摘要：以贵州某污水处理厂数据采集系统为例，介绍以PLC和C#为核心的数据采集系统的构成，通信网络的选型和总体设计思路，以及PLC和C#在该污水处理厂中的成功应用。

关键字：PLC、C#、数据采集、污水处理厂

中图分类号：X703.1

Application and Design of Data Acquisition System for Sewage Treatment Plant

Chen yunxiang, Xu pengfei, Dai qingwu, Ma sanjian

（Institute of Environmental Protection Application Technology,  USTS，Suzhou 215011）

Abstract: With data acquisition system of a sewage treatment plant in Guizhou  as an example, introduce the PLC and C# as the core of the composition , Selection of communications networks and overall design ideas, Successful application of PLC and C# in sewage treatment plant.

Keywords: PLC; C#; data acquisition; sewage treatment plant

1.概述

随着现代环保要求的逐渐增强，以及对污水处理要求的越来越高，为了保证污水厂生产的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，数据采集系统的应用为污水处理厂的管理和日常操作提供了方便。

2.污水处理工艺流程及数据采集点的分布









图1 污水处理厂的工艺流程

Chart1 Process of sewage treatment plant


2.1工艺介绍

该污水处理厂主要处理城镇生活污水，处理水量每天3万吨。采用TF（滴滤床）——BAF（曝气生物滤池）组合工艺。TF段的粗处理和BAF段的精处理相结合，极稳定地保证了出水水质，使出水的主要指标达到中水回用的要求。两段膜法的利用，污泥量极少。该污水处理工艺的主要设备为水泵，基本没有难的操控点，无需太多专业技术人员进行管理。所需维护，更换的设备非常少，可以保证系统稳定运行。

2.2 数据点的分布

表1污水处理厂数据采集点分布

Table1 Distributed data collection points of sewage treatment plants

构筑物名称

仪器名称

数量

信号类型

备注

集水井

CODcr监测仪

1

RS-232


pH计

1

4~20mA

电流输出

进水泵房

水泵

3

RS-232


水解池

流量计

2

4~20mA

电流输出

溶氧仪

2

4~20mA

电流输出

悬浮物浓度仪

2

4~20mA

电流输出

滴滤床

温度计

6

4~20mA

电流输出

压力

3

4~20mA

电流输出

二沉池

流量计

1

4~20mA

电流输出

鼓风机房

风机

3

RS-232


出水口

pH计

1

4~20mA

电流输出

CODcr监测仪

1

RS-232


NH3-N监测仪

1

RS-232


浊度仪

1

4~20mA

电流输出

流量计

1

4~20mA

电流输出

每个仪器为一个数据采集点，整个污水处理厂共29个数据采集点，仪器输出信号类型为4~20mA电流输出或RS-232两种信号。现场数据采集点到控制室最远的距离大约150m。

3.数据采集系统设计

3.1确定传输方案

对于污水处理数据的监测数据的传输，有两种方案[1]：

(1)基于数据采集仪的传输方案

此方案通过数据采集在线仪表采集现场设备的处理数据，并通过CDMA(CodeDivision Multiple Access)、GPRS(GeneralPacket Radio Service)等模块无线来发送数据。

(2)基于PLC的传输方案

若数据传输单位已经具备了自动化监测数据采集系统如PLC等，则只需要增加一台工业控制计算机，再通过基于TCP/IP协议的数据上传软件进行数据上传，由于增加了一台工控机，不仅可以上传数据，还可以通过上位软件对设备进行控制。

本数据采集系统中采用的是第二种方案，通过数据传输单位将数据通过带屏蔽双绞线传输到串口服务器，然后用C#语言编写的上位软件对串口进行读取来获得数据，再对数据进行保存，绘制实时监测曲线，并向环保部门发送相关数据。系统结构如图2所示。



图2 数据传输系统机构

Chart 2 Data transmission system bodies

3.2数据传输设计要点[2]

(1)可靠性和稳定性。选用具有工业高抗干扰性能的软/硬件设备，运行可靠性高、稳定性强、安全，是系统设计的先决条件。如表1所示，现场的仪器和设备输出的信号为4~20mA电流信号或RS-232信号，由于这两种信号抗干扰能力差，不适合长距离传输，而我们的数据采集点又距控制室较远，需要将这两种信号进行转换后传输。RS-485信号传输速率大，当通信距离为100m左右时，通信速率可达12Mb/s；并且该信号传输距离远，最大的通信距离约为1200m[3]。因此将上述两种信号转换为RS-485信号后再传输到控制室串口服务器上。4~20mA信号通过A/D模拟信号隔离采集放大器转换成RS-485信号，RS-232信号通过CKL-106型转换器转换成RS-485信号，增强了信号的可靠性和稳定性。

(2)性价比。以较低的投资，获取较高的性能。

(3)扩展性。考虑系统的升级和技术改造的实现留有可扩展空间。

(4)通用性。从选用的软/硬件、元件到自动控制系统功能和外形结构、安装要求等均要通用性强。

(5)兼容性。系统是一软/硬件结合的整体，兼容性是其能否广泛应用的一个较重要的因素。

(6)开放性。数据采集系统具有良好的开放性。

(7)满足并优化厂生产工艺和管理。

4.操作软件设计

4.1 PLC和C#的特点

PLC的主要特点[4]：

(1)可靠性高，抗干扰能力强，适应工业生产的恶劣环境。

(2)程序设计简单、易学、易懂。

(3)安装简单、调试方便、维护工作量小。

(4)采用模块化设计、系统组合灵活，功能完善，通用性强。

(5)系统设计周期短。

(6)体积小、能耗低、性价比高。

污水处理厂过程控制有一个共同的特点，就是开关量多，模拟量少，以逻辑控制为主，闭环控制为辅，因此，PLC在污水处理厂中得到了越来越广泛的应用。

C#的特点[5]：

(1)语法简洁。不允许直接操作内存，去掉了指针操作。

(2)彻底的面向对象设计。

(3)与Web紧密结合。C#支持绝大多数的Web标准，如HTML、XML、SOAP等。

(4)强大的安全机制。

(5)兼容性。因为C#遵循.NET的公共语言规范（CLS），从而保证能够与其他语言开发的组件兼容。

(6) 灵活的版本处理技术。因为C#语言本身内置了版本控制功能，使得开发人员可以更容易地开发和维护。

(7) 完善的错误、异常处理机制。

采用C#语言来编写上位软件，程序设计比较简单，利用C#丰富的组件库可以很好完成对串口数据的读写操作，提高了数据采集的效率。

4.2主要功能