GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      省級(jí)污水處理廠GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

        摘 要：以遼寧省環(huán)境信息中心為例，介紹了利用GPRS (通用分組無(wú)線業(yè)務(wù))無(wú)線傳輸技術(shù)監(jiān)測(cè)全省污水處理廠污水排污水處理情況的省級(jí)污水處理GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 該系統(tǒng)將對(duì)污水處理廠各監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并把監(jiān)測(cè)器送到PLC采集器中的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸上傳到省污水處理監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心可以對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) ，對(duì)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備實(shí)監(jiān)控，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使污染排放監(jiān)管部門能更及時(shí) 準(zhǔn)確具體全面地掌握全省環(huán)境質(zhì)量環(huán)境監(jiān)控和重點(diǎn)污染源的數(shù)和信息，以提高執(zhí)法的快速反應(yīng)能力全面的監(jiān)管能力和科學(xué)決策的支持能力。

        一、引言

        省級(jí)污水處理GPRS 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn) 成熟的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將分布在遼寧省十幾個(gè)污水處理廠的多個(gè)監(jiān)測(cè)子站數(shù)據(jù)傳送給省環(huán)境保護(hù)局監(jiān)控中心從而逐步建立起全省范圍內(nèi)污水處理在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，為全省的污水處理監(jiān)管提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確具體全面的質(zhì)量和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息。

        二、系統(tǒng)構(gòu)成

        省級(jí)污水處理GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器GPRS 無(wú)線傳輸和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 部分構(gòu)成(圖 1)針對(duì)目前監(jiān)測(cè)子站在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的情況，數(shù)據(jù)采集器采用8路輸入信號(hào)GPRS 數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)將在線監(jiān)測(cè)設(shè)備輸出的電壓或電流的模擬信號(hào)采集后通過(guò)設(shè)備傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心為了解決數(shù)據(jù)傳輸上存在的問(wèn)題，GPRS 數(shù)據(jù)傳輸采用 方式進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)上傳，利用GPRS設(shè)備和移動(dòng)通訊提供的GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線實(shí)時(shí)上傳，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)現(xiàn)不同監(jiān)測(cè)子站單參數(shù)多參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)小時(shí)數(shù)據(jù)日數(shù)據(jù)的報(bào)表日?qǐng)D表等不同方式的表現(xiàn)和分析，為使用者提供準(zhǔn)確 的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。

        圖1 省級(jí)污水處理GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

        三、數(shù)據(jù)采集器

        3.1、特點(diǎn)

        (1)物理層RS232 ，RS-422 ， RS485，實(shí)現(xiàn)通用型監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器的每路通信口按不同的規(guī)約，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)與各種在線監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行數(shù)字通信(ASCII)。

        (2)實(shí)現(xiàn)通用型監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集器8路0~5V，1~5V，0~10mA或4~20mA的數(shù)據(jù)采集。

        3.2、功能及參數(shù)

        (1)按照用戶要求的時(shí)間定時(shí)采集數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)送到上層微機(jī)或指定的信息系統(tǒng);采集、加工好的數(shù)據(jù)可通過(guò)數(shù)據(jù)采集器的另外一個(gè)通信接口以ASCII碼格式傳送給另外一臺(tái)微機(jī)或信息系統(tǒng)。

        (2)系統(tǒng)可同時(shí)采集8路0~10mA或4~20mA傳感器信息或在線監(jiān)測(cè)儀輸出0~10mA或4~20mA信息(包括0~5V，1~5V)，通過(guò)電路板上跳線可對(duì)0~10mA或4~20mA(0~5V或1~5V)硬件線路進(jìn)行切換。該數(shù)據(jù)采集器可適合于各種0~10mA或4~20mA傳感器或在線監(jiān)測(cè)儀輸出的0~10mA或4~20mA的數(shù)據(jù)連接。

        (3)數(shù)據(jù)采集儀具有4路RS-232口，2路RS-422口，1路RS-485口，另專門提供1路RS-232口連接適配器或其他標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。用戶通過(guò)微機(jī)可對(duì)以上7路通信接口的每一路進(jìn)行接入設(shè)定，可設(shè)定接入在線監(jiān)測(cè)儀的名稱(COD測(cè)量?jī)x、pH計(jì)、污水流量計(jì)等)、通信命令、波特率、通信位數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等(數(shù)據(jù)字節(jié)要求為ASCII碼)。

