CN110275466A - 基于modbus协议的污水处理监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MODBUS协议的污水处理监控系统及方法。该系统包括现场采集控制单元、本地监控单元、远程监控单元和电源模块；所述的现场采集控制单元包括主控板、数字量扩展版、模拟量板、模拟量扩展板、手操器、RS485总线和现场设备；远程监控单元包括GPRS通讯板、GPRS/GSM网络、Web服务器和PC机。方法为：现场采集控制单元对现场设备状态进行采集和控制，使现场设备能够按照污水处理工艺流程完成对污水的处理和回收；本地监控单元与主控板进行通讯，在本地实现对污水处理的过程监控；远程监控单元通过Web网站实现对污水处理过程的远程监控。本发明用于污水处理，具有低功耗、稳定性好、可扩展性强的优点。

Description

基于MODBUS协议的污水处理监控系统及方法

技术领域

本发明属于污水监控技术领域，特别是一种基于MODBUS协议的污水处理监控系统及方法。

背景技术

随着社会的进步和能源的过度开发，水资源越来越显得珍贵。就我国而言，水资源总量是世界第六位，但单位国土面积水资源量、全国人均占有量和耕地亩均占有量均低于世界平均水平，是一个水资源匮乏的国家。在资源型缺水的同时，随着工业活动的高速发展，人口的快速增长，水资源的合理利用、对于污水的处理变得格外重要。污水处理监控涉及的技术领域广泛，不仅包含污水处理的工艺流程，还包括计算机技术、通信技术、自动化控制技术、软件技术、电子技术等，是一个各学科相互融合，相互交错的领域。

在目前污水处理控制中，最常采用的控制器是可编程逻辑控制器(PLC)，PLC具有直观形象的编制程序，只包含简单电路情况和逻辑控制知识，适用于大部分操作人员使用，且PLC种类齐全，控制系统可根据实际情况进行调整，使结构简单、通用性不断增强。此外，PLC抗干扰能力强，控制程序设计可靠性较高，可安全运行数万小时以上。这些优点使PLC在工业控制领域中一直处于支柱的地位。虽然PLC体系结构可随实际情况作出调整，但是针对于特定的系统，仍不够灵活，这也体现了通用性和专用性不能兼顾的特点。而且PLC价格高，对于小型污水处理控制过程，如果控制器选择PLC，则会增加控制成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时性高、稳定性强、成本低、可靠性强的基于MODBUS协议的污水处理监控系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于MODBUS协议的污水处理监控系统，包括现场采集控制单元、本地监控单元、远程监控单元和电源模块；

所述的现场采集控制单元包括主控板、数字量扩展版、模拟量板、模拟量扩展板、手操器、RS485总线和现场设备；通过数字量扩展板、模拟量板、模拟量扩展板，对现场设备信号进行采集，经RS485总线将采集数据传送到主控板，由主控板对采集数据进行处理，并输出相应的控制信号，通过RS485总线传送到数字量扩展板、模拟量板、模拟量扩展板，对现场设备进行控制；

所述的远程监控单元包括GPRS通讯板、GPRS/GSM网络、Web服务器、互联网和PC机；将所采集的现场设备信息通过RS485总线传送到GPRS通讯板，由GPRS通讯板将采集现场数据发送到GPRS/GSM网络，Web服务器通过GPRS/GSM网络接收现场数据并进行处理和显示，最终在PC机上的Web网站实现对污水处理过程的远程监控；

所述的本地监控单元包括监控中心工控机和MODBUS通讯口；所述监控中心工控机通过MODBUS通讯口与主控板进行连接，在监控中心工控机上通过组态软件对现场设备进行监控；所述的监控中心工控机直接通过MODBUS扩展口与数字量扩展板、模拟量板、模拟量扩展板相连，对现场设备进行监控；

所述的电源模块，用于为主控板、数字量扩展板、模拟量板、模拟量扩展板和GPRS通讯板进行供电。

进一步地，所述的主控板微处理器采用美国德州仪器公司的MSP430F5438A型号芯片，主控板包含4位数码管、4位拨码开关、EEPROM、24路无源触点DI端口、16路DO端口和第一～第三串口；

