【《基于物联网技术的渔场环境监控系统设计与实现》11000字】

基于物联网技术的渔场环境监控系统设计与实现摘要近几年来,由于这类水产品本身具有精良的高蛋白、低脂肪、营养平衡等优势,获得了人们日益增长的青睐。近几年我国的水产养殖总生活量已达7000万吨,水产品总生活量均处于占中国甚至是全世界生活量的70%以上,排名中国全球第一,水产养殖总面积差不多达到了2000万平方米,但国内的水产养殖大部分都是采取粗放式管理,有着企业现代化、信息化、智能化水平程度低等问题,监控环境影响因素单一等亟待解决的突出问题,容易导致水体污染、水产品质量下降等不良后果,因此通过充分运用新兴科学技术手段实现水产养殖业的信息化、智能化发展已经是势在眉睫。本文主要是通过对基于plc及其他相关软件技术的深入探索和应用研究,设计了一种基于智能物联网的新型各类水产产品养殖企业环境监测智能动态监测自动管理监控系统,通过基于plc及相关软件的技术开发和系统设计,对目前全球各类新型水产产品养殖企业环境监测中的出水温度、ph、溶解和含氧等各种不同水质养殖环境参数及其远程视频监测信息等数据进行了实时、智能化的监测,使整个新型水产产品养殖企业环境监测智能管理监控系统能够具有智能一体化、自动化,即企业能够同时实现各种水产企业养殖的对各种生产养殖工作周围环境监控实施了一个智能实时的远程监控智能化环境监控,方便了企业用户随时、任意地随时进行对各种生产养殖工作周围环境的远程控制。关键词：物联网；渔场环境；PLC；监控系统目录摘要 页第一章绪论1.1课题背景和意义近年来，我国水产养殖总量已达7000万吨，占世界各类水产品的70%以上，居世界第一，水产养殖总面积已近2000万平方米。水产养殖业不仅能够在解决粮食问题,还可以提高居民的生活质量、增加有关人员的工作收入等方面起到重要的作用。但长时间以来,我国水产养殖业依旧存在着现代化水平低、智能化程度低、劳动强度高、效率低、污染严重等一系列问题,对我国水产养殖业的进一步发展造成了不利影响。由于在我国大部分地区进行水产养殖生活的过程中,产量和利润始终位居首位,容易出现产能严重过剩,水产养殖的过程有可能会对整个巨大的水产养殖业造成一定程度上的破坏。根据有关统计资料,我国在进行水产养殖生活的过程中,由于各种自然灾害而导致的年度损失总额已经超过100亿元,这与当今社会发展下的水产养殖管理模式有很紧密的联系。随着社会发展脚步的加快,我们的生活质量变得更高,高质量的水产品也越来越被需要。当下水平的水产养殖模式,居民的需要很难被达到。因此,完善现代水产养殖机械行业的设备现代化和智能化已经成为发展我国现当代水产动物养殖行业发展迫切需要研究解决的重大问题。但我国水产养殖业长期存在着很多问题，比如现代化水平低、智能化程度低、劳动强度高、养殖效率低、环境污染较为严重等。通过相关资料和现场考察的比对,我们很快就可以看出这一切的关键是由于以下三个重要的原因:第一,大多数具备良好性能的水产养殖系统设备都是由国外工厂生产的,价格相对较高,运行时维护不方便,所以部分中小企业用户根本没有去引进的必要。其次,国内部分产品虽然具有的功能较为齐全,但是在实际中的作用并不直观、清晰,实用性、准确率不高。根据据统计,绝大部分的水产养殖企业从事农民工的养殖技术水平并不是很高,相关的专业方面科学知识内容也存在着欠缺,技术能力还有待加强。针对上述存在的问题会对我国水产养殖业的下一步发展产生不利影响,结合当前普遍流行的物联网技术和当前知识技术水平,迫切需要把物联网广泛运用到水产养殖领域,实现整个水产养殖企业的环保监测体系的现代化和管理智能化。1.2国内外研究现状根据以上介绍的水产养殖物联网技术的基础设计,包括了以下几种技术研究现状。首先,在探索和利用探测这种技术方面,自20世纪以来,工业革命不仅极大地促进了我们人类经济和社会的进步与发展,而且给我们的生活和环境带来了严峻的污染,特别是给我们的水质和环境带来了很严重的污染。而且相应水质的监督检测方法和技术得到了进步。目前,国外普遍使用的水质监测技术大多都是使用与之相应的水质参数传感器。