測儀等儀器后,，又返回水池中。檢測儀器經(jīng)過內(nèi)部的分析,，得到被測試水樣的各個(gè)指標(biāo),，然后經(jīng)過變送電路轉(zhuǎn)換成為4～20mA的電信號，以方便現(xiàn)場控制器的采集,。由控制器把采集到的各個(gè)電信號經(jīng)過內(nèi)部的轉(zhuǎn)換,，得到各個(gè)指標(biāo)的真實(shí)值，并通過各種通訊方式（例如GPRS,、寬帶,、PTSN等）送到監(jiān)控中心，環(huán)保部門可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測出城市水系中的水質(zhì)污染的變化,。
　　現(xiàn)場檢測系統(tǒng)除了信號采集外,，還通過控制器控制三個(gè)電磁閥門和水泵以及現(xiàn)場檢測儀器的開關(guān)實(shí)現(xiàn)內(nèi)洗、外洗,、檢測功能切換,。當(dāng)系統(tǒng)檢測時(shí)，控制器發(fā)信號讓泵啟動采集水樣,，同時(shí)啟動現(xiàn)場儀器分析水樣,。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)洗時(shí)，控制器關(guān)閉檢測閥門,，開動內(nèi)洗閥門,，讓軟化水進(jìn)入內(nèi)部管道，清洗儀器,。當(dāng)系統(tǒng)外洗時(shí),，控制器關(guān)閉內(nèi)洗閥門，讓軟化水進(jìn)入外部管道,，清洗水泵,。
　　此外，為了方便現(xiàn)場的操作,，在本地還設(shè)置了現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng),，通過HMI模塊或者觸摸屏與控制器的通訊口（RS485或者RJ45）連接，實(shí)現(xiàn)了本地控制,。
　　控制工藝圖如圖所示,。

　　

3. 主要設(shè)備介紹
3.1 現(xiàn)場檢測儀器
　　TOC監(jiān)測儀
　　COD監(jiān)測儀
　　氨氮監(jiān)測儀
　　ph值,、電導(dǎo)、溶解氧,、濁度,、水溫指標(biāo)監(jiān)測儀

3.2 現(xiàn)場控制器
　　控制器采用北京碩人時(shí)代科技有限公司的STEC系類嵌入式控制器，此控制器基于motorola32位高速CPU和嵌入式實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場采集,、控制、通訊,、現(xiàn)場監(jiān)控等功能,。嵌入式控制由主模塊、擴(kuò)展數(shù)字輸入輸出模塊,、擴(kuò)展模擬輸入輸出模塊構(gòu)成,，最多支持96點(diǎn)現(xiàn)場信號采集與控制。
　　主模塊內(nèi)嵌Linux實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),，并支持TCP/IP,、PPP,、TELNET等通訊協(xié)議,，支持Profibus、Modbus等現(xiàn)場總線,，并提供可視化的組態(tài)環(huán)境SRDev2.0,，編程方便。模擬輸入采用8路差分輸入,，可以采集現(xiàn)場4～20mA或者0～10V的電信號,，并能有效的抑制共模干擾。
　　嵌入式控制器還提供多種通訊方式,，由于我國各地實(shí)際情況不同,，特別對比較長的流域進(jìn)行水質(zhì)檢測時(shí)，用戶可根據(jù)各地不同的情況選用ADSL,、電話撥號,、GPRS等通訊方式將現(xiàn)場數(shù)據(jù)和現(xiàn)場異常報(bào)警信號傳送到監(jiān)控中心，并通過中央監(jiān)控集中對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析等,。
　　現(xiàn)場監(jiān)控軟件采用昆侖通態(tài)的MCGS或者組態(tài)王,，軟件組態(tài)簡單，控件全面,，方便現(xiàn)場的使用,。控制器通過RJ45口與工控機(jī)通訊,，可以快速的讀取控制器中對應(yīng)通道的數(shù)值,，并且可以根據(jù)需要保存歷史數(shù)據(jù),。
　　實(shí)例畫面如圖所示。
　　
　　污水經(jīng)過處理后,，各項(xiàng)指標(biāo)的獲得無需人為干擾,，實(shí)現(xiàn)了完全無人職守，節(jié)約了人力開銷,，降低了運(yùn)行成本,，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4. 運(yùn)行管理體會
　　在運(yùn)行過程中,，為了保證自動化檢測儀表正常運(yùn)行,，需要定期的維護(hù)。
　?。?） 保持檢測儀器的的清潔,，出了控制內(nèi)洗外洗的時(shí)間外，還要經(jīng)常更換標(biāo)準(zhǔn)樣液,，以保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,。
　　（2） 定期的校正各種儀器,。儀器在長期運(yùn)行過程中難免會產(chǎn)生測量誤差,，這就需要定期校正，以保證儀表測量的準(zhǔn)確性,，對分析儀器我們制訂了每月定期校合1次,。
　　（3） 保證現(xiàn)場儀器的工作環(huán)境穩(wěn)定?，F(xiàn)場一般都安裝空調(diào),，保證室溫幾乎恒定，測試結(jié)果才夠準(zhǔn)確,；瞬間的高電壓沖擊往往使儀器異常,，對現(xiàn)場進(jìn)行防雷處理和現(xiàn)場儀器等電位處理防止雷電或者高壓靜電造成設(shè)備損壞。
　　總體來講,，采用嵌入式控制器實(shí)現(xiàn)水處理站的無人職守,，大大促進(jìn)了環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。
　　
　　
　　附錄：嵌入式控制器性能一覽表
　　CPU：motorola 32位
　　主頻：66MHz
　　存儲：32M RAM 16M flash 32M disk on chip（電子硬盤）
　　操作系統(tǒng)：嵌入式LINUX
　　檢測電路：AI,，DI,，AO，DO
　　輸入信號：0～20mA 4～20mA
　　　　　　　0～5V 0～10V
　　　　　　　無源開關(guān)量輸入
　　　　　　　0~10KHz脈沖輸入
　　輸出信號：4～20mA 0～10V
　　　　　　　繼電器輸出
　　A/D D/A：16位
　　使用溫度：－20～70℃
　　儲存溫度：－40～80℃
　　通訊接口：以太網(wǎng),，RS485,，RS232，電話（內(nèi)置modem,，可選）
　　通訊方式：ADSL,，電話PSTN,，GPRS，無線電臺,，專用雙絞線
　　顯示方式：5寸LCD圖形彩色顯示器
　　操作方式：遠(yuǎn)程操作,，現(xiàn)場人機(jī)交互
　　供電電源：＋5V，＋12VDC,，±12V
　　編程組態(tài)軟件：
　　　　SRDEV組態(tài)軟件
　　　　SRDEV離線仿真環(huán)境
　　　　實(shí)時(shí)腳本編輯器
　　　　非實(shí)時(shí)腳本編輯器