所述4位数码管，用于对过程控制的状态或参数进行显示；

所述4位拨码开关，用于对MODBUS串口通讯参数，包括波特率、数据位和停止位进行调整；

所述EEPROM，采用型号为AT24C02的EEPROM，用于对过程控制中的参数进行保存，在断电重启后仍可加载之前保存的运行参数；

所述24路无源触点DI端口，每一路均设置有相应的发光二极管作为指示灯，当DI触点接入设备且设备处于连通状态时，相应的发光二极管点亮；当设备处于断开状态时，相应的发光二极管熄灭；DI触点通过光电耦合器TLP521-4与微控制器相连，增加抗干扰性；

所述16路继DO端口，直接与现场设备的继电器相连，控制现场设备；16路DO端口每一路均设置有相应的发光二极管作为指示灯，当DO端口处于连通状态时，对应的发光二极管点亮，现场设备的继电器闭合；当DO端口处于断开状态时，对应发光二极管熄灭，现场设备的继电器断开；

所述第一串口用于与数字量扩展板、模拟量板、模拟量扩展板进行通讯，通过RS485总线进行连接；第二串口用于与监控中心工控机进行通讯，通过RS485总线进行连接；第三串口与手操器进行通讯，通过RS485总线进行连接；所述第一～第三串口在主控板上设置有串口通讯指示灯，当串口进行通讯时，对应的发光二极管点亮。

进一步地，所述的模拟量板，包括12位AD转换芯片、6路模拟量输入端口、12位DA转换芯片和有源高精度输出型信号调理模块，用于对现场设备模拟量信号进行采集和控制，并将采集到的信号通过RS485总线传送到主控板；

所述12位AD转换芯片，用于对现场设备模拟量信号进行采集；

所述6路模拟量输入端口，采用型号为T1100N隔离变送器，对4-20mA电流信号进行隔离；

所述12位DA转换芯片，采用型号为DAC124S085的12位DA转换器，用于将数字量转化为电压值，输出至有源高精度输出型信号调理模块；

所述有源高精度输出型信号调理模块，用于将DA转换芯片输出的0-3.3V的电压转化为4-20mA的电流信号，完成模拟量信号的输出，对现场设备模拟量信号进行控制。

进一步地，所述的模拟量扩展板，包含8路模拟量输出通道，每一通道的硬件电路与模拟量板相同，用于对现场设备模拟量信号进行采集，并将采集到的信号通过RS485总线传送到主控板。

进一步地，所述的GPRS通讯板，采用型号为SIM800C的通讯芯片，通过AT指令实现GPRS网络连接，通过RS485总线与主控板相连，用于将从主控板接收到的数据传送到GPRS/GSM网络。

进一步地，所述的手操器通过RS485总线与主控板相连，对污水处理过程的参数进行设置；手操器显示模块由2排5位数码管组成，其中第一排数码管显示所要设定参数的序号，第二排数码管显示所要设定参数的数值；输入模块包括5个按键，实现对参数序号、数值的键入和发送。

进一步地，所述的MODBUS通讯口，用于通过功能号实现对现场设备状态的读取和控制，所述功能号包括01读线圈状态、02读离散量输入寄存器、03读保持寄存器、04读输入寄存器、05写单个线圈、06写单个寄存器、15写多个线圈、16写多个寄存器。

进一步地，所述的电源模块，采用型号为VRB2405YMD-6WR3的DC-DC电源模块，将24V电压转化为5V电压，为主控板、数字量扩展板、模拟量板、模拟量扩展板和GPRS通讯板进行供电。

一种基于MODBUS协议的污水处理监控方法，包括以下步骤：

步骤1，主控板进行初始化，包含时钟初始化、端口初始化、LED数码管初始化、串口驱动初始化、定时器初始化、发光二极管初始化和继电器输出初始化；

步骤2，主控板进行上电自检，检测从板类型和数量；

步骤3，上电加载参数，加载的参数包括延时熄灯时间、液位滤波时间、提升泵连续运行时间、搅拌机延时开启时间、回流泵运行时间、ECR运行时间；

步骤4，判断是否正在用手操器设定参数，如果是，则根据手操器中设定的参数，对主控板程序中的全局变量进行修改；

步骤5，判断是否进行过程控制，如果是，则采集现场开关量、模拟量输入数据，然后根据污水处理工艺流程的限定来控制各执行机构的输出；

步骤6，判断主控板是否与监控中心工控机进行MODBUS通讯，如果是，则根据Mdobus功能号，将现场数据传送到监控中心工控机，监控中心工控机控制现场执行机构的运行；