        (4)數(shù)據(jù)采集器提供512K的存儲(chǔ)空間，保證至少可以保存3d的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)每隔一定的時(shí)間保存一次，保證在斷電的情況下不丟失數(shù)據(jù)。

        四、GPRS數(shù)據(jù)傳輸

        4.1GPRS簡(jiǎn)介

        GPRS是歐洲電信協(xié)會(huì)GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，它可以提供高達(dá)115Kbps的空中接口傳輸速率。GPRS使若干移動(dòng)用戶能夠同時(shí)共享一個(gè)無(wú)線信道，一個(gè)移動(dòng)用戶也可以使用 多個(gè)無(wú)線信道。有了GPRS，用戶的呼叫建立時(shí)間大為縮短，幾乎可以做到“永遠(yuǎn)在線”(alwaysonline)。實(shí)際上，即使永遠(yuǎn)在線而不發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包的用戶僅占很小一部分網(wǎng)絡(luò)資源。此外，GPRS是營(yíng)運(yùn)商能夠以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時(shí)間為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)費(fèi)，從而使每個(gè)用戶的服務(wù)成本更低。GPRS采用信道捆綁和增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率來(lái)實(shí)現(xiàn)高速接入，目前GPRS的設(shè)計(jì)可以在一個(gè)載頻或8個(gè)信道中實(shí)現(xiàn)捆綁，將每個(gè)信道的傳輸速率提高到14.4Kbps，因此GPRS方式最大速率是8×14.4=115.2Kbps。GPRS發(fā)展的下一步是通過(guò)增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率改進(jìn)(EDGE)將每個(gè)信道的速率提高到48Kbps，因此第二代的GPRS設(shè)計(jì)速率為384Kbps。

        4.2GPRS特點(diǎn)

        4.2.1應(yīng)用廣泛

        用戶喜歡的方式應(yīng)該是無(wú)縫地與網(wǎng)絡(luò)連接，不分時(shí)間和地點(diǎn)。所有現(xiàn)有的以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)的應(yīng)用都可以很好地運(yùn)行在GPRS系統(tǒng)上，就像是連接在局域網(wǎng)(LAN)上一樣。

        4.2.2快速登錄

        全新的分組服務(wù)，無(wú)需以往長(zhǎng)時(shí)間的撥號(hào)建立連接過(guò)程。只要激活GPRS應(yīng)用后，每次連接只需2s將永遠(yuǎn)保持在線，不存在掉線問(wèn)題，類似于一種無(wú)線專線網(wǎng)絡(luò)。

        4.2.3按量計(jì)費(fèi)

        雖然可以保持永遠(yuǎn)在線，但不必?fù)?dān)心費(fèi)用問(wèn)題，因?yàn)橹挥挟a(chǎn)生通信流量時(shí)才計(jì)費(fèi)。它是一種按照用戶數(shù)據(jù)傳輸流量來(lái)計(jì)費(fèi)的方式，計(jì)費(fèi)更加科學(xué)合理。

        4.2.4高速傳輸

        GPRS最高理論傳輸速率為115.2Kbps,目前使用GPRS可以支持40Kbps左右的傳輸速率。

        4.2.5可擴(kuò)展性

        可擴(kuò)展的模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使GSM系統(tǒng)的分組數(shù)據(jù)處理能力能夠滿足數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)量的需求。它可讓低成本、小容量的GSM系統(tǒng)通過(guò)添加新硬件和更新軟件的方法來(lái)擴(kuò)容，而對(duì)現(xiàn)有硬件只需進(jìn)行很小的改動(dòng)。綜上所述，采用GPRS傳輸方案是保證整個(gè)系統(tǒng)靈活性、高效性、經(jīng)濟(jì)合理性、可擴(kuò)展性的保障，同時(shí)可以降低系統(tǒng)推廣的難度。

        五、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

        在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、存儲(chǔ)、管理、統(tǒng)計(jì)和分析的系統(tǒng)。系統(tǒng)由2部分組成：服務(wù)器端和客戶端。

        5.1、軟件工作原理

        (1)各個(gè)監(jiān)測(cè)子站的數(shù)據(jù)采集器將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS設(shè)備和GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到應(yīng)用部門監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器上;

        (2)安裝在服務(wù)器上的程序?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中;

        (3)安裝在不同地點(diǎn)的客戶端的程序，通過(guò)內(nèi)部的局域網(wǎng)根據(jù)各自不同的權(quán)限得到相應(yīng)監(jiān)測(cè)子站的數(shù)據(jù);

