一种污水处理厂TCP/IP局域网自动控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种污水处理厂TCP/IP局域网自动控制系统及方法，PIC16F877A控制器通过SPI通信协议实现通信芯片W5500实时交换数据，PIC16F877A控制器作为SPI通信的主控，当控制器在独立实现本终端控制的数据采集和控制指令输出时，PIC16F877A控制器实时将相关寄存器的数据通信芯片W5500传送并读取局域网上传送来的数据，通信芯片W5500将数据以TCP/IP协议输送到局域网上，符合数据地址要求的控制器接收到该数据作出相应的动作响应，实现终端机的数字和模拟量的控制与采集，实现系统自动化。该系统具有成本低，使用寿命长的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种污水处理厂TCP/IP局域网自动控制系统及方法
本专利技术属于污水处理
，涉及一种污水处理厂TCP/IP局域网自动控制系统及方法，具体地说，涉及一种基于PIC单片机的污水处理厂TCP/IP局域网自动控制系统及方法。
技术介绍
国外污水处理厂的自动控制技术起步较早，从大型污水处理厂到小型氧化塘，全部采用计算机自动控制、遥控和闭路电视等现代化工具。我国污水处理厂直到90年代以后才开始引进自动控制系统，但多是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统的应用还比较少。先后设置PID调节、比值、前馈、后馈、FCS(现场总线控制系统)，DCS(集中分散型控制系统)和最初的以太网技术，经历了几次重大的变革，自动化水平有了较大的提高。目前我国污水处理厂最为先进的自动化控制系统是用工业以太网配合FCS作为系统网络，也是世界上最先进的自动化系统，该系统配以高性能、高可靠的PLC控制站，并具有服务器的最新一代的控制系统。可编程控制器(PIC)是以计算机技术为核心的通用工业自动化装置。其最大的特点是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。而且PIC单片机可以精简指令使其执行效率大为提高，其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至220V交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便，同时降低了生产成本。TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)模型也被称作DoD模型(DepartmentofDefenseModel)。TCP/IP字面上代表了两个协议：TCP(传输控制协议)和IP(网际协议)。1983年1月1日，在因特网的前身(ARPA网)中，TCP/IP协议取代了旧的网络控制协议(NCP，NetworkControlProtocol)，从而成为今天的互联网的基石。现有技术中采用PLC控制系统的污水处理系统，该污水处理系统采用SBR循环处理的工艺，即序批式间歇活性污泥法，并结合PLC技术。以期实现污水处理过程的实时检测和控制，保障生产过程的连续性，降低劳动强度。此工艺由4个池组成，每个SBR处理周期包括进水、生化反应(曝气)、沉淀、排放等工序，污水在SBR中按序列间歇地进入每个反应工序。曝气使好氧、缺氧和厌氧状态交替进行，最终达到脱碳、脱氨和脱氮的目的。主控系统采用PLC和微机组成控制系统。PLC选用日本三菱公司FX系列可编程序控制器。软件变成采用FXGPW1N实现，组态采用MCGS6.2实现，PLC作为整个系统的控制中心，在系统过程中完成水泵、各个调节阀的动作，除污机和潜水搅拌机等的启停，液位检测信号的输入输出。污水处理远程计算机控制系统采用MCGS组态软件来控制和管理。这是一套用来构造和生成计算机监控系统的组态软件，通过对现场数据的采集显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种直观方式，向用户提供解决实际问题的方案。从而减少人员操作，提高污水处理系统的自动性和安全性。该技术存在以下缺陷：1、该主控系统体积较大，可封装性差。2、PLC(可编程逻辑控制器)的价格昂贵，成本特别高，不适合装置的批量生产。3、工业控制中，MCGS读取变量的速度非常慢，导致系统无法对污水实时处理。4、该污水处理系统为滞后系统，影响污水处理的时效性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种成本低、使用寿命长、可靠性高、方便维护的污水处理厂TCP/IP局域网自动控制系统及方法。其具体技术方案为：一种污水处理厂TCP/IP局域网自动控制系统，PIC16F877A控制器通过SPI通信协议实现通信芯片W5500实时交换数据，PIC16F877A控制器作为SPI通信的主控，当控制器在独立实现本终端控制的数据采集和控制指令输出时，PIC16F877A控制器实时将相关寄存器的数据通信芯片W5500传送并读取局域网上传送来的数据，通信芯片W5500将数据以TCP/IP协议输送到局域网上，符合数据地址要求的控制器接收到该数据作出相应的动作响应，实现终端机的数字和模拟量的控制与采集，实现系统自动化。