步骤7，判断过程控制中是否出现故障，如果是则根据不同的故障信息，主控板的数码管显示不同的故障代码。

进一步地，步骤2所述的主控板进行上电自检，检测从板类型和数量，具体如下：

步骤2.1、主控板通过第二串口发送上电检测数据帧，发送格式为：帧头+从机地址+命令字+填充字节+填充字节+填充字节+校验和+帧尾，帧头固定为字节0x90,从机地址是所要检测从板的地址范围，命令字是0x01，接下来是3个填充字节0x00，校验和为不包含帧尾数据部分的值之和，帧尾为固定字节0x0D；

步骤2.2、主控板等待从机回应，从机响应格式为：帧头+主机地址+命令字+从机地址+从板类型+14个填充字节+校验和+帧尾，响应帧的帧头为固定字节0x91,主机地址为固定字节0x11，从机地址由各从机拨码开关决定，从板类型有3种：0x01代表从板为数字量扩展板，0x02代表从板为模拟量板，0x03代表从板为模拟量扩展板，14个填充字节全部是0x00，校验和是不包含帧尾数据部分的值之和，帧尾为固定字节0x0D；

步骤2.3、主控板等待从机响应的等待时间为1秒钟，若1秒钟内没有收到该地址从机响应帧，则将地址更改为没有从板；如果在1秒钟内收到了从机响应帧，则根据响应帧中的从板类型，将该从机地址与从板类型进行对应。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)根据现场实际情况，主控板可以连接多个数字量扩展板、模拟量板、模拟量扩展板，更加的方便灵活，可重构性强，且接线简单；(2)采用MSP430F5438A作为微处理器，该微处理器功耗低，同时满足系统数据处理的需要，提高了系统的续航能力，使远程监控变得更加方便；(3)现场设备的数字量输入、输出可随意接入数字量扩展板的DI、DO端口，模拟量输入、输出信号可随意接入模拟量板的AI、AO端口，接线时无需考虑接线顺序，接线完成后，只需要用手操器接入主控板，就能通过手操器实现对现场设备接线顺序与各从板输入、输出端口的对应，更加方便快捷；(4)监控中心工控机不仅能与主板进行MODBUS通讯，而且还可以与各从板进行单独MODBUS通讯，实现对指定现场设备的监控，对现场设备运行状态的监控更加精确；(5)降低了系统成本。

附图说明

图1是本发明基于MODBUS协议的污水处理监控系统的结构示意图。

图2是本发明的现场处理工艺流程图。

图3是本发明基于MODBUS协议的污水处理监控方法的流程示意图。

图4是本发明中的手操器的操作界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

MODBUS是一种串行通讯协议，是为可编程逻辑控制器(PLC)通信而发明的。MODBUS现已成为工业领域通信协议的业界标准，并且现在是工业电子设备之间常用的连接方式。通过此协议，控制器之间、控制器可以经由网络(例如以太网)和其他设备之间通信，实现了将不同厂商生产的控制设备连成工业网络，进行集中控制的目标。

结合图1，本发明基于MODBUS协议的污水处理监控系统，包括现场采集控制单元1、本地监控单元2、远程监控单元3和电源模块；

所述的现场采集控制单元1包括主控板4、数字量扩展版5、模拟量板6、模拟量扩展板7、手操器8、RS485总线9和现场设备10；通过数字量扩展板5、模拟量板6、模拟量扩展板7，对现场设备信号进行采集，经RS485总线9将采集数据传送到主控板4，由主控板4对采集数据进行处理，并输出相应的控制信号，通过RS485总线4传送到数字量扩展板5、模拟量板6、模拟量扩展板7，对现场设备10进行控制；

所述的远程监控单元3包括GPRS通讯板12、GPRS/GSM网络13、Web服务器14、互联网15和PC机16；将所采集的现场设备信息通过RS485总线9传送到GPRS通讯板12，由GPRS通讯板将采集现场数据发送到GPRS/GSM网络13，Web服务器14通过GPRS/GSM网络13接收现场数据并进行处理和显示，最终在PC机16上的Web网站实现对污水处理过程的远程监控；

