基于VBNET的矿井废水监控系统的设

1、The design and realizing of examining and data-collecting system in mine wastewater processing base on VB.NETCHEN Jian-bo1 , SHI Dong-wen 1, XI dan-li1 , T ANG Zhen-hua2 (1.College of Environmental Science and Engineering Donghua University,Shanghai 200051,China; 2. Environmental Monitoring Station

2、of Jiujiang , Jiujang 332000, ChinaAbstract: In the field of modern waste treatment, online data acquisition and computer control are key factors. Combining the application of process examining and data-collecting system in mine wastewater processing, this article introduce the design and realizing

3、of developing application software based on VB.NET. It emphatically shows the technologies of realizing communication and disposing real-time datum and history datum.Key words: process examining and data-collecting system; communication ; real-time datum; History datum第一作者:陈健波,男, 1975年生, 2003年毕业于江苏大

4、学环境工程系,硕士学位。现东 华大学环境科学与工程学院攻读博士学位,主要研究方向:水处理的计算机仿真与控制。联系地址:上海市延安西路 1882号东华大学 324信箱 陈健波E-MAIL:基于 VB.NET 的矿井废水监控系统的设计与实现陈健波 1,施东文 1,奚旦立 1 ,唐振华 2(1.东华大学环境科学与工程学院 ,上海 200051; 2.九江市环境监测站,江西 九江 332000摘要:在现代污水处理技术中,实现数据的实时采集和计算机监控是一项关键技术。本文结合矿井废水处 理过程监测软件的应用,介绍了基于 VB.NET 的应用系统的设计及其实现,重点介绍了通信方法的实现、 实时数据和历史数

5、据的处理。关键词:监控系统; VB.NET ;通信;实时数据;历史数据前言作为当今使用最广泛的编程工具之一, VB.NET 是一种可视化的完全面向对象的 WINDOWS 开发语言, 它支持抽象性、 封装 性、 继承性和多态性, 并支持重载和结构异 常处理。 VB.NET 简单易学,同时又是一种 功能强大和伸缩性强的开发工具, 既可以开 发小型应用程序, 也支持大型的企业级应用 开发。 本文就是以矿井废水处理过程的监控 系统的应用为例, 介绍采用 VB.NET 开发监 控软件的具体过程, 并将其应用于实际的工 程项目。1矿井废水处理的监测和控制量矿井废水处理系统中有多工艺参数和 过程变量要进行监

6、测, 这些量都是计算机系 统的巡回检测量。 为了正确判断废水处理的 工况, 及时给出相应的操作控制策略, 保证 处理过程的稳定, 我们给定了一组描述系统 工况的监测量和一组系统操作控制量。 1.1监测量监测量共 7组,由下位 PLC 实测所得。 它们是:(1污水进水流量 A 、 B , 实际范围 0 100方 /小时;(2A1、 A2 、 B1、 B2药剂计量泵频 率,实际范围 050Hz ;(3配水井液位,实际范围 07.0m ;(4储药罐 A 液位、储药罐 B 液位, 实际范围 02.0m ;(5一体化设备 1#、 2#、 3#、 4#PH 值,实际范围 014;(6一体化设备 1#、 2

7、#、 3#、 4#电导 率,实际范围 -21002100mV ;(7一体化设备出水浊度,实际范围 0-500NTU ;控制量控制量共 5组, 这 5组控制变量可以在 现场手动控制, 也可以由上位计算机自动或 手动控制。(1污水泵房污水提升泵开停;(2污水进水 A 、 B 的流量;(3A1、 A2 、 B1、 B2药剂计量泵频 率;(4116# 电动阀门开停;(5搅拌电机 A 、 B 开停;2 系统组成和软件总体设计系统网络结构从下到上依次分为:现场 级(由先进控制仪表和执行机构组成 ,控 制 级 (由 西 门 子 S7-CPU318-2DP 、 S7-CPU224PLC 通过 PROFIBUS