随着化学材料和工程科学的不断进步,各种基于新型材料的智能水质环境传感器应运而生,如活性氧化锌薄膜纳米材料产品中的p-ph水质传感器、复合材料薄膜纳米材料产品中的超高溶解性臭氧水质传感器等,这些水质传感器一般都已经是完全具备了传统智能化应用程度高、功能多样、体积小、操作方便等基本特征。然而,我国水环境监测技术的研究却远远落后于国外,一开始需要引进大量的设备和技术。然而,近年来,我国也先后自主开发研制出了溶解氧传感器、ph传感器等一些国内专门用于各类水质检查的传感器,是否能够完全符合水质检查的基本要求,并且具备一定程度的稳定性与可靠性。另外,除了对水质的参数检测外,我国的一些专家和高端人才也设计出了水质参数分析仪。其次,在信息传递和检测技术方面,过去待测的水质相对落后。尽管从最大限度上确保了测试数据的精密性,但整个测试工作流程的滞后,无法及时进行测试。后来,一些专家和学者为了避免数据的延迟,选择直接在监测站内部建立了实验室,并将它们改造为移动式测量飞机(汽车),通过使用移动式实验室的装置来降低延迟,保证了实时性。上述两种方法虽然都具有某些优点,但是由于人力和物力消耗大,实用性偏差。目前一种常见的检测方法就是通过各类型的水质分析传感器软件来进行检测和分析获取各种水质分析样品所集中的水质数据,并且我们可以用有线或者无线的传输方式向其他客户进行传输,而不是直接通过传输提供给其他客户的各种水质分析样品。目前,有线总线联网光电传输技术在国外已经开始得到了广泛应用,现场总线联网无线传输技术中以其应用最为广泛。国内部分专业人才还对有线数据传输技术展开了一定的研究,但是有线数据传输模式仍然有着布线的问题。鉴于到水产品养殖业的特定环境,我们在选择时就需要特别重视传输线上的防潮与抗腐。针对有线数据传输模型中存在的一些问题,无线传输模式近年来得到了广泛的应用。国内外对无线通信技术的发展进行了深入的研究和推广。一些学者已经应用各种无线通信技术来实现多功能的远程数据传输communication.in,远程监测终端还要具有一定的数据分析和处理能力,目前流行的遥感监测终端软件大多可以直接与matlab等数据处理软件相结合，实现大部分的数据处理功能。最后,在遥感器监测远程设备的监测技术领域,国内外研究的重点己经由计算机遥感器监测向手机、平板电脑等移动客户终端的监测转变。目前正在研究中的主要目标是为什么让人机界面变得更加友好直观。对于目前大多数的移动终端系统而言,基于android的遥感器远程监测更为普遍,但其他移动系统中遥感器的应用仍然亟待进一步探索。与发达国家相比,我国的新型物联网技术仍然起步较晚,尽管近年来在我国己经有了赶超的势头,但目前仍存在着一些差距,适宜于我国大多数农村水产养殖企业从事智能化生活工作的产品还是亟待进一步探索。第二章系统总体设计2.1需求分析本水产监控管理系统主要需要的应用领域：水产传感器自动检测应用领域、无线通讯应用技术、智能水产控制应用技术等,具体的技术要求就是采用物联网智能水产养殖的智能水产监控器对系统技术进行了深入研究,通过各个传感器的监控节点,检测水产专业养殖各种工作环境影响它的因素,将通过检测采集到的监控数据经无线通讯传输的多种方式实时发送给水产监控管理中心并对其进行视频信息处理和图像显示,同时再发送到一台伺服驱动电机上可以实现水产遥控自动监控。系统的基本设计技术要求需要包括以下几个方面:（1）传感器控制传感器已经成为整个系统完整的数据和信息来源，就像人类的感觉系统一样，在整个系统中占据着最重要的地位。此外，针对水产品和畜禽养殖业的特殊情况，在选择传感器时应充分考虑传感器的防潮性和耐腐蚀性，尽量减少或增加更换其他相应设备的频率。通过研究和查阅相关资料，气候、ph和水中溶解氧含量的变化对健康生长尤的水产品研究具有重要意义。因此，本文将从这三个方面对水质参数进行综合分析和选择，并将其作为系统的主要检测因子。（2）监控管理中心控制需求分析。监控中心系统是整个系统的基础和核心，相当于人类的智能脑。