所述的本地监控单元2包括监控中心工控机11和MODBUS通讯口18；所述监控中心工控机11通过MODBUS通讯口18与主控板4进行连接，在监控中心工控机11上通过组态软件对现场设备10进行监控；

所述的电源模块，用于为主控板4、数字量扩展板5、模拟量板6、模拟量扩展板7和GPRS通讯板12进行供电。

进一步地，所述的监控中心工控机11也可直接通过MODBUS扩展口17与数字量扩展板5、模拟量板6、模拟量扩展板7相连，对现场设备10进行监控。

进一步地，所述的主控板4微处理器采用美国德州仪器公司的MSP430F5438A型号芯片，主控板4包含4位数码管、4位拨码开关、EEPROM、24路无源触点DI端口、16路DO端口和第一～第三串口；

所述4位数码管，用于对过程控制的状态或参数进行显示；

所述4位拨码开关，用于对MODBUS串口通讯参数，包括波特率、数据位和停止位进行调整；

所述EEPROM，采用型号为AT24C02的EEPROM，用于对过程控制中的参数进行保存，在断电重启后仍可加载之前保存的运行参数；

所述24路无源触点DI端口，每一路均设置有相应的发光二极管作为指示灯，当DI触点接入设备且设备处于连通状态时，相应的发光二极管点亮；当设备处于断开状态时，相应的发光二极管熄灭；DI触点通过光电耦合器TLP521-4与微控制器相连，增加抗干扰性；

所述16路继DO端口，直接与现场设备10的继电器相连，控制现场设备(10)；16路DO端口每一路均设置有相应的发光二极管作为指示灯，当DO端口处于连通状态时，对应的发光二极管点亮，现场设备8的继电器闭合；当DO端口处于断开状态时，对应发光二极管熄灭，现场设备10的继电器断开；

所述第一串口用于与数字量扩展板5、模拟量板6、模拟量扩展板7进行通讯，通过RS485总线9进行连接；第二串口用于与监控中心工控机11进行通讯，通过RS485总线9进行连接；第三串口与手操器8进行通讯，通过RS485总线9进行连接；所述第一～第三串口在主控板4上设置有串口通讯指示灯，当串口进行通讯时，对应的发光二极管点亮。

进一步地，所述的数字量扩展板5，硬件与主控板4相同，只进行对数字量信号的采集和控制，不进行过程控制。

进一步地，所述的模拟量板6，包括12位AD转换芯片、6路模拟量输入端口、12位DA转换芯片和有源高精度输出型信号调理模块，用于对现场设备10模拟量信号进行采集和控制，并将采集到的信号通过RS485总线9传送到主控板4；

所述12位AD转换芯片，用于对现场设备10模拟量信号进行采集；

所述6路模拟量输入端口，采用型号为T1100N隔离变送器，对4-20mA电流信号进行隔离，减小输入信号对供电电源的依赖；

所述12位DA转换芯片，采用型号为DAC124S085的12位DA转换器，用于将数字量转化为电压值，输出至有源高精度输出型信号调理模块；

所述有源高精度输出型信号调理模块，用于将DA转换芯片输出的0-3.3V的电压转化为4-20mA的电流信号，完成模拟量信号的输出，对现场设备10模拟量信号进行控制。

进一步地，所述的模拟量扩展板7，包含8路模拟量输出通道，每一通道的硬件电路与模拟量板6相同，用于对现场设备10模拟量信号进行采集，并将采集到的信号通过RS485总线9传送到主控板4。

进一步地，所述的GPRS通讯板12，采用型号为SIM800C的通讯芯片，通过AT指令实现GPRS网络连接，通过RS485总线9与主控板4相连，用于将从主控板4接收到的数据传送到GPRS/GSM网络13。

进一步地，所述的手操器8通过RS485总线9与主控板4相连，对污水处理过程的参数进行设置；手操器8显示模块由2排5位数码管组成，其中第一排数码管显示所要设定参数的序号，第二排数码管显示所要设定参数的数值；输入模块包括5个按键，实现对参数序号、数值的键入和发送。

