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浅析矿井污水处理在线监测系统设计

1、引言

鉴于我国在水质监测领域技术的发展落后于社会的需求。特别是监测手段和
仪器设备都比较落后，实际的监测方法主要还是通过实验室化验的方法进行指标
的检测，但水质中的有些易测指标可以很快得出数据，有些重要指标必须几天才
能检测出，因而造成数据报告的滞后，不能对污水进行实时监测，这对实现污水
处理后排放是否达标带来很多困难。如果能够研制出一种远程对重点排污企业的
实施全天候、实时的动态监测，随时掌握其污水指标的系统设备，便能够有效的
控制水资源污染的程度。因此，实现对水资源环境有效的保护，就必须加大对水
资源的实时监测，增加对水质在线监测系统的研究。

2、在线监测系统设计构思

通过总结和借鉴国内外环境监测信息化的先进经验和发展趋势基础上，对污
水处理在线监测系统开发方案的设计与研究，实现在环境监测中结合信息技术，
设计一套技术先进又切实可行的污水处理在线监测系统。

整个在线监测中心的管理系统的软件设计主要分为以下几个部分来进行：第
一个部分是监测中心管理系统的功能设计，该部分主要的功能是为了能够将各个
基站所监测到的实时数据存储起来，进而通过相关的数据来对各个基站进行远程
控制；第二个部分是监测中心的控制界面的设计，该部分主要是为了管理员能够
较好的对收集到的数据进行管理，保证系统所使用的服务器是正确的，进而去对
远程通讯进行设置；第三个部分是监测中心数据查询界面的设计，数据查询是本
系统一个强大的功能选项，查询的数据类型我们在设计的时候将其分为了4种
类型：监测数据、运行日志、流量信息、环境参数。

3、污水处理在线监测系统设计

污水处理在线监测系统的整体结构框图见图1所示。系统由PLC控制单元，
现场上位机，控制中心三大部分组成。PLC和现场上位机通过RS232连接，现场
上位机和控制中心通过GPRS网络通信。PLC选用SIEMENS的S7－300,現场上
位机加装GPRS模块。控制中心采用普通的计算机加装GPRS模块。GPRS在线
监控具有较大优势。GPRS网络具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、
永远在线和可按流量计费等优点。GPRS模块选用的是西门子公司所生产的
GSM/GPRS模块—MC39i。该模块和PLC一起组成了该系统的远程数据传输单
元。PLC控制单元通过控制继电器组控制管道开关，取水设备，冲洗设备完成取
水、冲洗、采样等一系列工作；并通过输入反馈监控各设备，如传感器、液位计、
电动阀、电磁阀、水泵等工作状态；通过模拟量模块采集化学需氧量（COD）分
析仪、pH/温度分析仪、氨氮分析仪等分析仪器传来的4－20mA电流。现场上
位机作为上位机与PLC和控制中心通信，可以进行系统控制、数据传输、以及参
数设置，并可兼作现场工作状态显示和数据的存储。控制中心接收多个现场的数
据、报警信息等，可以进行数据接收、显示、查询等。

3.1现场仪表的选型

监测水质仪表与监测生产物理参数仪表为污水处理厂在线监测仪表的两大
类型，其中检测水质仪表包括氨氮、浊度、COD和PH等，而检测生产物理参数
仪表则包括温度、流量、压力和液位等。

本工程所采用的COD监测仪表主要在进出口COD值测量中得到普及使用，
而COD监测仪表在实际运用过程中，要求进出口仪表间一定要分别配置一台选
用美国哈希（HACH）公司生产的COD在线监测仪表，通过重铬酸钾测量法，有
效降低测量数据存在的偏差率，提高其准确性、真实性和有效性。但该仪表在使
用过程中也存在着许多不足之处，例如无法立即修复、药剂费用多、配件到货时
间长和维修配件贵等，这不仅会增加污水维修厂的投资金额，还会降低污水处理
厂的投资效益。

另外，一般情况下，污水处理厂大多会将pH监测仪表应用于进水出水和各
工艺环节中，通过电极法实现测量数据准确性的提高，以此为污水处理厂的日常
生产活动提供强有力参考依据。另外进出口处安装电磁流量传感器，防止进水太
多无法使污水处理正常进行，出水口处安装是为了防止造成浪费。

3.2PLC控制

由于PLC的CPU强大的网络通信能力，使得工业污水处理系统的数据传输
与通信变得可能，并且也可实现其远程监控。利用PLC作为控制器的工业污水处
理系统主要涉及两个方面：一是信号输入；二是控制输出信号。

PLC的容量估算通常需要从I/O口的点数和用户存储器容量这样两个部分
去进行容量的估算。在确定用户存储器的容量时，我们必须紧紧围绕程序的结构、
I/O口的点数、控制系统所需的要求和运算处理量一些因素来进行对用户应用程
序所需要占用的内存量的估算。然而我们在对系统的程序进行设计之前，通常情
况下我们只能够做一个大致的估算，所以在这里我们需要根据相关的经验，来确
定各个I/O口和有关的器件的大致内存，进