通过自动编程和编译，对各种数据进行分析和处理，并发送到用户的远程终端，系统可以根据用户数据的实际分析和结果，自动控制相应的执行设备对养殖场环境进行调整，从而达到优化养殖场环境的目的（3）系统的无线通信部分根据应用的实际需求进行实时控制和分析。无线通信部分的控制是监控系统的重要核心部分，它实现了自动传感器与自动监控数据中心之间以及下位机与系统之间的无线数据实时通信，关键是需要系统在保证最高精度和数据准确度的同时实现系统数据的实时传输。其次，系统需要有自己良好的系统稳定性。（4）远程用户终端设计需求分析遥感用户终端是系统的一个组成部分，直接呈现给用户，代表了整个系统的形象。具有友好、直观的用户界面，具有功能齐全、操作方便等优点。2.2系统方案设计在基于移动物联网的中国水产养殖市场智能远程监控管理系统的技术开发与设计中，根据目前物联网系统的三层信息系统管理结构，即监控感知管理层，网络层和监控应用管理层，设计的监控系统由无线数据检测和远程控制管理层组成，网络层和监控应用管理层监控数据中心管理层和自动遥感器远程监控管理层由三个主要部分组成，总体的系统设计方案总体框图结构如下图右表所示。图2-1系统整体设计方案图一、无线水质参数检测与控制系统主要设备包括水质参数变化检测的各种自动感应器，水质参数调控制装置，摄像头等，系统设有自选的各种水质参数自动检测层，感应器主要包括物料水温，ph，溶剂氧含量计等，水质参数调节和自控层主要包括水质曝气器，酸碱度调和自控器。一方面，在无线网络中充分应用vzigbee无线数据传输技术，实时自动采集多个专用水质温度感应器各节点的数据作为数据源，进行高速，短距离的无线传输。同时，用户可以从水质监测系统核心层接收到相应的温度调节和参数控制指令。另一方面，该装置可用于区域环境监测中实时自动采集猪场现场视频图像和处理视频数据。二、监测处理中心层监控作为一个用户系统终端下位机和远程多个用户系统上位机间与终端间直接进行数据通讯的重要通信桥梁,负责对监测数据分析进行统计分析和采集信息处理,主要由三个组成部分共同组成:(1)根据水质感应器采集的数据，该装置能自动调和控制，保证养场生长期的最佳水质条件;(2)对怎么养过程实施安监;(3)监护仪控制液晶显示器进行同步监控，通过gprs或wifi网络，将饮用水水质和其他数据无线传输到远程用户管理终端。三、远程管理层包括上位机监视系统和海产养现场信息数据库，可在监控会前设置各种参数范围，显示异常时及时向用户发报警短信，并根据设置的参数自动调节环境参数，从而实现对监控系统的遥感实时智能监控。根据以上技术水平，我们大致可以将系统分为养殖水质与环境监测系统和安防监控系统两部分，包括五个功能模块：养殖生长状态检测、养殖环境调节、无线通信、控制中心和上位机远程控制显示。其中，水产品行业可主要实施水质环境智能行为识别，对未进入水产品防区的各类可疑情况和人员实施预警和报警信息通报。水质检测系统主要是基于水产养殖安全知识库的技术指导。它根据检测到的水质和环境参数，自动或手动控制部分水质调节装置的启停，不仅充分体现了水产养殖的智能化，而且有效地实现了水产养殖过程中的生命安全。在本文中，我们将选择与渔场环境监控系统关联的硬件，如表2-2所示。表2-2渔场环境监控系统硬件选型序号名称型号1可编程控制器PLCS7-3002数字量扩展模块SM3233模拟量扩展模块SM3354水温传感器DS18B205PH传感器ArduinopH6溶氧传感器RDO-2027触摸屏TP7008上下位机传输线路RS-485总线第三章系统硬件设计3.1PLC的选型plc是一种可编程序控制器，它使用可编程记忆体来进行内部存储程序、逻辑运算、顺序控制、时序控制、计数和算术运算，以及其他面向用户的指令，并通过各类机械或生产过程的数字或模拟i/o控制。这是工业控制的核心部分。目前，国内市场上有很多品牌的plc，如台达、汇川等，其中德国西门子是plc行业的“大人物”，在世界上占有70%到80%的市场份额。上市公司的业绩指标如下:1、I/O模块点:指输入和输出plc外部输入端子的总数。点数越多，载荷就越大。