进一步地，所述的MODBUS通讯口18，用于通过功能号实现对现场设备状态的读取和控制，所述功能号包括01读线圈状态、02读离散量输入寄存器、03读保持寄存器、04读输入寄存器、05写单个线圈、06写单个寄存器、15写多个线圈、16写多个寄存器。

进一步地，所述的电源模块，采用型号为VRB2405YMD-6WR3的DC-DC电源模块，将24V电压转化为5V电压，为主控板4、数字量扩展板5、模拟量板6、模拟量扩展板7和GPRS通讯板12进行供电。

结合图2，污水处理工艺包含以下步骤：

步骤1，卫生间内设照明设备AC220V供电，房间内设红外线感应开关，门锁行程开关，当有人进入卫生间内，锁门和感应开关任何一个动作触发照明系统工作，为卫生间内照明，人离开且锁具未上锁，照明自动断开；卫生间的水泵自动运行，只需要供电，不需要用线路板控制；

步骤2，调节池设高、中、低三个液位，MBR池设高、中、低三个液位；调节池液位超过高位时，系统报警，设备正常运行，清水增压泵停止运行；调节池液位超过中位，并且MBR池液位低于中位时，线路板一路开关量信号输出控制一个继电器闭合，调节池提升泵启动一台，如果有两台提升泵，则两台提升泵进行时间切换和故障切换；每台调节池提升泵的故障信号作为线路板的开关量信号输入；调节池液位低于低位，或者MBR池液位超过高位时，线路板开关量信号输出断开，调节池提升泵停止运行；

步骤3，两台水下搅拌机同时运行，调节池提升泵开始运行，水下搅拌机每台延时2秒启动；调节池提升泵停止，水下搅拌机同时停止；

步骤4，调节池提升泵开始运行，回流泵间隙运行，运行10分钟，停止50分钟；调节池提升泵停止，回流泵同时停止，计时器清零；

步骤5，空气泵连续运行，故障停止；

步骤6，MBR池设高、中、低三个液位，清水池设高、中、低三个液位；MBR池液位超过中位，并且清水池液位低于高位时间超过10分钟时，抽吸泵开始间隙工作，一台抽吸泵运行8分钟停2分钟，再运行8分钟停2分钟，两台抽吸泵时间切换和故障切换；每台抽吸泵的故障信号作为线路板的开关量信号接入；MBR池液位低于低位，或者清水池液位超过高位时，抽吸泵停止工作，抽吸泵间隙工作计时器清零；

步骤7，清水池设高、中、低三个液位，ECR槽设高、低两个液位；清水池液位超过中位，并且ECR槽液位低于高位时，清水泵开始工作，如果ECR槽出液泵工作时，或者高位水箱超过高位时，清水泵不能工作；清水池液位低于低位，或者ECR槽液位超过高位时，清水泵延时2秒停止工作；

步骤8，ECR槽液位超过高位时，电极开始运行，同时输出4-20mA信号，控制电极运行电流，同时启动循环泵，开始计时电极运行时间；电极运行时间达到设定时间时，停止电极及循环泵；

步骤9，电极运行时间达到设定时间，在电极及循环泵停止后，启动出液阀，延时5秒后启动出液泵，；ECR槽液位低于低位时，停止出液阀和出液泵；

步骤10，高位水箱液位超过低位时，清水增压泵连续工作，高位水箱液位低于低位，清水增压泵停止工作；

结合图3，本发明基于MODBUS协议的污水处理监控方法，包括以下步骤：

步骤1，主控板4进行初始化，包含时钟初始化、端口初始化、LED数码管初始化、串口驱动初始化、定时器初始化、发光二极管初始化和继电器输出初始化；

步骤2，主控板4进行上电自检，检测从板类型和数量，具体如下：

步骤2.1、主控板4通过第二串口发送上电检测数据帧，发送格式为：帧头+从机地址+命令字+填充字节+填充字节+填充字节+校验和+帧尾，帧头固定为字节0x90,从机地址是所要检测从板的地址范围，命令字是0x01，接下来是3个填充字节0x00，校验和为不包含帧尾数据部分的值之和，帧尾固定为字节0x0D；