8、-DP 现场总 线网络构成 ,车间级 (工控机,车间级与控 制级之间通过 MPI 网络进行通讯 ,管理级 (厂级管理局域网络 。管理级主要由局域网 构成,也可以由局域网连到 Internet 上进行 远程监控和操作。 而本系统主要是采用无线 Modem 来实现这一远程监控功能,因此具 有比目前有线 Internet 更高的灵活性和实时 性。监控系统的用户界面要求是图形化, 多 媒体化, 实时过程中的监控数据要求在处理 后以数字、 动画形式提供给操作人员, 界面 必须形象生动、 直观并且方便操作。 考虑到 VB 代码效率不及 VC 高,因此系统不应有 太多的动画、 声响, 否则会导致系统相应速

9、度。 根据矿井废水处理的实际工作流程, 经 过认真分析, 在系统中设计了 6个主要操作界面:(1 主界面 工艺参数的动态及动画 显示、控制方式(手 /自动的选择; (2指导参数的设定 设定生产指导 参数,对比动态显示当前工艺参数;(3操作日志记录 显示和查询设备 使用的时间和操作人员;(4故障信息记录 显示仪表设备故 障信息;(5 数据查询 动态显示实时数据趋 势、以曲线形式查询以往记录;(6参数修正 必要的参数修正和报 警极限的重新设定;(7打印 数据报表的打印; 由于系统是实时性监控系统, 计算机需 要完成大量的显示、打印和人机交换工作, 即常被称为前台作业; 同时还要完成大量的 实时数据

10、处理, 存储及通讯任务, 即常被称 为的后台作业。系统既要保证数据的实时 性、又要保证界面切换在感觉上的连续性。 为此我们将后台任务的全部工作设计成不 同的类柔合放入不同的程序段, 在前台作业 的同时通过定时中断的方式完成后台作业 的各个任务。3 VB 实现的关键技术3.1 PC与 PLC 通信的实现在硬件上, PC 与 PLC CPU3 18-DP 之 间的数据通信是通过 PC/MPI适配器连接实 现的,而西门子公司的 PRODA VE S7软件 包的动态链接库 (DLL提供了 大量的基于 Windows NT ,Windows95/98, Windows3.11或 MS-DOS 的函数,这

11、样就使用户自行开 发解决 PC 与 PLC 之间的数据交换和数据处 理的问题变为可能。动态链接库是一种过程库, 应用程序可 以在运行的时候链接并使用它, 这种链接又 不同于编译时的静态链接。在 WINDOWS 系统中, DLL 是最重要的组成要素之一。 许 多大型的应用程序包括 WINDOWS 本身都 包含了大量的 DLL 。PRODA VE 的动态链接库提供的函数 主要有 :(1 load_tool PC 机与 PLC 系统初始化 链接;(2 unload_tool 断开 PC 机与 PLC 系 统链接;(3 db_read从 PLC 的 DB 块中读数 据字;(4 db_write向 PL

12、C 的 DB 块中写数 据字。当使用 DLL 函数时,必须在标准模块 代码窗口中声明 DLL 函数过程,此后才能 在程序中调用 DLL 。以下以 load_tool函数 为例说明系统通讯的工作过程。 load_tool函数主要用来初始化适配器和初始化链接 地址,它的声明格式如下:Public Declare Function load_tool Lib "w95_s7.dll" (ByVal no As Integer, ByV al name As String, ByV al adr As String As Integer程序调用的过程为:PLC_adr_table

13、= Chr(2 & Chr(0 & Chr(2 & Chr(0myflag.S7Err = load_tool(1, "S7ONLINE", PLC_adr_table此函数传送 3个参数:no :此参数设置可激活连接的数量, 连接个数最多可达 16个。此例中 no 为 1; name :用户驱动设备名称,如 MPI 驱 动器的设备名为“ S7ONLINE ” ;adr :连接部分的地址列表指针; 如果没有错误,此函数返回 0,否则返 回错误信息的相应 16进制代码。3.2 自定义数据库的设计工控软件最重要的是稳定性, 如果系统 利用其他的数据库作后