2、存储容量:指plc可以存储的数据容量的大小。程序和数据越多，需要的存储容量就越大。扫描速度:是指plc运行一条程序指令所需要的时间，单位是微秒。指令的功能和数量:功能越多，指令的数量越多，可以实现的功能越多，应用越广泛[4]。plc的选型以设计方案为依据，满足设备设计方案的要求，选型中plc的功能包括:操作功能、控制功能、通信功能和编程功能。电梯系统与乘客的生活密切相关，设备的选择应根据时间要求进行。由于其特殊性，选择稳定性高、抗干扰能力强、实时响应能力强、满足上述三点要求的模型是必要的。选用西门子s7系列plc、三菱fx系列plc和欧姆龙c系列plc。结合上述要求，设计了一种新型的电气控制系统。同时，选择了性价比较好的模型，建立了西门子s7-1200plc。西门子是世界领先的技术公司。公司成立于1847年，业务遍及全球200多个国家，致力于电气化，自动化和数字化。S7-1200系列plc是该公司于201年推出的。西门子s7-1200plc抗干扰能力强，稳定性好，具有良好的工业应用环境。在汽车工程、环境工程、采矿、化学工程等方面有着广泛的应用[5]。下图3.1为SIMATICS7-1200PLC的外观图。图3-1S7-1200实物图CPU模块选型设计：cpu是一种非常大规模的集成电路，其中文名称为“中央处理器”。在计算机领域，cpu是计算机的计算核心、控制核心和存储核心。它的主要功能是解释计算机指令和处理计算机软件中的数据。巧合的是，s7-1200plc也有相应的cpu模块,，如图3-2所示：图3-2CPU模块实物图plc的cpu模块集成了微处理器、电源、数字输入输出电路、模拟输入输出电源、profinet以太网端口等功能于一体的小型外壳。每个cpu可以安装一个信号板，安装后不会改变其大小。同时，集成在s7-1200中的profinet接口用于计算机编程、hmi接口设计或与其他设备的通信。S7-1200的5种型号的CPU如下表3-1。表3-1S7-1200CPU型号集合类型CPU1211CCPU1212CCPU1214CCPU1215CCPU1217CDI/DO点数AI/AO点数6入/4出2入8入/6出2入14入/10出2入14入/10出2入/2出14入/10出2入/2出SM模块扩展个数无2888工作存储器/装载存储器50KB/1MB75KB/2MB100KB/4MB125KB/4MB150KB//4MB需要输入输出点的数量和大量的数据。S7-1200plc有五种不同类型的cpu，如上表所示。1214c型cpu最终被选中，它包含三个不同的版本，如表3-2所示。表3-21214C各版本参数版本电源电压DI输入电压DQ输出电压DQ输出电流DC/DC/DCDC24VDC24VDC24V0.5ADC/DC/RLYDC24VDC24VDC5-30V2AAC/DC/RLYAC85-264VDC24VDC5-30V2A本设计选用1214cdc/dc/rlycpu模块。14个数字输入接口，10个数字输出接口和2个模拟输入接口。电源电压为24伏，plc中的信号模块也称为i/0模块。顾名思义，就是把外部设备的信号转换成电信号，输入plc与之搭建桥梁。信号模块通常安装在cpu模块的右侧，以便扩展，而扩展能力最强的cpu可以扩展其他8个信号模块，以增加输入和输出点的数量。本设计中使用的cpu信号模块为为6se7232-4hd32-0xb0。有14个DI端口10个DO端口2个AI端口和4个AO端口。如图3-3所示：图3-3SM模块实物图通信cm模块选型介绍:西门子s7-1200plc具有非常强大的通信功能。可以增加三个通信模块，采用现场总线通信、点对点通信和profinet通信。3.2水温传感器选型根据这种控制器的要求,在系统的整体设计控制工作进行过程中我还可以考虑选用一种防水式ds18b20水温性能传感器,其具体性能参数的详细信息见下面的图表3-4。