        (4)通過(guò)客戶端提供的功能可以得到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)、報(bào)表和分析圖表;

        (5)可以通過(guò)手機(jī)短信隨時(shí)接收到某一點(diǎn)位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)信息。

        5.2、服務(wù)器端

        主要功能是：

        (1)在線站點(diǎn)設(shè)置。設(shè)置在線站點(diǎn)的名稱、地址、地址編號(hào)、ID號(hào)等。

        (2)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。可以查看各個(gè)監(jiān)測(cè)子站的數(shù)據(jù)。

        (3)在線用戶。可以查看當(dāng)前在線的用戶。

        (4)權(quán)限設(shè)置。對(duì)不同的用戶設(shè)置查看不同子站數(shù)據(jù)的權(quán)限。

        5.3、客戶端

        主要功能是各種報(bào)告和各種圖表生成，包括單站多參數(shù)、多站單參數(shù)、多站多參數(shù)。此外還有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看、小時(shí)數(shù)據(jù)查看、報(bào)表預(yù)覽打印、數(shù)據(jù)查詢等功能。

        在監(jiān)控中心所在局域網(wǎng)內(nèi)，任何一臺(tái)經(jīng)過(guò)授權(quán)的終端都可以查看實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)按地理位置顯示，直觀明了。

        整個(gè)系統(tǒng)完成了從監(jiān)測(cè)子站至省污水處理監(jiān)控中心至監(jiān)控中心各客戶端的完整的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理體系。能夠?yàn)橛脩籼峁┫鑼?shí)、準(zhǔn)確、及時(shí)、全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)可以根據(jù)需要將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到上級(jí)管理部門。

        六、系統(tǒng)工作原理

        本解決方案充分利用移動(dòng)通訊提供的網(wǎng)絡(luò)條件，利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備和GPRS設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，保證了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖?、及時(shí)和準(zhǔn)確。通過(guò)本系統(tǒng)可以對(duì)多個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使每個(gè)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)的顯示在監(jiān)測(cè)中心的主機(jī)上，設(shè)計(jì)了由數(shù)據(jù)采集器接收多個(gè)監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)，使用專用GPRS無(wú)線調(diào)制解調(diào)器把數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS網(wǎng)絡(luò)，再通過(guò)INTER-NET主干網(wǎng)(或GPRS網(wǎng)絡(luò)專線)上傳給省環(huán)境保護(hù)局監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、監(jiān)控并管理的解決方案。

        每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信息監(jiān)測(cè)站點(diǎn)配置一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器、一臺(tái)GPRS無(wú)線調(diào)制解調(diào)器，調(diào)制解調(diào)器通過(guò)RS-232接口與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器與現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)儀器(如污水、流量、壓力等監(jiān)測(cè)儀)連接，并以一定的時(shí)間間隔采集、上傳數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上傳數(shù)據(jù)及儀器運(yùn)行狀態(tài)。GPRS無(wú)線調(diào)制解調(diào)器接收上端發(fā)布的各種指令，向下傳送給數(shù)據(jù)采集器及在線監(jiān)測(cè)儀器，同時(shí)接收在線監(jiān)測(cè)儀器上傳的數(shù)據(jù)，并在不改變數(shù)據(jù)格式的前提下為數(shù)據(jù)打包，將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)上。

        GPRS網(wǎng)絡(luò)通過(guò)INTERNET主干網(wǎng)(或GPRS網(wǎng)絡(luò)專線)上傳給監(jiān)控中心。監(jiān)控中心對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)、分析并自動(dòng)生成所需報(bào)表，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。監(jiān)控中心可以通過(guò)管理軟件發(fā)布指令，由GPRS無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)采集器傳送給監(jiān)測(cè)站點(diǎn)及各監(jiān)測(cè)儀器，可以對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、儀器控制、通訊方式等進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

        七、結(jié)語(yǔ)

        省級(jí)污水處理廠無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)使省級(jí)相關(guān)決策部門能更及時(shí)、準(zhǔn)確、具體、全面地掌握全省污水處理企業(yè)污染物排放的數(shù)據(jù)和信息，為強(qiáng)化管理提供技術(shù)支持。整合現(xiàn)有資源，充分發(fā)揮和最大限度地利用已有網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)測(cè)設(shè)備的作用，使全省已有的污水處理質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)和比較全面地在全省得到利用。省污水處理監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)分析功能可以為科學(xué)決策提供技術(shù)支持。