西门子CPU模块6ES7515-2UM01-0AB0

系统主要由远程分站和中控室两部分组成。远程分站由GPRS模块利用PLC与现场各种自动化仪表、传感器及变送器等连接。控制中心可采用PC机结合GPRSMODEM，或PC机结合固定IP地址的方式。基于GPRS网络的污水处理监控系统方案如图1所示。

2 通信规约设计
污水处理监控系统的通信分为2种，一种是通过GPRS无线连接与DTU通信，另一种是局域网通信。GPRS选用TCP／IP协议通信。主要是DTU向服务器发送污水工序、氧化沟、污泥泵房、二沉池、配水井等设备运行情况的数据，以及服务器向DTU转发上位机命令。而局域网通信主要是服务器向数据库存储数据、上位机查找数据库数据，以及上位机向服务器发送请求命令。这里将局域网通信协议和GPRS通信协议统一为一种数据帧格式，如表l所示。

表l中，数据帧帧头和帧尾都用0x7E表示，而为避免数据内容与帧头、帧尾混淆，用2个“Ox7E”表示“0x7E”；帧长度是指除帧头和帧尾外，所有数据的字节数。用2个字节表示；主命令说明发送方的请求内容：从命令辅助主命令定义数据发送周期的长短；DTU号码用于标识DTU；ID号是DTU编码；数据内容主要指污水工序、氧化沟、污泥泵房、二沉池、配水井设备运行情况等数据。
当信道上无数据传输时，通信双方应每隔时间C发送心跳包以维持此连接。当心跳包发出超过时间T后未收到响应，则立即再发送心跳包。若连续发送(N-1)次后仍未得到响应，则断开此连接。参数C、T、N原则上应可配置，现阶段建议取值：C=3 min，T=60 s，N=3。网关与SP之间、网关与网关之间的消息发送后等待T后未收到响应，应立即重发。若连续发送(N-1)次后仍未得到响应则停发。现阶段建议取值是：T=60 s，N=3。采用并发方式发送消息，并加以滑动窗口**控制，窗口大小参数W可配置，现阶段建议取为16，即接收方应答前，1次收到的消息数多不超过16条。

3 软件部分设计
本系统上位机软件的实现采用基于bbbbbbs 2000环境下的Intouch 8．O系统。Intouch具有的人机接口界面(HMI)和面向对象的图形开发环境，便于高效、快捷地配置用户的应用程序。目前常见的工控组态软件有Intouch、LabView，Rsview(Allen-Brandley)、Ifix(GE Fanuc)、Kingview(组态王)、Wince (Siemens)、Interlution等，Intouch和这些软件相比，其主要优点有：优化代码；自带SQL语言，方便数据库设计；提供各种通信协议接口，包括PLC，GSM，GPRS等。基于以上特点，这里使用Intouch作为上位机软件的开发工具，其实现的功能包括：自动形成生产日、月、年报表，定时自动打印：建立详细的帮助信息，所有事故报警信息显示清单；监测数据的图形化与报表形式显示。图2为污水厂进水预处理软件界面。

4 系统应用分析
经过实际的系统运行，基于GPRS的污水处理监控系统自投入使用以来，污水处理性能和效率**很多，BOD5总去除率有较大幅度**，COD达标率和BOD5达标率达到100％。图3、图4分别是污水处理厂某月出水监测COD数据变化图和BOD5数据变化图。

整个系统界面友好，操作方便，可实现各等级权限密码保护，系统安全可靠。并可根据用户事先设定的监控范围对多种指标进行监控，一旦超出设定范围，计算机立即报警，并记录有关数据、工况，以供分析处理。计算机所测数据可按一定时间间隔记录到硬盘上，也可根据用户的要求在各种条件下存盘，用户可根据需要随时调取有关数据进行显示、打印。同时还可实现网络发布功能。使各终端通过Web访问服务器，实时了解监控数据，同样可以实现各种动画、表格、曲线的显示，满足不同权限的用户实时了解各站点工作情况及监测数据的需求。

5 结论
本研究项目针对传统污水监控系统由于监控点位置分散，通过有线的方式布置系统存在成本过高、缺乏灵活性等缺点，采用GPRS技术为某污水处理公司设计一套基于GPRS的污水处理监控系统，基于bbbbbbs2000环境下的Intouch 8．0系统进行监控软件的2次开发，通过系统的投产运行，该系统在处理污水的能力方面较以前有较大幅度的**，且节约了经济成本。GPRS技术由于其优越性，在自动控制、环境监测等方面将发挥更大的作

  2) 在输入端有感性负荷时，为了防止反冲感应电势损坏模块，在负荷两端并接电容C和电阻R（交流输入信号），或并接续流二极管D（直流输入信号）。如图4所示：交流输入方式时，CR的选择要适当才能起到较好的效果。通过实验装置的测试，当负荷容量在10VA以下，一般选0.1μF+120Ω；负荷容量在10VA以上时，一般选0.47μF+47Ω较适宜。直流输入方式时，经试验得二极管的额定电流应选为1A，额定电压要大于电源电压的3倍。

(a) 交流输入方式                         (b) 直流输入方式
图4 输入端有感性负荷时的方式

    3) 在输出端有感性负载时，通过试验得出：若是交流负载场合，应在负载的两端并接CR浪涌吸收器；如交流是100V、200V电压而功率为400VA左右时，CR浪涌吸收器为0.47μF+47Ω，如图5所示。CR愈靠近负载，其抗干扰效果愈好；若是直流负载场合，则在负载的两端并接续流二极管D，如图6所示。二极管也要靠近负载。二极管的反向耐压应是负载电压的4倍。

图5 输出端交流感性负载                图6 输出端直流感性负载

    2、从PLC的软件程序来考虑**控制系统的可靠性

    为了**PLC控制系统工作的可靠性，可以专门设置一个定时器，作为监控程序部分，对系统的运行状态进行检测。若程序运行能正常结束，则该定时器就立即被清零；若程序运行发生故障，如出现死循环等，该定时器在设定的时间到就无法清零，此时PLC发出报警信号。在设计应用程序时，使用这种方法来实现对系统各部分运行状态的监控。如果用PLC来控制某一对象时，编制程序时可定义一个定时器来对这一对象的运行状态进行监视：该定时器的设定时间即为这一对象工作所需的大时间；当启动该对象运行时，同时也启动该定时器。若该对象的运行程序在规定的时间结束工作，发出一个工作完成信号，使该定时器清零，说明这一对象的运行程序正常；否则，属运行不正常，发出报警信号或停机信号。监控程序的梯形图如图7所示。图7中定时器T1为检测元件，X001为控制对象动作信号，X002为动作完成信号，M2为报警或停机信号。假设被控对象的运行程序完成一次循环需要50s，则定时器K值可取510（T1为100ms定时器）。当X001=1时，被控对象运行开始，T1开始计时；如在规定的时间内被控对象的运行程序能正常结束，则X002动作，M1复位，定时器T1被清零，等待下一次循环的开始；若在规定时间没有发出被控对象运行完成的动作信号，则判断为故障，T1的触点闭合，接通M2发出报警信号或停机信号。

图7 检测程序

    3、结语

    PLC控制系统的工作可靠性与多种因素有关，有些客观因素也干扰着控制系统的稳定性。通过设计正确的硬件线路，选择质量高的元器件，改善工作环境，编制监控程序等措施，可以使PLC控制系统的工作可靠性和稳定性得到很大的**。