14、台, 一方面增加了软 件对其他数据库的依赖性, 另一方面也增加 了软件的复杂性。 再者, 一般商业数据库虽 然功能强大, 但是大都不能保证实时性。 因 此, 几乎所有的组态软件都自带数据库。 对 于国内中小型的水处理项目, 自控部分的主 要工作是简单的仪表监控和执行机构的控 制,不必使用相对价格较高的组态软件。 在我们开发的监控软件中使用了自定 义数据。 自定义数据库分实时数据库和历史 数据库。 实时数据库就是存储在内存中的当 前一段时间系统采集的数据。 而历史数据则 是系统存储在硬盘中的每日数据。 实时数据和历史数据是两个独立的过程。实时数据通过静态数组实现。 我们规定 系统每 4秒采集一次

15、数据, 静态数组保存的 数据最多为一个小时, 因此这个数组的长度 为 900。 历史数据通过数据文件的形式实现, 我们将每日的数据存成一个单独的文件。 系 统每 30秒存储一次采集的数据,因此每日 的数据中有 2880条记录。每日的数据文件 以当天的日期作为文件名进行存储, 这样可 以很容易通过编程定位数据文件, 减少数据 查询的时间。4 实时和历史数据趋势图的实现4.1 实时数据趋势图的实现实时数据曲线反映的是现场数据的实 时性, 因此对绘图效率, 定时精度提出了较 高的要求,同时要求曲线动态变化。实时数据趋势的显示是通过对实时数 据库的操作实现的。 曲线绘制仿照数字示波 器的显示方式, 从

16、绘图区的最左端开始绘制 曲线, 当曲线到达绘图区最右端时, 再将绘 图的起始点置于最左端, 并将图像清除, 实 现从左到右的循环刷新。VB.NET 提供 Drawline 方法可用于曲 线地绘制,但是与 Visual Basic. 6.0相比, VB.NET 的绘图功能大大增强,程序设计的 方法也与 Visual Basic. 6.0大相径庭。为了 在指定的控件或窗体上画图, 可以按以下步 骤操作:1. 声明一个 Graphics 对象2. 用 CreateGraphics 方 法建 立 一 个 Graphics 对象3. 用绘图方法绘画下面是相关的程序示例Private Sub RealTi

17、meline(ByVal vIndex As IntegerDim g As GraphicsG = Picture1.CreateGraphics(Dim Gpen As New Pen(Color.Black,2Dim Limit As SingleDim Y1, Y2, j As LongDim P1, P2 As BooleanDim Startpoint As LongIf myTimer. RealtimePointer < 1 Then Exit SubLimit = StrA(vIndex.Max - StrA(vIndex.MinIf Limit < 0.01 T

18、hen Limit = 0.1 If RepaintAll ThenPicture1.ClsStartpoint = 0ElseStartpoint = myTimer. RealtimePointer - 1End IfFor j = Startpoint To myTimer. RealtimePointerP2 = TimesData(j.S7NoErr Y2 = 400 - CLng(400 * (TimesData(j.A(vIndex - StrA(vIndex.Min / Limit' TimesData(j 为实时数据库中当时时刻的 数据If (Y2 > 400

19、Then Y2 = 400 If (Y2 < 0 Then Y2 = 0If (j <> Startpoint And P1 And P2 Then Picture1.DrawLine (Gpen ,j - 1, Y1,j, Y2P1 = P2Y1 = Y2Next jEnd Sub4.2历史数据趋势图的实现历史数据趋势图的实现和实时数据趋 势图类似, 主要的不同点有两处:即数据源 和历史数据的装载。历史数据的数据源是存储在硬盘中的 DA T 文件。 因为我们已经把每天产生的数据 (即 2880条记录存成一个以当天日期为 文件名的 dat 文件,因此可以通过编程的方 式找出任何一天任何时刻在数据文件中的 记录。定位某天数据文件的代码如下:Public Function GetFilename(ByVal vDate As Date As StringDim n