表3-4防水式DS18B20参数指标其主要的工作用的原理主要是在ads18b20有一个高于低温度频率系数的晶振和一个低于高温度频率系数的晶振,其中由于高低温频率系数的变化，导致产生的温度振荡变化频率也比较大,根据这一点，两者之间的温度差别即我们可以通过温度计算公式得出当前的晶振温度变化值。ds18b20采用1wire总线传送方式，控制器能通过引脚直接从感应器读取数据，操作方便。提供3V或5V电源模式。当选择3V电压力作为电源时，需要电压力上拉。这种无线通讯方式能有效果减少信号间的联系，效率高，功耗低，可靠性和稳定程度都比较高。防水型ds18b20实物结构图和电路链接结构图分别为如下表3-2所示。图3-2防水式DS18B20实物图3.3pH值传感器水的pH值的检测设备主要依靠在线pH检测设备，博取PHG-2091型号。主要用于工业pH检测。仪器具有定时、定期开关量信号输出，用于连接清晰电极设备。使用时外接220V交流电源，选用PH8021电极测量pH，安装时，仪表与采样点距离不超过20米[15]。3.4溶解氧浓度测量仪根据工程实际测量要求，选择诺博DO-6800溶解氧测量仪。溶解氧浓度测量范围是0~20.0mg/L，具有0~130摄氏度自动温度补偿功能，可在0-60℃环境下使用，采用4~20mA电流输出信号和220V交流电工作电压。此外，DO-6800测量仪还具有以下功能：（1）可根据现场条件要求设置高低点控制输出；（2）具有自动洗功能，抗干扰能力强；（3）可以正向或反向范围输出；（4）支持物联网技术，最新的极谱分析技术和看门狗的特征。其实物图及原理图如图3-3，3-4所示。图3-3溶解氧传感器实物图图3-4溶氧传感器原理图3.5RS-485总线主机与服务器间的短信传输实际上是指令的发出和模块的接受与执行。在本文中，我们选择RS-485总线作为上下位机间的传桥梁，以满足上下位机间的传性能要求。RS-485总线类型有两种接线方式：2线和4线。现在，四线制系统很少使用，因为他们只能提供点对点的数据传输，而二线制系统能在同一条干线上提供多个连接。点传功能，使用方便，用途广泛。接法也很简单。只要把“+”和“+”连起来，把“-”连接到“-”。本文采用二线制方式完成PLC与其他时段的通讯。3.6西门子TP700触摸屏本文将SIEMENSTP700触摸屏作为主机硬件。触摸屏主要用于促进用户交互，改善用户体验，使房间信息更加直观。用户可以通过触摸屏查看渔场的所有信息，并监控水温、PH值等信息。西门子TP700触屏通常是垂直装的，能装在房间的墙上，不仅美观而且操作方便。它包括两个储存插槽来保护您的数据短信。西门子TP700触摸屏的硬件如图3-5所示：图3-5西门子TP700触摸屏3.7系统I/O点分配首先，初始化与OV7670相关的IO端口，并完成寄存器序列的初始化。初始化后，可以收集视频图像。以下是PLC的I/O分配。表2-1PLCI/O分配输入地址输入注释输出地址输出注释I0.0入口压力Q0.0输出门开I0.1出口压力Q0.1输出门关I0.2主机电流Q0.2循环门开I1.0入口压力Q1.0输出门开I1.1出口压力Q1.1输出门关I1.2主机电流Q1.2循环门开I2.0入口压力Q2.0输出门开I2.1出口压力Q2.1输出门关I2.2主机电流Q2.2循环门开

第四章系统软件设计4.1博途TIA硬件组态与程序设计在编程之前，一个必不可少的步骤是硬件配置。硬件配置，顾名思义，就是把PLC的硬件模块设备信息下载到CPU，让CPU知道它们。本设计的硬件配置基于以前的硬件配置。首先，进入TIA软件，创建一个新项目，打开该项目，并尝试在“插入控制器”选项中选择此设计中使用的控制器如图4-1所示：图4-1控制器选型在选完控制器之后，依据硬件设备的条件，选择与其对应的设备，进而完成全部的硬件组态，完整组态如下图4-2所示：图4-2硬件组态图上图中的硬件配置图有五个模块，分别是CPU模块、AI模块、AQ模块和通信模块。将设备放入导轨中进行编译和下载。下载前请注意PG/PC接口的设置。下载完成后，我们开始编写和设计程序。STEP7的编程语言是LAD、STL和FBD。本设计采用线性规划，所以需要用到LAD梯形图语言。