步骤2.2、主控板4等待从机回应，从机响应格式为：帧头+主机地址+命令字+从机地址+从板类型+14个填充字节+校验和+帧尾，响应帧的帧头为固定字节0x91,主机地址为固定字节0x11，从机地址由各从机拨码开关决定，从板类型有3种：0x01代表从板为数字量扩展板，0x02代表从板为模拟量板，0x03代表从板为模拟量扩展板，14个填充字节全部是0x00，校验和是不包含帧尾数据本分的值之和，帧尾固定为字节0x0D；

步骤2.3、主控板4等待从机响应的等待时间为1秒钟，若1秒钟内没有收到该地址从机响应帧，则将地址更改为没有从板；如果在1秒钟内收到了从机响应帧，那么根据响应帧中的从板类型，将该从机地址与从板类型进行对应；

步骤3，上电加载参数，加载的参数包括延时熄灯时间、液位滤波时间、提升泵连续运行时间、搅拌机延时开启时间、回流泵运行时间、ECR运行时间；

步骤4，判断是否正在用手操器8设定参数，如果是，则根据手操器8中设定的参数，对主控板4程序中的全局变量进行修改；；

步骤5，判断是否进行过程控制，如果是，则采集现场开关量、模拟量输入数据，如各水池液位开关量，各水泵运行、故障开关量，然后根据污水处理工艺流程的限定来控制各执行机构的输出；

步骤6，判断主控板4是否与监控中心工控机11进行MODBUS通讯，如果是，则根据Mdobus功能号，将现场数据传送到监控中心工控机，监控中心工控机控制现场执行机构的运行；

步骤7，判断过程控制中是否出现故障，如果是则根据不同的故障信息，主控板的数码管显示不同的故障代码。

结合图4，手操器8通过RS485总线9与主控板4相连，对污水处理过程的参数进行设置，具体如下：

手操器8上电之后，上排数码管显示“SETUP”英文字样，表示手操器8可以进入参数设置或读取功能，手操器8的按键功能如下：

B1键：

①手操器8上电之后，或回到初始状态，按下B1键，表示进入到设定参数功能；

②在设定参数功能中，当B1键按下后，实现对数码管上下行的选择；

③参数设定完成之后，按下B1键超过5秒钟之后，手操器8将设定的参数通过串口发送到主控板4，并在上排数码管显示“SUCCE”的英文字样；

B2键：

①在参数设定功能或读取功能下，实现位的左移；

②在手操器8上电之后，或回到初始状态，按下B2键后，表示系统进入到读取参数功能；

B3键：

在参数设定或读取功能下，实现位的加一；

B4键：

①在参数设定或读取功能下，实现位的减一；

②当不再设定或读取参数的情况下，手操器8设定完成后，长按B4键5秒钟以上，系统回到初始状态，上排数码管显示“SETUP”英文字样。

B5键：

在参数设定或读取功能下，实现位的右移。

本发明基于RS485总线MODBUS协议的污水处理监控系统及方法，用现场采集控制单元1完成对污水处理现场设备的状态采集和控制，使得现场设备能够按照污水处理工艺流程工作，污水处理控制流程中的监控方法，一方面监控中心工控机11可以通过MODBUS协议与主控板通讯，监控现场工艺流程的参数；另一方面可以通过在PC机上浏览Web网站远程监控现场工艺流程参数，使得相关操作人员可以远程查看系统的各种参数，掌握现场的动态生产情况，提高了企业的监管系统的水平。

综上所述，本发明提出的基于RS485总线MODBUS协议的污水处理监控系统及方法，具有超低功耗、稳定性好、可扩展性强、成本低、响应速度快、实时性好的优点，实现了对生活污水处理后再利用，降低了水资源的浪费，在对生活污水的处理中具有广阔的应用前景和价值。

Claims (10)

1.一种基于MODBUS协议的污水处理监控系统，其特征在于，包括现场采集控制单元(1)、本地监控单元(2)、远程监控单元(3)和电源模块；

所述的现场采集控制单元(1)包括主控板(4)、数字量扩展版(5)、模拟量板(6)、模拟量扩展板(7)、手操器(8)、RS485总线(9)和现场设备(10)；通过数字量扩展板(5)、模拟量板(6)、模拟量扩展板(7)，对现场设备信号进行采集，经RS485总线(9)将采集数据传送到主控板(4)，由主控板(4)对采集数据进行处理，并输出相应的控制信号，通过RS485总线(4)传送到数字量扩展板(5)、模拟量板(6)、模拟量扩展板(7)，对现场设备(10)进行控制；

