摘 要：系統基于嵌入式組態軟件開發設計，實現了二次纖維污水處理信號的采集、處理和實時監控，并可完成報表生成及打印等功能。系統集控制技術、數據庫技術、計算機圖形接口技術于一體，實現了系統的動態顯示、歷史數據查詢、數據記錄，并提供友好的人機界面、可靠性高、可維護性強。 關鍵詞：嵌入式;Win CE;實時監控;人機界面;數據采集 　　WinCE.net為快速建立下一代智能嵌入式設備提供了一個健壯的實時操作系統，它的實時響應能力、良好的通信能力、出色的圖形用戶界面及提供的豐富的應用程序接口使得它在工業控制領域得到了越來越多的應用[1][2]。雖然當前嵌入式系統的發展如火如荼，但是在污水處理領域，嵌入式系統尤其是嵌入式實時操作系統的應用卻并不多見，現有資料中也很難找到相關報道。我國目前已加大力度實現對造紙廢水的達標排放,并已初見成效。但是仍然需要實現對廢水排放及處理過程的在線監控,一方面保證環保部門對生產廠家的監管,另一方面可為廢水處理過程的自動控制提供條件,從而實現對排放的一致達標,進一步降低運行成本[3][4]。在工控領域，嵌入式系統以其可靠性高，體積小和成本低而成為極具潛力的發展方向，但是針對嵌入式監控系統的組態軟件的發展則相對滯后[5][6]。 　　由于污水處理的特殊性，對計算機也有特殊要求：①對軟硬件的設計要量體裁衣，既要充分滿足污水處理各環節控制過程的需要，又要減少不必要的配置，以降低功耗、減小軟硬件開銷;②由于污水的水質時刻在發生變化，故要求計算機控制系統具有較好的實時性，能使污水處理的響應時間盡量短，與水質的變化相適應;③污水處理過程中同時要處理的功能（或任務）較多，因此要求計算機控制系統采用一種多任務的處理機制，能在保證系統實時性的前提下，使各任務按照各自的輕重緩急協調運行。各任務既要保持一定的獨立性，不受其它任務所影響，又要能實現任務間的通信，以實現信息的共享和交互;④要求計算機具有較好的可靠性，能經受工業現場的強干擾和強噪聲[7]。 　　基于以上要求，系統需要的計算機系統應該是一臺專用于污水處理的計算機系統，它具有嵌入式的系統結構，其軟硬件應根據污水處理的具體要求而配置和裁剪，其軟硬件功能也應針對污水處理的特殊要求而設置，正是由于該系統具有較強的針對性和專用性，鑒于此現狀，本文對基于Windows CE.NET操作系統的嵌入式組態軟件的開發進行了進一步探討，并將該軟件應用于廢紙造紙廢水處理控制系統中。 1 系統設計 　　1.1系統主要硬件 　　1.1.1上位機 　　上位機是系統的核心部分。它具有對下位機的監管、數據采集處理、發布啟動關機命令、修改控制參數、記錄、顯示設備運行狀態、故障報警、冗余及通訊等功能。其數據可存入硬盤,設計保存期,以供隨時調用[8]。 　　傳統的控制系統硬件平臺由工控PC機、PLC及相關的傳感設備組成，其缺點是：系統龐大連接復雜，抗干擾能力較差，不適合在惡劣的環境下使用，并且由于工控PC機采用了普通的操作系統，實時響應較差，控制滯后嚴重，甚至由于操作系統的不穩定而使得整個控制系統完全崩潰[9];而采用嵌入式的系統結構，可較為快捷地開發出專用于污水處理的計算機控制系統，該系統可以高度集成各種功能于一身，只需連接較少的外部傳感設備就可以實現系統的在線檢測及控制。 　　1.1.2下位機 　　下位機是實現系統功能的關鍵,其主要的功能是接受上位機設置的參數或命令,實現對本現場的實時數據采集、實時判斷決策及實時控制,并將現場狀態傳送給上位機。本設計采用S7-200, 它在直接實現開關量控制的同時,還可通過A/D轉換器采集現場測定儀表（由傳感器和變送器共同組成）輸入的 4——-20mA 標準信號,經 A/D 轉換后,然后輸出信號,以控制各相應的執行設備（如變頻器+電機、調節閥等）[10][11]。通過STEP7，用戶可以進行系統配置和程序的編寫、調試、完成PLC硬件組態、控制PLC的運行狀態和I/O通道的狀態等。通常用戶程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）和數據塊（DB）構成。其中OB用于控制程序的運行，是下位機軟件系統的總控模塊，FB、FC是用戶子程序，DB是用于存取數據的存儲區[12]。 　　當程序啟動的時候，嵌入式設備的LCD顯示器上出現圖1所示的啟動界面。該界面包括5個子界面，它們分別是：廢水處理示意圖、數據列表、采集量定義、歷史數據查詢、實時趨勢圖。 　　1.2系統軟件 　　組態軟件包括必要的初始化采集程序,用于工程師站的組態程序以及操作員站的運行程序,它們都是獨立的可執行文件,相互間通過實時數據庫系統交互通信。