与其他语言相比，它更容易理解，逻辑关系强。在完成硬件组态之后，进行编译，下载到需要使用设备当中，方便检验现场硬件和在线设备是否连接成功。完成之后，就可以进行程序块的编写了。4.2系统程序设计4.2.1进水流程设计如图4.3所示为液位控制流程图。图4-3粗格栅液位控制流程图由图4-3可以看出，首先对系统进行初始化，然后判断系统是否需要控制液位。如果是的话，就判断这个系统。否则，不要执行以下操作。如果液位差超过20厘米，从皮带输送机和延时器开始。当时间达到30秒时，启动粗网格。否则，结束进程，当时间达到60s时，关闭皮带输送机，结束流程。4.2.2出水流程设计消毒功能属于水处理的出水环节，如图4-4所示为消毒操作出水流程图。图4-4消毒操作出水流程图首先对系统进行初始化，然后判断液位是否超过-9.25m。否则，关闭2号水泵。相反，打开1号水泵变频器。用变频器提高1号水泵运行速度，使其在5分钟内达到全速。此时，1号水泵将全速运转。接下来判断液位是否超过-8.90m。否则，立即关闭3号水泵。相反，打开延时定时器，在变频器的作用下，在5分钟内将2号水泵转速提高到最大值。4.3系统控制梯形程序图设计（1）基于PLC的渔场环境监控系统的一部分总手动控制梯形程序图如图4-6所示。图4-6控制系统部分总手动控制梯形程序图在启动手动控制的梯形图中，i0.1为手动操作模式的控制按钮，m0.0为危急情况下的急停按钮，i0.2为自动操作模式的控制按钮，m0.1为手动操作模式的指示。在手动控制梯形图中，i0.4为粗格栅机控制按钮，m0.4为粗格栅机运行指示，i0.5为粗格栅清渣机运行控制按钮，m0.5为粗格栅清渣机运行指示，i0.6为1、2提升泵运行按钮，m0.6线圈是1、2提升泵的操作按钮。通过以上指令图，就可以远程启动和停止本系统的工艺设备。（2）基于PLC的渔场环境监控系统的手动控制模式的曝气机变频梯形程序图如图4.7所示。图4-7手动控制模式的曝气机变频梯形程序图曝气机变频控制梯形图中，M1.5表示1号曝气机变频运行，M1.6表示2号曝气机变频运行。I2.6为曝气机控制变频升频按钮，I2.7为曝气机控制变频降频按钮，每次曝气机变频频率增减5%。通过命令图，可以切换额定频率和变频的控制方式。在变频控制模式下，可实现1、2曝气机的变频运行。（3）基于PLC的渔场环境监控系统的自动控制模式的粗格栅机梯形程序图如图4-8所示。图4-8自动控制模式的粗格栅机梯形程序图M0.3表示自动模式，T37执行定时20min命令，m2.6表示粗格栅机停止工作，M0.4表示粗格栅机正常运行。T38的功能是执行计时12分钟的命令，C1的功能是执行计数10次的命令。T38和C1的结合可以实现计时2小时的功能。通过上面的命令图，可以自动控制粗格栅机。在粗格栅机运行20分钟后，粗格栅机将停止工作2小时，然后运行20分钟，然后交替停止。（4）基于PLC的渔场环境监控系统的自动控制模式的提升泵梯形程序图如图4-9所示。图4-9自动控制模式的提升泵梯形程序图M0.3为自动模式运行指示，M3．0为提升泵房液位值低于低设定值，m0.6为3提升泵启动工作指示，T39功能是执行时间2s的命令，I3．4为提升泵房液位值低于低设定值。I3．3将把泵房的液位提高到高低设定值范围内。I3.2是从水位到高设定值。T40的功能是以2S的固定时间执行命令。I3.1为水位达到报警值时的报警命令。M3.1为报警指示。通过4.13和4．14指令图，可以对提升泵的过程进行自动控制。为了防止传感器检测值误判，定时为2s以防止误判。

