摘 要

随着当今社会的经济不断发展，自然生态环境所面临的压力也是越来越大，很多地区都出现了水资源缺乏的现象。同时由于在发展过程中对水资源不断地污染与破坏，各个区域的地表水质都面临着极大的威胁，这种情况极大的限制了可持续发展战略的实施。本文讨论的水质自动监测系统通过对水质的各项参数进行监测以及对异常数据的及时上报，及时采取有效措施可以对于此类问题可以提供一定的帮助。

本文的完成的主要工作是设计一个功能较为完备的水质监测系统。首先是介绍了课题背景和国内外的发展现状。其后简要介绍了课题的实现方法，以及课题要求的测量参数和水质检测分析仪的选型。之后论述了水质监测系统的硬件设计，分别对取水系统、预处理系统、清洗及除藻系统、配电系统、数据采集传输系统进行了分析。最后完成的是对水质监测系统的软件系统，介绍了水质监测系统的控制流程，以及组态软件的各个功能。

PLC拥有比较全面的控制功能（逻辑控制、定制控制、记时控制、顺序控制）以及数据采集、储存与处理功能，而三菱PLC具有上手容易，编程语句全面的特点。因此，本次设计采用三菱PLC作为水质监测系统的控制核心，可以充分的符合课题要求，充分实现自动采集水样，分析，处理等功能。在上位机方面，采用了北京昆仑的人机交互界面，编程软件同样采用北京昆仑公司的MCGS软件。MCGS软件同样具有上手简单、功能完备的特点，可以比较理想的实现用户管理、设备状态监控、历史数据查询、历史/实时曲线显示等功能。

关键词：水质监测 PLC 工控机 环境监测 组态软件

ABSTRACT

As the economy of today's society continues to develop, the natural ecological environment is facing increasing pressure, many areas have emerged the phenomenon of lack of water resources. At the same time, due to the continuous development of water resources in the process of pollution and damage, the surface water quality in various regions are facing a great threat, this situation greatly limits the implementation of sustainable development strategy. This article discusses the water quality automatic monitoring system through the monitoring of the parameters of water quality and the timely reporting of abnormal data, timely and effective measures can be for such problems can provide some help.

The main task of this paper is to design a more complete water quality monitoring system. The first is to introduce the background of the subject and the development of the status quo at home and abroad. Then briefly introduced the realization of the subject, as well as the requirements of the measurement parameters and water quality testing analyzer selection. Then, the hardware design of water quality monitoring system is discussed. The water supply system, pretreatment system, cleaning and algae removal system, power distribution system and data acquisition and transmission system are analyzed respectively. The final completion of the water quality monitoring system is the software system, introduced the water quality monitoring system control process, and configuration software of the various functions.

PLC has a more comprehensive control functions (logic control, custom control, chronograph control, sequential control) and data acquisition, storage and processing functions, and Mitsubishi PLC has easy to get started, comprehensive programming features. Therefore, this design uses Mitsubishi PLC as the core of water quality control system control, can fully meet the requirements of the project, the full realization of automatic collection of water samples, analysis, processing and other functions. In the host computer, the use of Beijing Kunlun human-computer interaction interface, the same programming software used in Beijing Kunlun MCGS software. MCGS software also has a simple start, full-featured features, you can more ideal for user management, device status monitoring, historical data query, historical / real-time curve display and other functions.

Key words: water quality monitoring, PLC, industrial personal computer, environmental monitoring, configuration software

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第1章 绪论 1

1.1 课题背景和研究意义 1

1.2 国内外发展现状 1

1.3 论文研究的内容 2

1.4 本章小结 2

第2章 水质监测系统的结构设计 3

2.1 监测系统的设计方法 3

2.2 水质检测指标 3

2.3 水质检测分析仪的选用和介绍 4

2.3.1 多参数水质分析仪 4

2.3.2 氨氮分析仪 8

2.3.3 高锰酸盐分析仪 9

2.3.4 总氮总磷分析仪 10

2.4 本章小结 11

第3章 水质监测系统的硬件设计 12

3.1 取水系统 12

3.2 预处理系统 14

3.3 清洗及除藻系统 15

3.4 配电系统 16

3.5 数据采集传输系统 17

3.6 PLC控制及I/O分配 18

3.7 本章小结 20

第4章 水质监测系统的软件设计 21

4.1水质监测系统的PLC控制软件 21

4.1.1总体控制的PLC控制流程 22

4.1.2 清洗流程的PLC控制 23

4.2工控机软件设计 24

4.2.1登陆主界面 25

4.2.2监测主界面 26

4.2.3 监控界面 27

4.2.4 历史/实时曲线 29

4.3 本章小结 30

第5章 结论与展望 31

参考文献 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 课题背景和研究意义

水作为人类的生命之源，人类的一切生命活动都离不开水。如果无法保证良好的水质，那么人类正常的生理生化反应也无法保证了。现在世界上每天约有2500人死于饮水受到污染所导致的疾病，并且这样的现象在发展中国家尤其严重。在发展中国家，80%的病例和1/3的人口死亡与水污染相关^[1]。

随着人口的增加，经济的发展，我国的水质恶化，水生态环境脆弱，富营养化的问题越来越严重，监测治理所面临的压力也越来越大。随着经济更进一步的发展，资源消耗的增加和污染物排放的增加也是一个不容忽视的问题^[2]。如何保持一个发展与环境的平衡，不让环境来制约国家的发展，现在成了一个所有人都必须面对且急需解决的问题。因此加强水质的监测管理是势在必得的，实现水质的实时在线监测是关系到国计民生的大事件，地表水水质自动监测是治理水污染的第一步，是有效保证水生态环境稳定安全的支持和保证^[3]。

1.2 国内外发展现状

水质监测系统最开始起步还是在国外，早在上世纪70年代，欧美、日本等发达国家就对其境内的江、河、湖等地表水采取了自动监测措施。虽然当时的检测设备不够完善，精确度也不够高，但这些发达国家基本上在全国范围还是对其采取了广泛的应用^[4]。然而在20世纪80年代初期，美国、德国等国家基本上就能够对水质进行比较精确、完善的测量了。它们通常测量的数据有水质五参数、氧化还原电位，氨氮等，后来又增加了化学需氧量、重金属、总磷等^[5]。目前国际上应用比较广泛的是通过GPS卫星定位系统、GPRS通信技术来建立无线分布水质自动监测系统。他们可以按照某一个固定的时间间隔向监控中心传输各种检测数据，比如每隔十分钟就向监控中心传输一次数据。这样监测中心就可以实时掌握各个时段的水质情况。整体上看，发达国家的水质监测技术基本上已经趋于成熟^[6]。