基于STC12C5A60S2的智能化沼氣安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

陳亙宇　王琦

摘 要：為了確保沼氣生產(chǎn)過程的安全運(yùn)行，設(shè)計了一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)的智能化的生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過各種傳感器采集沼氣生產(chǎn)過程的狀態(tài)，并采用MODBUS通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理后分別發(fā)送到電腦和MCGS觸摸屏。MCGS觸摸屏實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控功能，電腦端組態(tài)主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的記錄和存儲和分析功能。

關(guān)鍵詞：智能化 傳感器 MCGS MODBUS

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0032-02

沼氣工程主要是通過厭氧發(fā)酵及相關(guān)處理降低糞水有機(jī)質(zhì)含量，達(dá)到或接近廢物排放標(biāo)準(zhǔn)并按設(shè)計工藝要求獲取能源—沼氣，沼氣利用產(chǎn)品與設(shè)備技術(shù)，主要是利用沼氣或直接用于生活用能，或發(fā)電、或燒鍋爐、或直接用于生產(chǎn)供暖、或作為化工原料等。沼肥制成液肥和復(fù)合肥技術(shù)，則主要是通過固液分離，添加必要元素和成份，使沼肥制液肥或復(fù)合肥，供自身使用或銷售，以達(dá)到能源的循環(huán)使用。就目前來說，國內(nèi)各大城市在建或已建的沼氣清潔能源沼氣工程多是使用繼電器邏輯控制模式，這些系統(tǒng)方式單一，自動化程序比較低，只能處理一些開關(guān)量問題，無法處理系統(tǒng)的模擬量以及實(shí)時記錄和統(tǒng)計沼氣工程運(yùn)行信息，極大程度上降低了沼氣工程資源的充分利用；同時，大型沼氣工程自動化程度低，還需要眾多操作人員進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，增加了勞動強(qiáng)度，且信息傳遞滯后，不便于管理。針對上述問題提出了一種智能化沼氣安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用STC12C5A60S2核心處理器控制溫度、濕度、壓力、PH等傳感器的采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行一定的優(yōu)化處理，通過MODBUS協(xié)議進(jìn)行發(fā)送和接收，上位機(jī)通過串口或USB傳送到監(jiān)控中心的PC機(jī)和現(xiàn)場監(jiān)控的MCGS嵌入式組態(tài)監(jiān)控屏，使操作和監(jiān)控人員全面實(shí)時了解沼氣生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

沼氣智能監(jiān)控系統(tǒng)只要有數(shù)據(jù)采集模塊、MCU模塊、預(yù)警模塊、現(xiàn)場監(jiān)控模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 傳感器模塊

溫濕度傳感器模塊采用SHT10，其原理圖如圖2所示。

PH值傳感器原理圖如3所示。

氣壓傳感器采用SMALL-TYPE擴(kuò)散硅芯體負(fù)壓變送器，如圖4所示。

整體電路圖由傳感器模塊、電源模塊、系統(tǒng)供電模塊組成。另外還有一個單獨(dú)的12V電源為MCGS觸摸屏供電，

2 系統(tǒng)程序流程設(shè)計

系統(tǒng)上電后，設(shè)備對各種數(shù)據(jù)自動初始化后，CPU開始循環(huán)采集傳感器的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)打包之后，通過MODBUS協(xié)議發(fā)送給上位機(jī)和MCGS觸摸屏，組態(tài)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后送至個流程顯示，程序流程如圖5所示。

MCGS組態(tài)觸摸屏在接受到數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。如果數(shù)據(jù)異常觸摸屏上會直接顯示報警信息。

3 監(jiān)控軟件設(shè)計

3.1 現(xiàn)場監(jiān)控中心

MCGS嵌入式組態(tài)觸摸屏，具有生產(chǎn)過程界面和操作控制等多個人機(jī)界面，并采用動畫模擬整個生產(chǎn)過程，可更加逼真的顯示實(shí)際生產(chǎn)過程。MCGS觸摸屏主要分為歷史數(shù)據(jù)查詢界面、報警界面、生產(chǎn)流程顯示界面。

3.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊主要由沼氣實(shí)時數(shù)據(jù)顯示界面、數(shù)據(jù)存儲界面、家庭氣量用表分析界面組成。數(shù)據(jù)存儲界面主要是為了記錄生產(chǎn)過程中的所有數(shù)據(jù)以便發(fā)生問題時進(jìn)行查看，軟件每過5s自動存儲一次數(shù)據(jù)，如圖7所示。

家庭氣量用表分析界面主要是記錄每個用戶使用的沼氣量的情況并計算所需繳納的費(fèi)用。

4 結(jié)語

該文基于STC12C5A60S2為主控制器， 開發(fā)了一套沼氣安全生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)提高了沼氣生產(chǎn)過程的自動化程度，MCGS嵌入式觸摸屏和MCGS組態(tài)軟件的應(yīng)用使系統(tǒng)不僅可以處理生產(chǎn)過程的狀態(tài)信息，而且還可以實(shí)時記錄和統(tǒng)計沼氣生產(chǎn)過程的信息。MODBUS通信協(xié)議的使用解決了信息滯后和信息誤讀的問題使整個系統(tǒng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。系統(tǒng)工作時，自動進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障檢測，節(jié)約大量的人力物力，減少了不必要的損失，同時提高數(shù)據(jù)的可靠性、實(shí)時性、高效性，保證沼氣生產(chǎn)過程安全和穩(wěn)定的運(yùn)行。

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