第五章上位机设计及系统调试5.1监控系统WinCC组态监控画面设计随着计算机技术的飞速发展，软件技术也得到了飞速的发展。组态软件是数据采集与监控系统的软件平台，是工业应用软件的重要组成部分，已广泛应用于石油、化工、电力等方面。本文使用的WinCC版西门子为V7．3版，其性能特点如下：通用范围广，操作简单，适用于所有工业和技术解决方案。WinCC系统组件构建各种编辑器来生成屏幕、脚本、警报和报告。V7．3版本的WinCC支持OPWindows8号，同时通过采用SSL加密技术来加强通信安全。在本设计中增加了通信驱动程序。在此版本之前，如果要想与S7－1200/1500通信，您需要应用OPC软件[8]。WinCC人机界面设计过程。（1）变量管理首先，添加设备驱动程序，本设计是与控制器进行通讯连接，具体通讯见第5.2章，变量分为外部变量和内部变量。外部变量：也称为过程变量，通过数据地址与PLC直接通信的变量。没有外部变量，WinCC就无法与PLC通信。这说明了它的重要性和外部变量的建立过程如下图5-1所示：图5-1建立外部变量内部变量：内部变量没有相应的进程驱动程序，因此它们不需要连接到PLC。内部变量的数据直接传送到人机界面执行相应的指令。在这个设计中，不使用内部变量，而是使用外部变量和与PLC相连的系统变量。系统变量：WinCC提供了一些预定义的中间变量，称为“系统变量”。每个系统变量都有明确的含义，可以提供现成的系统功能。在本设计中，借助于系统变量，在监控界面上实时显示时间和日期，实现了系统变量的生成如下图5-2所示:图5-2建立系统变量5.2建立控制系统与监控系统之间的通信为了建立控制和监控系统之间的通信，在建立通信之前，需要在wincc和simatic的s7－1200/1500之间建立TCP/IP通信驱动程序。(1)确认以太网卡在pc上的安装和设置，将网卡cp1613或普通网卡插入pc主板的插槽，然后在控制面板界面“弹出对话框”中选择“setpg/pc”，在应用程序访问点的下拉菜单中添加pip，从而在下拉菜单中有“tcp/ip”协议分配参数。经过选择和确认，成功地设置了wincc的通信协议。(2)在wincc中选择通信卡，选择“variablemanagement”，右键单击“addnewdriver”，然后选择“simatics7-1200，s7-1500channel”，如图5-3所示。并在osm+下创建一个新连接s7-1200，如图5-4所示。选择s7-1200，右键单击弹出快捷菜单，然后单击“连接参数”，如图5-5所示。图5-3添加S7-1200驱动程序图5-4新建连接图5.5“连接参数”设置这样一来，便成功的建立了PLC与WinCC的通信。5.3系统监控界面设计5.3.1主界面设计如图5-6渔场水质处理工艺流程所示，屏幕左侧有工艺流程图、粗格栅、渔场水池、吹风机房、巴氏消毒流水池和电力系统按钮。单击这些按钮可自动跳转到链接屏幕。在屏幕的右侧，有声音抑制、闪烁停止和报警确认。单击这些按钮可自动跳转到相应的操作。屏幕的中间部分是系统流程的主屏幕。操作员可以根据屏幕中图标的提示点击图标进入各个过程控制屏幕，如细格栅、沉砂池、渔场池等。图5-6工艺流程界面设计5.3.2渔场池塘监控界面设计渔场池塘理池是水质处理的主要设施，用于去除池塘中水中的有机物和进行净水反应等。通过鼓风机曝气、推流器、搅拌器共同作用使活性污泥呈悬浮状态在氧化沟内循环流动。其中鼓风机是水质处理关键的控制设备，关系到渔场池塘活性污泥生长环境和出水水质的好坏，同时也是水质处理节能降耗的关键所在，如图5-7所示。图5-7渔场池塘界面设计5.3.3鼓风机房监控界面设计鼓风机房的主要功能是利用鼓风机对曝气沉淀池底部进行曝气，使水处理池中的生物活性物质与污水中的物质充分反应，达到去污的目的。风机房监控接口主要负责风机、风机、轴流风机的监控，如图5-8所示。图5-8鼓风机房界面设计“恒DO闭环控制”是鼓风机常用的控制方式。通过改变鼓风机的送风量实时调整生化池里的DO值，从而使DO稳定在一个相对适合的范围内。“恒DO闭环控制”一般用于A2O处理工艺中，“单闭环恒DO控制”一般用在单一渔场池塘模式下，主要用于A2O工艺的中小型水质处理系统中。5.3.4报警值设定报警值设定包括PH值报警值、流量报警值、液位报警值三种，通过组态界面可以对其进行上限值及下限值的设定。液面报警值设定框如图5-10所示，流量及PH值报警值设定框如5-11所示。图5-10液面报警值设定界面图5-11流量及PH值