摘要： 結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)的運行系統(tǒng)，介紹嵌入式控制器與在線檢測以儀表在水質監(jiān)測中的應用情況，并分析總結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，負責數(shù)據(jù)的處理和邏輯控制，并負責現(xiàn)場通訊和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。②輸入輸出端口，負責與現(xiàn)場儀表連線，采集數(shù)據(jù)。③人機交互界面，負責現(xiàn)場畫面組態(tài)和數(shù)據(jù)顯示，并負責現(xiàn)場控制的輸入。由于近來上位機組態(tài)技術比較成熟，現(xiàn)場人機交互有的地方不用。嵌入式控制器內置實時多任務操作系統(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、功耗嚴格要求的控制器，且具有編程簡單的優(yōu)點，所以近來在自動化控制領域應用廣泛。 　　隨著科學技術的發(fā)展，自動化監(jiān)測技術也得到了很大的發(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反映很遠的現(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監(jiān)測工程為例說明嵌入式控制器在水監(jiān)測項目中的應用。 　　1. 工程概述 　　 吉林省某污水處理廠工程其設計一級污水處理能力20萬m3/d，二級污水處理能力10萬m3/d。設計服務范圍30.5km2，規(guī)劃服務人口35萬。 　　經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國外最先進的水處理工藝設備，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污染物濃度低的特點，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、運行費用少、出水水質好、管理簡便、運行穩(wěn)定等優(yōu)點。 　　從廠外污水干管收集到的污水經過粗格柵、泵房、細格柵、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)用抽水泵進行水質采樣，流經TOC、COD、氨氮檢測儀等儀器后，又返回水池中。檢測儀器經過內部的分析，得到被測試水樣的各個指標，然后經過變送電路轉換成為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電信號經過內部的轉換，得到各個指標的真實值，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)保部門可以實時的監(jiān)測出城市水系中的水質污染的變化。 　　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電磁閥門和水泵以及現(xiàn)場檢測儀器的開關實現(xiàn)內洗、外洗、檢測功能切換。當系統(tǒng)檢測時，控制器發(fā)信號讓泵啟動采集水樣，同時啟動現(xiàn)場儀器分析水樣。當系統(tǒng)內洗時，控制器關閉檢測閥門，開動內洗閥門，讓軟化水進入內部管道，清洗儀器。當系統(tǒng)外洗時，控制器關閉內洗閥門，讓軟化水進入外部管道，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，實現(xiàn)了本地控制。 　　控制工藝圖如圖所示。 　　 　　3. 主要設備介紹 　　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、溶解氧、濁度、水溫指標監(jiān)測儀 　　3.2 現(xiàn)場控制器 　　控制器采用北京碩人時代科技有限公司的STEC系類嵌入式控制器，此控制器基于motorola32位高速CPU和嵌入式實時Linux操作系統(tǒng)，實現(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、擴展數(shù)字輸入輸出模塊、擴展模擬輸入輸出模塊構成，最多支持96點現(xiàn)場信號采集與控制。 　　主模塊內嵌Linux實時操作系統(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，由于我國各地實際情況不同，特別對比較長的流域進行水質檢測時，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?？刂破魍ㄟ^RJ45口與工控機通訊，可以快速的讀取控制器中對應通道的數(shù)值，并且可以根據(jù)需要保存歷史數(shù)據(jù)。 　　實例畫面如圖所示。 　　污水經過處理后，各項指標的獲得無需人為干擾，實現(xiàn)了完全無人職守，節(jié)約了人力開銷，降低了運行成本，提高了經濟效益。 　　4. 運行管理體會 　　在運行過程中，為了保證自動化檢測儀表正常運行，需要定期的維護。 　?。?） 保持檢測儀器的的清潔，出了控制內洗外洗的時間外，還要經常更換標準樣液，以保證采集數(shù)據(jù)的準確性。 　?。?） 定期的校正各種儀器。儀器在長期運行過程中難免會產生測量誤差，這就需要定期校正，以保證儀表測量的準確性，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，保證室溫幾乎恒定，測試結果才夠準確；瞬間的高電壓沖擊往往使儀器異常，對現(xiàn)場進行防雷處理和現(xiàn)場儀器等電位處理防止雷電或者高壓靜電造成設備損壞。 　　總體來講，采用嵌入式控制器實現(xiàn)水處理站的無人職守，大大促進了環(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：遠程操作，現(xiàn)場人機交互 　　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 　　 實時腳本編輯器 　　 非實時腳本編輯器