专利名称：小型污水处理自动控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理自动控制系统，特别是针对小规模污水处理的自动控制。
背景技术：
近几年，随着我国农村城镇化进程的加快，小城镇建设得到了快速发展。然而，小城镇在经济快速增长的同时，也带来了生活污水和工业废水的迅速增加，加上小城镇基础设施建设普遍严重滞后，缺乏必要的污水处理设施，不仅直接破坏了小城镇自身生态环境， 而且造成了江(河)、湖(库)水体的严重污染，已成为区域性水环境的重要污染源。由于小城镇呈分散型分布，污水处理规模小、负荷变化大，对运行管理提出了更高要求，再加上小城镇经济发展水平低、十分缺乏训练有素的运行管理人员，难以掌握和操作技术复杂的处理过程和设备。如果简单套用大(中)城市污水处理工艺过程的自动控制系统模式，不仅控制系统结构复杂，而且存在初期投资高、维护成本高、难以正常运行等诸多问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种小型污水处理自动控制系统，它技术简单、易于掌握，且投资成本低、运行及维护费用少、经济适用。本发明所述的小型污水处理自动控制系统，它包括中控机、打印机和控制器，打印机与中控机连接，控制器采用RS-485通信网络通过双绞线与中控机连接通信，其特征是 所述控制器由开关电源模块、CPU模块、RS-485通信模块、开关量输入板、开关量输出板、模拟量输入电路组成；开关电源模块与CPU模块、RS-485通信模块、开关量输入板、开关量输出板、模拟量输入电路分别连接供电；CPU模块与RS-485通信模块连接，建立与中控机间的通信；开关量输入板与CPU模块连接，将污水处理现场设备的开关量信号送入；模拟量输入电路与CPU模块连接，将污水处理现场仪表的模拟量信号送入；开关量输出板与CPU模块连接，将处理后的开关量控制信号送出。所述控制器的模拟量输入电路、CPU模块、RS-485通信模块直接作在CPU板上；所述CPU模块包括看门狗电路、实时时钟、单片机和第一译码器；单片机与看门狗电路连接， 防止监控程序运行时出现“死循环”，并对单片机进行低电压保护和扩展单片机的EEPROM ； 单片机与实时时钟连接，用于定时开关机；单片机与第一译码器连接，发出I/O板选信号； 单片机与模拟量输入电路采用光电隔离连接，将污水处理现场仪表的模拟量信号转换成数字信号送入单片机。所述控制器的开关量输入板包括第一光电耦合器、输入缓冲器、第二译码器和板选J201 ；开关量输入信号通过第一光电耦合器输入端进入与第一光电耦合器输出端连接的输入缓冲器，输入缓冲器的输出端与单片机连接，将开关量输入信号送入单片机，输入缓冲器的选通端与第二译码器连接，第二译码器的一个选通端连接单片机，另一个选通端通过板选J201连接第一译码器。所述控制器的开关量输出板包括第三译码器、板选J401、输出锁存器、第二光电耦合器；第三译码器的输入端和一个选通端分别连接单片机，另一个选通端通过板选J401连接第一译码器，输出端连接输出锁存器的时钟端；输出锁存器的输入端与单片机连接、输出端连按第二光电耦合器的输入端，单片机处理后的开关量控制信号通过输出锁存器、第二光电耦合器输出到污水处理现场设备。进一步，所述控制器的开关量输入板还包括二极管和电容，所述二极管和电容并联在第一光电耦合器的输入端，吸收尖峰电压。进一步，所述控制器的开关量输出板还包括贴片二极管，所述贴片二极管并联在第二光电耦合器的输出端。本发明的有益效果为1.仅一台控制器，一台中控机(上位机)，能实现小型污水处理厂全流程的自动控制；各种现场设备实时运行/停止状态、正常/故障状态监测；现场仪表参数采集、显示 ’历史数据查询和生成报表；故障诊断专家系统等功能。2.控制器硬件结构采用模块化设计，能满足不同规模小型污水处理系统的自动控制要求，中控机和控制器通信距离可达1500m。3.对单片机功能进行了扩展，增加了看门狗电路、实时时钟电路。CPU模块与 RS-485通信模块之间，单片机与模拟量输入电路之间，开关量输入板、开关量输出板与外围电路之间，均采用了光电隔离，各自单独供电；工作电源采用成品工业级开关电源，使系统不仅运行更加可靠、稳定，还具有重要数据能长期保存的特点。4.系统元器件及芯片经济、成熟、适用，控制系统功能全、成本低、维护方便。