所述的远程监控单元(3)包括GPRS通讯板(12)、GPRS/GSM网络(13)、Web服务器(14)、互联网(15)和PC机(16)；将所采集的现场设备信息通过RS485总线(9)传送到GPRS通讯板(12)，由GPRS通讯板将采集现场数据发送到GPRS/GSM网络(13)，Web服务器(14)通过GPRS/GSM网络(13)接收现场数据并进行处理和显示，最终在PC机(16)上的Web网站实现对污水处理过程的远程监控；

所述的本地监控单元(2)包括监控中心工控机(11)和MODBUS通讯口(18)；所述监控中心工控机(11)通过MODBUS通讯口(18)与主控板(4)进行连接，在监控中心工控机(11)上通过组态软件对现场设备(10)进行监控；所述的监控中心工控机(11)直接通过MODBUS扩展口(17)与数字量扩展板(5)、模拟量板(6)、模拟量扩展板(7)相连，对现场设备(10)进行监控；

所述的电源模块，用于为主控板(4)、数字量扩展板(5)、模拟量板(6)、模拟量扩展板(7)和GPRS通讯板(12)进行供电。

2.根据权利要求1所述的基于MODBUS协议的污水处理监控系统，其特征在于，所述的主控板(4)微处理器采用美国德州仪器公司的MSP430F5438A型号芯片，主控板(4)包含4位数码管、4位拨码开关、EEPROM、24路无源触点DI端口、16路DO端口和第一～第三串口；

所述4位数码管，用于对过程控制的状态或参数进行显示；

所述4位拨码开关，用于对MODBUS串口通讯参数，包括波特率、数据位和停止位进行调整；

所述EEPROM，采用型号为AT24C02的EEPROM，用于对过程控制中的参数进行保存，在断电重启后仍可加载之前保存的运行参数；

所述24路无源触点DI端口，每一路均设置有相应的发光二极管作为指示灯，当DI触点接入设备且设备处于连通状态时，相应的发光二极管点亮；当设备处于断开状态时，相应的发光二极管熄灭；DI触点通过光电耦合器TLP521-4与微控制器相连，增加抗干扰性；

所述16路继DO端口，直接与现场设备(10)的继电器相连，控制现场设备(10)；16路DO端口每一路均设置有相应的发光二极管作为指示灯，当DO端口处于连通状态时，对应的发光二极管点亮，现场设备(8)的继电器闭合；当DO端口处于断开状态时，对应发光二极管熄灭，现场设备(10)的继电器断开；

所述第一串口用于与数字量扩展板(5)、模拟量板(6)、模拟量扩展板(7)进行通讯，通过RS485总线(9)进行连接；第二串口用于与监控中心工控机(11)进行通讯，通过RS485总线(9)进行连接；第三串口与手操器(8)进行通讯，通过RS485总线(9)进行连接；所述第一～第三串口在主控板(4)上设置有串口通讯指示灯，当串口进行通讯时，对应的发光二极管点亮。

3.根据权利要求1所述的基于MODBUS协议的污水处理监控系统，其特征在于，所述的模拟量板(6)，包括12位AD转换芯片、6路模拟量输入端口、12位DA转换芯片和有源高精度输出型信号调理模块，用于对现场设备(10)模拟量信号进行采集和控制，并将采集到的信号通过RS485总线(9)传送到主控板(4)；

所述12位AD转换芯片，用于对现场设备(10)模拟量信号进行采集；

所述6路模拟量输入端口，采用型号为T1100N隔离变送器，对4-20mA电流信号进行隔离；

所述12位DA转换芯片，采用型号为DAC124S085的12位DA转换器，用于将数字量转化为电压值，输出至有源高精度输出型信号调理模块；

所述有源高精度输出型信号调理模块，用于将DA转换芯片输出的0-3.3V的电压转化为4-20mA的电流信号，完成模拟量信号的输出，对现场设备(10)模拟量信号进行控制。

4.根据权利要求1所述的基于MODBUS协议的污水处理监控系统，其特征在于，所述的模拟量扩展板(7)，包含8路模拟量输出通道，每一通道的硬件电路与模拟量板(6)相同，用于对现场设备(10)模拟量信号进行采集，并将采集到的信号通过RS485总线(9)传送到主控板(4)。