一种污水处理厂TCP/IP局域网自动控制方法，包括以下步骤：(1)；系统通电，主机、从机、终端控制器启动。(2)；主机与从机通过定义串口相连，主机内部程序运行，通过SPI通信协议实现主机与从机交换实时数据。(3)从机通过网线与终端控制器相连，从机将命令指令传送给终端控制器，终端控制器执行命令，对处理对象进行操作，从而实现系统自动化。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术采用低成本器件PIC单片机，减少生产和维护成本。2、本专利技术将传统网络系统中的软协议用硬协议代替，提高系统运行的可靠性。3、本专利技术将系统核心控制板做成插拔卡，方便检修，从而降低设备维护成本。4、本专利技术采用TCP/IP局域网自动控制系统，从而实现控制终端的任意扩展。5、本专利技术改善主控系统的性能，延长系统的无故障使用寿命。附图说明图1为污水处理厂TCP/IP局域网自动控制系统的结构原理图；图2为PIC16F877A控制器的结构图；图3为通信芯片W5500的结构图；图4为污水处理厂TCP/IP局域网自动控制方法的工程流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。参照图1，PIC16F877A控制器通过SPI通信协议实现与通信芯片W5500实时交换数据，在本系统中PIC16F877A控制器作为SPI通信的主控，当控制器在独立实现本终端控制的数据采集和控制指令输出时，PIC16F877A控制器实时将相关寄存器的数据向通信芯片W5500传送并读取局域网上传送来的数据，通信芯片W5500将数据以TCP/IP协议输送到局域网上，符合数据地址要求的控制器接收到该数据作出相应的动作响应，从而实现终端机的数字和模拟量的控制与采集，实现系统自动化。如图2所示，控制系统的核心芯片采用美国微芯公司的PIC16F877A单片机。PIC16F877A的主要特点表现在：指令均为单周期指令；高灌/拉电流高达25mA；14个通道10位分辨率A/D转换器；带预分频器的16位定时器/计数器；10位PWM输出转向steering控制，最大频率为20kHz；支持RS-485、RS-232，主同步串行口(MasterSynchronousSerialPort，MSSP)模块支持3线SPI(总共4种模式)，和带有I2C地址屏蔽功能的I2C主/从模式通信。单片机具有通信速度快，外部集成功能多，驱动能力强等特点。不仅可以做到系统的驱动能力强，又可减少外围电路的设计，提高系统的可靠性；可以满足污水处理的多模拟量的采集和多数字量的控制。如图3所示，控制板卡系统的通信芯片采用的是W5500。W5500是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器，为嵌入式系统提供了更加简易的互联网连接方案。W5500集成了TCP/IP协议栈，10/100M以太网数据链路层(MAC)及物理层(PHY)，使得用户使用单芯片就能够在控制系统的应用中拓展网络连接，组成局域控制网络。由于芯片将TCP/IP协议硬件集成化，不仅提高了系统的通信速度。硬的TCP/IP协议可做到单片机编程简单，代码少，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种污水处理厂TCP/IP局域网自动控制系统，其特征在于，PIC16F877A控制器通过SPI通信协议实现通信芯片W5500实时交换数据，PIC16F877A控制器作为SPI通信的主控，当控制器在独立实现本终端控制的数据采集和控制指令输出时，PIC16F877A控制器实时将相关寄存器的数据通信芯片W5500传送并读取局域网上传送来的数据，通信芯片W5500将数据以TCP/IP协议输送到局域网上，符合数据地址要求的控制器接收到该数据作出相应的动作响应，实现终端机的数字和模拟量的控制与采集，实现系统自动化。

【技术特征摘要】
1.一种污水处理厂TCP/IP局域网自动控制系统，其特征在于，PIC16F877A控制器通过SPI通信协议实现与通信芯片W5500实时交换数据，PIC16F877A控制器作为SPI通信的主控，当控制器在独立实现本终端控制的数据采集和控制指令输出时，PIC16F877A控制器实时将相关寄存器的数据向通信芯片W5500传送并读取局域网上传送来的数据，通信芯片W5500将数据以TCP/IP协议输送到局域网上，符合数据地址要求的控制器接收到该数据作出相应的动作响应，...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂友超，龚克，胡雪慧，冯萍，王秋实，余大庆，
申请(专利权)人：涂友超，
类型：发明
国别省市：河南;41