图1小型污水处理控制系统结构图。
图2控制器硬件结构图。
图3开关电源模块原理图。
图4:CPU板原理图。
图5开关量输入板原理图。
图6开关量输出板原理图。
图7控制器监控程序主流程。
图8中央监控软件功能模块结构图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1、图2所示的小型污水处理自动控制系统，包括中控机1、打印机2和控制器 3，打印机2与中控机1连接，控制器3采用RS-485通信网络通过双绞线与中控机1连接通信，控制器3由开关电源模块4、CPU模块21、RS-485通信模块6、开关量输入板7、开关量输出板8、模拟量输入电路9组成。开关电源模块4与CPU模块21、RS-485通信模块6、开关量输入板7、开关量输出板8、模拟量输入电路9分别连接供电；CPU模块21与RS-485通信模块6连接，建立与中控机间的通信；开关量输入板7与CPU模块21连接，将污水处理现场设备10的开关量信号送入；模拟量输入电路9与CPU模块21连接，将污水处理现场设备仪表的模拟量信号送入；开关量输出板8与CPU模块21连接，将处理后的开关量控制信号送
出ο如图3所示，控制器3的开关电源模块4包括6个磁珠、电容、2个直流稳压电源 LM7805、2个隔离模块B0909S-1W和B0505S-W1，组成4组电源输出，分别为其它模块供电。如图4所示，控制器3的模拟量输入电路9、CPU模块21、RS_485通信模块6直接作在CPU板5上；所述CPU模块21包括看门狗电路11、实时时钟12、单片机13和第一译码器 14。单片机13型号为ATMEL公司生产的AT89S52，看门狗电路11的芯片型号为X25045，实时时钟12的型号为DS1302Z,第一译码器14的型号为74HC138。单片机13的P0. 0-P0. 7引脚接有上拉电阻。单片机13与看门狗电路11采用SPI总线接口方式连接，对单片机13防止监控程序运行时出现“死循环”，并对单片机(13)进行低电压保护和扩展4KB的EEPROM ； X25045芯片共有8个引脚，其中第3、8引脚接VCC电源，第4引脚接地；片选输入端CS、串行数据输出端SO、串行时钟输入端SCK、串行数据输入端SI分别与单片机13 (即AT89S52) 的Ρ1·0、Ρ1· UPl. 2、Ρ1. 3引脚相连；复位输出端RST与AT89S52的第9引脚(RESET)相连。 单片机13与实时时钟12连接，用于定时开关机；实时时钟12 (即DS1302Z)的第1、8脚接电源，第4脚接地，第2、3脚接晶振，第5、6、7脚与AT89S52的Pl. 6、Pl. 5、Pl. 4引脚相连。 单片机13与第一译码器14(即74HC138)连接，发出I/O板选信号；第一译码器14的第1、 2、3脚与AT89S52的P2. 2、P2. 3、P2. 4引脚相连，第4、5脚与AT89S52的P2. 5引脚相连， 第6、16脚接VCC电源，第8脚接地，第7、9、10-15脚外接上拉电阻。单片机13与模拟量输入电路9采用光电隔离连接，将现场仪表的模拟量信号通过模拟量输入电路9转换成数字信号送入单片机；模拟量输入电路9包括模数转换器ADC0809CCN和移位寄存器74HC165 ； ADC0809CCN的输入端IN0-IN7引脚输入污水处理现场设备10的仪表采集到的模拟量，经模数转换后，输出到与D0-D7引脚相连的74HC165的A-H引脚端，再通过74HC165的Q引脚输出，并经光电隔离后接单片机13的TO引脚，将信号送入单片机中；ADC0809CCN的通道选择端ADD A、ADD B、ADD C引脚通过光电隔离后接单片机13的P2. 2、P2. 3、P2. 4引脚， ADC0809CCN的地址锁存端ALE引脚和起动转换端START引脚通过光电隔离后都接到单片机 13的P3. 