污水處理在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

蒲 旺 ，郝小江 ，竇小磊

(1.中國石油川慶鉆探工程公司科技信息處，四川 成都 610051；2.攀枝花學院 電氣信息工程學院，四川 攀枝花 617000；3.河南工程學院 計算機科學與工程系，河南 鄭州 451191)

當今世界的水環(huán)境面臨兩大問題：水資源短缺和水污染加重。造成水污染的主要原因是工業(yè)廢水、農(nóng)田排水及城鄉(xiāng)生活污水向江河湖海大量排放，造成地面水和地下水水質(zhì)受到污染，嚴重制約了經(jīng)濟的發(fā)展并危害著人類的健康，因此，近年來各國對控制水污染越來越引起重視，全球都在加大和加快水污染治理的力度和速度。我國污水處理設備的制造水平和科技含量都比較低，本文對污水處理設備在線監(jiān)測系統(tǒng)設計方案進行分析，并對其軟件開發(fā)提供了一定的指導作用[1-2]。

1 污水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，對污水處理系統(tǒng)運行狀況進行在線監(jiān)測已成為發(fā)展趨勢，國外已開發(fā)出一些污水處理在線監(jiān)測系統(tǒng)，并設計了一些基于神經(jīng)網(wǎng)絡、小波變化、專家系統(tǒng)等技術(shù)的診斷軟件?，F(xiàn)有的污水處理在線監(jiān)測系統(tǒng)設計方案大多采用傳統(tǒng)的上下位機結(jié)構(gòu)。下位機完成現(xiàn)場設備運行狀況和污水處理狀態(tài)信號的在線監(jiān)測，大多采用工控機和單片機來實現(xiàn)。上位機負責污水處理狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測顯示、報警、故障診斷及識別等。這種結(jié)構(gòu)對少量設備的幾個狀態(tài)參數(shù)的檢測，實時處理效率較高，當需要對多個設備進行監(jiān)測時，上下位機通信成為系統(tǒng)實時性和可靠性的瓶頸。另外，這些系統(tǒng)的在線監(jiān)測和故障診斷相對脫離，即各成一套系統(tǒng)，即使有些系統(tǒng)將兩者合在一起，當多個設備對多種診斷功能提出診斷請求時，整個系統(tǒng)的工作效率會明顯降低，造成系統(tǒng)集成性差，不便于軟件升級和擴充[2-3]。

2 污水處理軟件開發(fā)

為了便于用戶監(jiān)控和管理整個污水處理廠處理情況，本文開發(fā)了中控室通信與應用控制程序，提供了良好的人機操作界面。ADAM5000系列CAN模塊與許多軟件兼容，DeviceNet和CANopen可用來配置系統(tǒng)，建立在這兩個協(xié)議上的動態(tài)鏈接庫DLL可用于Windows程序設計。PCL-841附帶軟件包提供了7個函數(shù)，分別為初始化模塊 CanInitHW()、退出模塊 CanExitHW()、復位模塊CanReset()、配置模塊 CanConfig()、設置正常運行狀態(tài)模塊 CanNormRun()、發(fā)送幀模塊 CanSendMsg()及接收幀模塊CanReceiveMsg()。其源文件在 Can841.h中，運用這幾個函數(shù)和DeviceNet指令集就可構(gòu)成系統(tǒng)應用軟件各個功能子程序，實現(xiàn)各個節(jié)點模塊間數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)采集和控制輸出。PC機與CAN適配卡的聯(lián)絡采用命令的通信協(xié)議，即“命令+參數(shù)”形式和“多主競爭的總線仲裁”方式實現(xiàn)。

適配卡設備驅(qū)動程序、動態(tài)連接庫和所要開發(fā)的Ring3層應用程序的關(guān)系如圖1所示。

圖1 動態(tài)鏈接庫關(guān)系圖

Ring3應用層對CAN適配卡的訪問全部通過動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)，這種訪問主要包括對CAN卡的初始化、發(fā)送報文、接收報文以及其他操作。CAN卡初始化除了對CAN適配卡本身的初始化外，還包括虛擬設備驅(qū)動程序的動態(tài)加載和初始化(設置中斷號和I/O地址)。

污水處理自控軟件的設計如圖2所示。

圖2 上位機軟件功能圖

2.1 對CAN串口的操作

適配卡PCL-841上提供了兩個獨立的CAN串口，對該串口的操作有幾種方法可以使用，如直接使用Windows AP對該串口進行操作，使用包裝好的控件(例如MSComm)，也可以先把涉及到串口操作的WindowsAPI都封裝到一個類里面供開發(fā)使用。在本系統(tǒng)中，使用一個封裝好的串口類來對串口進行操作。該類能支持多串口、多線程，并能在所有主流Windows系統(tǒng)下使用。serialPortEx類的用戶只需熟悉少數(shù)幾個公共成員函數(shù)，就能輕易在自己的程序中加入串口的支持。必須注意的是該類并不支持串口通信協(xié)議，因為不同應用場合下可能需要使用不同的協(xié)議，在本系統(tǒng)中使用的是DeviceNet協(xié)議。