初始化過程要設置、采用PC機的相關設備,初始化完成后就能定時接收現場控制站采集的數據,系統組態需要針對不同的應用領域先離線進行,投入運行后也能根據現場控制站情況在線組態。 　　與通用組態軟件一樣，用戶在嵌入式組態軟件開發環境下組成一個應用系統。需要完成的工作包括生成監控畫面、定義各個需要監控的變量屬性、設置軟硬件通訊的參數等，并據此自動生成一些數據文件。之后進入調試階段，通過串口或者是TCP/IP協議將應用系統程序從開發機下載到目標機上運行。生成和調試過程可以反復進行直至應用系統程序滿足用戶需求。最后，把系統運行程序和應用系統程序存儲到目標機的電子硬盤（或Compact Flash卡）中投入實時運行[14]。該組態軟件具有如下功能如圖3： 2 軟件運行畫面分析 　　本文搭建了一個造紙廢水自動處理系統,嵌入式設備加上通過對系統出口水質的在線監測,實時調整加藥量。在實驗室條件下對造紙廢水進行了軟件試驗。實驗使用的廢水取自廣東某造紙廠，廢水（原水）COD值為500～1500 mg/l，實驗所使用的絮凝劑濃度為5‰，助凝劑濃度為1‰。將組態好的工程下載到監控系統的嵌入式設備上運行，所取得的實驗數據全部保存在數據庫中。實驗中有4個主要的變量，它們分別是：原水COD值、進水流量、加藥流量（包括絮凝劑流量和助凝劑流量）和出水COD值,如表1中，同時數據顯示在嵌入式組態軟件的界面實時趨勢圖3中： 　　表1 2006年9月運行情況 　 　　用戶有時候并不想查看所有的歷史數據，如果用戶只關心最近幾天或者一個周的生產情況時就要借助于“歷史數據查詢”功能。如圖5界面所示。 　　在圖5的界面中有一個數據表顯示控件和“查詢定義”和 “開始查詢”兩個按鈕。點擊“查詢定義”這個按鈕，就會彈出一個對話框，在其中定義需要查詢的時間間隔，程序就自動生成一條查詢SQL語句，然后點擊圖5里的“開始查詢“按鈕，執行這條SQL語句從數據庫中得到所需的結果，并且把結果顯示在圖6所示界面的數據表顯示控件中。 [align=center] 圖5 歷史數據查詢畫面 圖6 數據列表界面[/align] 3 結語 　　經實際運行，所開發的監控軟件平臺運轉穩定，使用情況良好，得到了用戶的肯定。開發的基于.net 的廢水處理嵌入式監控系統軟件，該開發軟件完成了人機畫面、嵌入式數據庫模塊，可與用戶信息交互，完成實驗數據存儲顯示。WinCE.net的實時響應能力、良好的通信能力、出色的圖形用戶界面及提供的豐富的應用程序接口使得該監控軟件運行出色。自動化控制在污水處理中的應用可以安全可靠地實現各種復雜的工藝流程,減少人為因素帶來的可能事故和隱患及誤差等,保證污水處理效果;同時可減輕勞動強度,提高勞動效率和效益;使污水廠的資源最優組合,有效節約能源;使污水廠生產運行及管理發生質的變化,部門職能發生轉變,削減冗余部門及人員,部門優化重組,實現減員增效。 參考文獻 　　[1]吳松華,吳國偉基于WinCE.net的嵌入式監控軟件設計與實現[J] 計算機與信息技術 44-45 　　[2]祖志華,黃映霞嵌入式系統在環境監控中的應用[J] 專題技術與工程應用 2006.36（7）:56-58 　　[3] 宋英豪,崔志峰,謝恩亮 污水處理廠自控系統的設計[J] 工業控制計算機 2006年19卷第9期 81-82 　　[4]萬金泉，馬邕文. 廢紙造紙及污染控制[M].北京：中國輕工業出版社，2004.7. 　　[5]鐘偉紅 關宏偉 工控組態軟件的現狀及發展[J] 安徽電子信息職業技術學院學報 2006.4（5）: 94-96 　　[6]馬國華 監控組態軟件及應用.清華大學出版社[M]，1998 　　[7]易釗 李仁發 基于嵌入式結構的污水處理控制系統設計與實現[J] 自動化儀表 2004.25（11）: 43-46 　　[8] 裴俊元 王蕾 張厚 水處理場自動化控制網絡系統[J] 山東冶金 2005.4 58-59 　　[9]李兵 PLC和上位機在污水處理控制系統中的應用[J] 山西建筑 第30卷第2期2004.30（2）:135-136 　　[10]孫新 趙靚靚 王永軍 PLC在污水處理工程中的應用[J] 給水排水 2003.29（10）:95-96 　　[11]趙芳 李從冰 基于PLC的污水處理控制系統[J] 工業控制計算機 2006.19（4）: 59-60 　　[12]章鴻 龍偉 張利劍 基于PLC與組態軟件鋼鐵廠廢酸水處理控制系統[J] 微計算機信息 測控自動化 2006（22）:109-112 　　[13]牟麗 李迪 嵌入式監控系統實現技術及在廢水處理中的應用[J] 計算機應用 2006.26（4）:774-775