6引脚，74HC165的时钟端CLK引脚、控制端SH/LD引脚通过光电隔离后分别接单片机13的P3. 3引脚、P3. 5引脚。X25045芯片是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM三种功能于一体的可编程控制电路。其中看门狗对系统提供保护功能，在单片机正常工作流程中安排了指令定时访问X25045，当单片机受到干扰，程序不能按照正常流程执行，超过预定的时间没有访问 X25045时，X25045将强制单片机复位，从而使单片机工作恢复正常。X5045电压监控功能可以保护系统免受低电压的影响。当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压恢复到稳定值为止。它的EEPROM内部数据最小保存期为100年，可擦写100万次以上。CPU板5上的RS-485通信模块6也可以采用MAX487E通信模块实现与中控机1的
ififn。如图5所示，控制器3的开关量输入板7包括32个第一光电耦合器15、4个输入缓冲器16、1个第二译码器17、1个板选J201和32组并联的二极管和电容。输入缓冲器16的型号为74HCM4，第二译码器17的型号为74HC138 ；32个开关量信号通过32个第一光电耦合器15输入端进入与光电耦合器输出端连接的4个输入缓冲器16，每个输入缓冲器16 输入端接收8个开关量信号，输出端8个引脚与单片机13的P0. 0-P0. 7引脚连接，4个输入缓冲器16的两个选通端与第二译码器17的Y0-Y3引脚连接，第二译码器17的A、B引脚分别连接单片机13的P2. 0、P2. 1引脚，选通端El引脚与单片机13的P2. 6引脚连接，另一个选通端E2引脚通过板选J201接第一译码器14的输出端Y0-Y7，用于选择该开关量输入板；32组并联的二极管和电容并联在32个第一光电耦合器15的输入端，用于吸收尖峰电压。开关量输入板7的作用是将开关量输入信号送入单片机13。如图6所示，控制器3的开关量输出板8包括1个第三译码器18、4个输出锁存器 19,32个第二光电耦合器20、1个板选J401和32个贴片二极管。第三译码器18的输入端 A、B引脚连接单片机13的P2. 0、P2. 1引脚，选通端El接单片机13的P2. 7引脚，另一个选通端E2引脚通过板选J401接第一译码器14的输出端Y0-Y7，用于选择该开关量输出板，第三译码器18的输出端Y0-Y3引脚连接4个输出锁存器19的时钟端CLK引脚，每个输出锁存器的输入端D1-D8引脚与单片机13的P0. 0-P0. 7引脚连接，输出端Q1-Q8引脚连接8个第二光电耦合器20的输入端，4个输出锁存器与32个第二光电耦合器输入端连接，共有32 个开关量控制信号；32个第二光电耦合器的输出端接污水处理现场设备，并并联32个贴片二极管。单片机13处理后的开关量控制信号通过输出锁存器19、第二光电耦合器20输出到污水处理现场设备。根据污水处理厂规模不同，可以配置不同数量的开关量输入板和开关量输出板， 通过板选连接第一译码器的输出端，用单片机对具体使用的开关量输入板、开关量输出板进行选择。本发明中单片机13(AT89S52)，有40个引脚，其中，有32个外部双向输入/输出 (I/O)端口 ；2个外中断口 ；3个16位可编程定时计数器；2个全双工串行通信口 ；2个读写口线。除上述连接的管脚外，其它管脚为管脚乂1(19脚)和乂2(18脚)为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振；RESET(9脚)为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路； VCC(40脚)和GND(20脚)为供电端口，分别接+5V电源的正负端，3组可编程通用I/O 口， 每个口有8条口线。在本实施例中，各口线功能定义如表1 表11/0 口功能定义
权利要求