2.2 實時運行數(shù)據(jù)的讀取

監(jiān)控軟件中設備實時運行狀態(tài)的顯示通過對設備實時運行數(shù)據(jù)的讀取來實現(xiàn)。實時數(shù)據(jù)的讀取通過定時發(fā)送狀態(tài)請求(STATUS REQUEST)信號來實現(xiàn)，定時器的間隔足夠小(例如 1 s)，那么每隔 1 s監(jiān)控軟件都能夠?qū)⑵湎到y(tǒng)運行狀態(tài)顯示和現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)同步，這就保證了監(jiān)控軟件中系統(tǒng)狀態(tài)顯示的實時性。如果定時器的精度要求不高、定時器的間隔不是太小，使用Windows定時器就可以了，一般用SetTimer()函數(shù)來啟動一個定時器，用KillTimer()函數(shù)來結(jié)束一個定時器。對于污水處理系統(tǒng)，通常每隔1 s左右讀取一次系統(tǒng)狀態(tài)信息就可以滿足系統(tǒng)實時性的要求，因此使用Windows定時器完全可以滿足要求。實時數(shù)據(jù)的讀取步驟是：在監(jiān)控軟件啟動時打開定時器，每次定時器被觸發(fā)后，發(fā)送一條狀態(tài)請求信號；接收到回應的狀態(tài)信號后，再更新系統(tǒng)運行狀態(tài)的顯示，在下一次定時器被觸發(fā)之后，再發(fā)送一條狀態(tài)請求信號。不斷循環(huán)，直到監(jiān)控軟件退出為止[2-7]。

3 編寫程序代碼

(1)使用Visual C++6.0的應用程序向?qū)聞?chuàng)建一個基于文檔時間的“COMMSewageDlg”，修改標題為“污水處理自動控制系統(tǒng)”，其他設置全部接受默認選項。

(2)為了使用DLL，必須將DLL驅(qū)動函數(shù)庫的頭文件加入工程中。方法是：從Visual C++主菜單中選擇Project-Add to Project-Filesw…，在彈出的對話框中選擇driver.H，單擊確定即可。加入完該文件后，就可以看見DA&C常量定義、參數(shù)聲明和DLL函數(shù)定義等。這些函數(shù)都可以用在將要開發(fā)的應用程序中。

(3)選擇 Build菜單，選中 Settings選項，在彈出的對話框中選中Link頁，接著在類型欄選中Input，輸入adsapi32.lib于Object/library模塊中，然后單擊OK按鈕即可。

(4)將 SerialPort.h、SerialPort.cpp兩個類文件復制到工程文件夾中，用Project-Add to Project-Files命令將上述兩個文件加入工程，并在COMMSewageView.h中將頭文件 SerialPort.h說明：#include"SerialPort.h"。

(5)人工添加消息響應函數(shù)

首先在CCOMMsewageView.h中添加串口字符接收消息WM COMM RXCHAR(串口接收緩沖區(qū)內(nèi)有一個字符)的響應函數(shù)聲明：

//{{AFXes MSG(COMMSewageView)

afx_msgLONG onCommunication(WPARAM ch，LPARAM port)；

//}}AFXes MSG

然后在SCPortTestView.cpp文件中進行WM_COMM-RXCHAR消息映射：

BEGIN_MESSAGE_MAP(COMMSewageView，CView)

//{{AFX_MSG MAP(COMMSewageView)

ON_MESSAGE(WM_COMM_RXCHAR，On Communication)

//}}AFX_MSG MAP

END_MESSAGE_MAP()

接著在S CPortTestView.cpp中加入函數(shù)的實現(xiàn)：

LONG

COMMSewageView：：OnCommunication(WPARAMch， LPARAM port){…}；

(6)在視創(chuàng)建時初始化串口，首先利用C1assWizardr生成OnInitialUpdate()函數(shù)；

(7)利用C1assWizard成COMMSewageView的時間消息WM_TIMER響應函數(shù)；

(8)在 OnCommunication(WPARAM ch，LPARAM port)函數(shù)中進行數(shù)據(jù)處理。

本文詳細分析了污水處理的總體設計方案，介紹了CAN總線能實時處理上位機與下位機的數(shù)據(jù)通信，對CAN串口操作、數(shù)據(jù)的讀取以及編寫程序代碼的步驟都進行詳細的分析和介紹。本文的思想對我國的污水處理在線監(jiān)測系統(tǒng)的實時顯示和監(jiān)控起到一定的指導作用。

[1]黃大貴.微機數(shù)控系統(tǒng)[M].成都：電子科技大學出版社，1996.

[2]蒲旺.污水處理在線監(jiān)測系統(tǒng)及關(guān)鍵設備設計 [D].成都：電子科技大學，2004.

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[6]李現(xiàn)勇.Visual c++串口通信技術(shù)與工程實踐[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[7]盧鴻權(quán)，黃大貴等.基十CAN總線的一體化氧化溝DCS系統(tǒng)方案研究[J].電子科技大學學報，2001，30(3).

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