5.根据权利要求1所述的基于MODBUS协议的污水处理监控系统，其特征在于，所述的GPRS通讯板(12)，采用型号为SIM800C的通讯芯片，通过AT指令实现GPRS网络连接，通过RS485总线(9)与主控板(4)相连，用于将从主控板(4)接收到的数据传送到GPRS/GSM网络(13)。

6.根据权利要求1所述的基于MODBUS协议的污水处理监控系统，其特征在于，所述的手操器(8)通过RS485总线(9)与主控板(4)相连，对污水处理过程的参数进行设置；手操器(8)显示模块由2排5位数码管组成，其中第一排数码管显示所要设定参数的序号，第二排数码管显示所要设定参数的数值；输入模块包括5个按键，实现对参数序号、数值的键入和发送。

7.根据权利要求1所述的基于MODBUS协议的污水处理监控系统，其特征在于，所述的MODBUS通讯口(18)，用于通过功能号实现对现场设备状态的读取和控制，所述功能号包括01读线圈状态、02读离散量输入寄存器、03读保持寄存器、04读输入寄存器、05写单个线圈、06写单个寄存器、15写多个线圈、16写多个寄存器。

8.根据权利要求1所述的基于MODBUS协议的污水处理监控系统，其特征在于，所述的电源模块，采用型号为VRB2405YMD-6WR3的DC-DC电源模块，将24V电压转化为5V电压，为主控板(4)、数字量扩展板(5)、模拟量板(6)、模拟量扩展板(7)和GPRS通讯板(12)进行供电。

9.一种基于MODBUS协议的污水处理监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，主控板(4)进行初始化，包含时钟初始化、端口初始化、LED数码管初始化、串口驱动初始化、定时器初始化、发光二极管初始化和继电器输出初始化；

步骤2，主控板(4)进行上电自检，检测从板类型和数量；

步骤3，上电加载参数，加载的参数包括延时熄灯时间、液位滤波时间、提升泵连续运行时间、搅拌机延时开启时间、回流泵运行时间、ECR运行时间；

步骤4，判断是否正在用手操器(8)设定参数，如果是，则根据手操器(8)中设定的参数，对主控板(4)程序中的全局变量进行修改；

步骤5，判断是否进行过程控制，如果是，则采集现场开关量、模拟量输入数据，然后根据污水处理工艺流程的限定来控制各执行机构的输出；

步骤6，判断主控板(4)是否与监控中心工控机(11)进行MODBUS通讯，如果是，则根据Mdobus功能号，将现场数据传送到监控中心工控机(11)，监控中心工控机(11)控制现场执行机构的运行；

步骤7，判断过程控制中是否出现故障，如果是则根据不同的故障信息，主控板(4)的数码管显示不同的故障代码。

10.根据权利要求9所述的基于MODBUS协议的污水处理监控方法，其特征在于，步骤2所述的主控板(4)进行上电自检，检测从板类型和数量，具体如下：

步骤2.1、主控板(4)通过第二串口发送上电检测数据帧，发送格式为：帧头+从机地址+命令字+填充字节+填充字节+填充字节+校验和+帧尾，帧头固定为字节0x90,从机地址是所要检测从板的地址范围，命令字是0x01，接下来是3个填充字节0x00，校验和为不包含帧尾数据部分的值之和，帧尾为固定字节0x0D；

步骤2.2、主控板(4)等待从机回应，从机响应格式为：帧头+主机地址+命令字+从机地址+从板类型+14个填充字节+校验和+帧尾，响应帧的帧头为固定字节0x91,主机地址为固定字节0x11，从机地址由各从机拨码开关决定，从板类型有3种：0x01代表从板为数字量扩展板，0x02代表从板为模拟量板，0x03代表从板为模拟量扩展板，14个填充字节全部是0x00，校验和是不包含帧尾数据部分的值之和，帧尾为固定字节0x0D；

步骤2.3、主控板(4)等待从机响应的等待时间为1秒钟，若1秒钟内没有收到该地址从机响应帧，则将地址更改为没有从板；如果在1秒钟内收到了从机响应帧，则根据响应帧中的从板类型，将该从机地址与从板类型进行对应。