1.小型污水处理自动控制系统，它包括中控机(1)、打印机( 和控制器(3)，打印机与中控机连接，控制器采用RS-485通信网络通过双绞线与中控机连接通信，其特征是所述控制器由开关电源模块G)、CPU模块(21)、RS-485通信模块(6)、开关量输入板(7)、开关量输出板(8)、模拟量输入电路(9)组成；开关电源模块与CPU模块、RS-485通信模块、开关量输入板、开关量输出板、模拟量输入电路分别连接供电；CPU模块与RS-485通信模块连接，建立与中控机间的通信；开关量输入板(7)与CPU模块连接，将污水处理现场设备的开关量信号送入；模拟量输入电路⑶)与CPU模块连接，将污水处理现场仪表的模拟量信号送入；开关量输出板(8)与CPU模块连接，将处理后的开关量控制信号送出。
2.根据权利要求1所述的小型污水处理自动控制系统，其特征是所述控制器(3)的模拟量输入电路⑶)、CPU模块、RS-485通信模块(6)直接作在CPU板( 上；所述 CPU模块(21)包括看门狗电路(11)、实时时钟(12)、单片机(13)和第一译码器(14)；单片机(13)与看门狗电路(11)连接，防止监控程序运行时出现“死循环”，并对单片机(13)进行低电压保护和扩展单片机的EEPROM ；单片机(13)与实时时钟(12)连接，用于定时开关机；单片机(1 与第一译码器(14)连接，发出I/O板选信号；单片机(1 与模拟量输入电路(9)采用光电隔离连接，将污水处理现场仪表的模拟量信号转换成数字信号送入单片机 (13)。
3.根据权利要求1所述的小型污水处理自动控制系统，其特征是所述控制器(3)的开关量输入板(7)包括第一光电耦合器(15)、输入缓冲器(16)、第二译码器(17)和板选 J201 ；开关量输入信号通过第一光电耦合器(1 输入端进入与第一光电耦合器输出端连接的输入缓冲器(16)，输入缓冲器(16)的输出端与单片机(1 连接，将开关量输入信号送入单片机(13)，输入缓冲器(16)的选通端与第二译码器(17)连接，第二译码器(17)的一个选通端连接单片机(1 ，另一个选通端通过板选J201连接第一译码器(14)。
4.根据权利要求1所述的小型污水处理自动控制系统，其特征是所述控制器(3)的开关量输出板(8)包括第三译码器(18)、板选J401、输出锁存器(19)、第二光电耦合器 (20)；第三译码器的输入端和一个选通端分别连接单片机，另一个选通端通过板选J401连接第一译码器(14)，输出端连接输出锁存器的时钟端；输出锁存器的输入端与单片机连接、输出端连接第二光电耦合器的输入端，单片机处理后的开关量控制信号通过输出锁存器、第二光电耦合器输出到污水处理现场设备。
5.根据权利要求3所述的小型污水处理自动控制系统，其特征是所述控制器(3)的开关量输入板(7)还包括二极管和电容，所述二极管和电容并联在第一光电耦合器(15)的原边，吸收尖峰电压。
6.根据权利要求4所述的小型污水处理自动控制系统，其特征是所述控制器(3)的开关量输出板(8)还包括贴片二极管，所述贴片二极管并联在第二光电耦合器OO)的输出端。
全文摘要
本发明公开了一种小型污水处理自动控制系统，它包括中控机、打印机和控制器；打印机与中控机连接，控制器采用RS-485通信网络通过双绞线与中控机连接通信。控制器由开关电源模块、CPU模块、RS-485通信模块、开关量输入板、开关量输出板、模拟量输入电路组成；开关电源模块与CPU模块、RS-485通信模块、开关量输入板、开关量输出板、模拟量输入电路分别连接供电；CPU模块与RS-485通信模块连接，建立与中控机间的通信；开关量输入板与CPU模块连接，模拟量输入电路与CPU模块连接，开关量输出板与CPU模块连接。本发明技术简单、易于掌握，且投资成本低、运行及维护费用少、经济适用。
文档编号G05B19/418GK102156464SQ20111007477
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月16日 优先权日2010年12月16日
发明者乐琦, 卿晓霞, 周健, 王波, 王诚 申请人:重庆大学