GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

      省級污水處理廠GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實施

        摘 要：以遼寧省環(huán)境信息中心為例，介紹了利用GPRS (通用分組無線業(yè)務)無線傳輸技術(shù)監(jiān)測全省污水處理廠污水排污水處理情況的省級污水處理GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測系統(tǒng) 該系統(tǒng)將對污水處理廠各監(jiān)測儀器進行實時監(jiān)控，并把監(jiān)測器送到PLC采集器中的數(shù)據(jù)通過無線傳輸上傳到省污水處理監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心可以對數(shù)據(jù)實時監(jiān)測 ，對監(jiān)測儀器設(shè)備實監(jiān)控，并對數(shù)據(jù)進行處理，使污染排放監(jiān)管部門能更及時 準確具體全面地掌握全省環(huán)境質(zhì)量環(huán)境監(jiān)控和重點污染源的數(shù)和信息，以提高執(zhí)法的快速反應能力全面的監(jiān)管能力和科學決策的支持能力。

        一、引言

        省級污水處理GPRS 無線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測系統(tǒng)采用先進 成熟的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和先進的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將分布在遼寧省十幾個污水處理廠的多個監(jiān)測子站數(shù)據(jù)傳送給省環(huán)境保護局監(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)管提供實時準確具體全面的質(zhì)量和監(jiān)控數(shù)據(jù)信息。

        二、系統(tǒng)構(gòu)成

        省級污水處理GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器GPRS 無線傳輸和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 部分構(gòu)成(圖 1)針對目前監(jiān)測子站在線監(jiān)測設(shè)備的情況，數(shù)據(jù)采集器采用8路輸入信號GPRS 數(shù)據(jù)采集器實現(xiàn)將在線監(jiān)測設(shè)備輸出的電壓或電流的模擬信號采集后通過設(shè)備傳輸?shù)奖O(jiān)測中心為了解決數(shù)據(jù)傳輸上存在的問題，GPRS 數(shù)據(jù)傳輸采用 方式進行無線數(shù)據(jù)上傳，利用GPRS設(shè)備和移動通訊提供的GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線實時上傳，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實現(xiàn)對上傳數(shù)據(jù)進行存儲統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)不同監(jiān)測子站單參數(shù)多參數(shù)的實時數(shù)據(jù)小時數(shù)據(jù)日數(shù)據(jù)的報表日圖表等不同方式的表現(xiàn)和分析，為使用者提供準確 的統(tǒng)計分析結(jié)果。

        圖1 省級污水處理GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測系統(tǒng)

        三、數(shù)據(jù)采集器

        3.1、特點

        (1)物理層RS232 ，RS-422 ， RS485，實現(xiàn)通用型監(jiān)測數(shù)據(jù)采集器的每路通信口按不同的規(guī)約，一點對多點與各種在線監(jiān)測儀進行數(shù)字通信(ASCII)。

        (2)實現(xiàn)通用型監(jiān)測數(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)按照用戶要求的時間定時采集數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)送到上層微機或指定的信息系統(tǒng);采集、加工好的數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)采集器的另外一個通信接口以ASCII碼格式傳送給另外一臺微機或信息系統(tǒng)。

        (2)系統(tǒng)可同時采集8路0~10mA或4~20mA傳感器信息或在線監(jiān)測儀輸出0~10mA或4~20mA信息(包括0~5V，1~5V)，通過電路板上跳線可對0~10mA或4~20mA(0~5V或1~5V)硬件線路進行切換。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準設(shè)備。用戶通過微機可對以上7路通信接口的每一路進行接入設(shè)定，可設(shè)定接入在線監(jiān)測儀的名稱(COD測量儀、pH計、污水流量計等)、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簡介

        GPRS是歐洲電信協(xié)會GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標準，它可以提供高達115Kbps的空中接口傳輸速率。GPRS使若干移動用戶能夠同時共享一個無線信道，一個移動用戶也可以使用 多個無線信道。有了GPRS，用戶的呼叫建立時間大為縮短，幾乎可以做到“永遠在線”(alwaysonline)。實際上，即使永遠在線而不發(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是營運商能夠以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時間為基準來計費，從而使每個用戶的服務成本更低。GPRS采用信道捆綁和增強數(shù)據(jù)速率來實現(xiàn)高速接入，目前GPRS的設(shè)計可以在一個載頻或8個信道中實現(xiàn)捆綁，將每個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)展的下一步是通過增強數(shù)據(jù)速率改進(EDGE)將每個信道的速率提高到48Kbps，因此第二代的GPRS設(shè)計速率為384Kbps。

        4.2GPRS特點

        4.2.1應用廣泛

        用戶喜歡的方式應該是無縫地與網(wǎng)絡(luò)連接，不分時間和地點。所有現(xiàn)有的以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)的應用都可以很好地運行在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，無需以往長時間的撥號建立連接過程。只要激活GPRS應用后，每次連接只需2s將永遠保持在線，不存在掉線問題，類似于一種無線專線網(wǎng)絡(luò)。

        4.2.3按量計費

        雖然可以保持永遠在線，但不必擔心費用問題，因為只有產(chǎn)生通信流量時才計費。它是一種按照用戶數(shù)據(jù)傳輸流量來計費的方式，計費更加科學合理。

        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可擴展性

        可擴展的模塊化設(shè)計結(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)務量的需求。它可讓低成本、小容量的GSM系統(tǒng)通過添加新硬件和更新軟件的方法來擴容，而對現(xiàn)有硬件只需進行很小的改動。綜上所述，采用GPRS傳輸方案是保證整個系統(tǒng)靈活性、高效性、經(jīng)濟合理性、可擴展性的保障，同時可以降低系統(tǒng)推廣的難度。

        五、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

        在線監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行接收、存儲、管理、統(tǒng)計和分析的系統(tǒng)。系統(tǒng)由2部分組成：服務器端和客戶端。

        5.1、軟件工作原理

        (1)各個監(jiān)測子站的數(shù)據(jù)采集器將采集到的實時數(shù)據(jù)通過GPRS設(shè)備和GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到應用部門監(jiān)測中心的服務器上;

        (2)安裝在服務器上的程序?qū)⒔邮盏降臄?shù)據(jù)自動存儲在數(shù)據(jù)庫中;

        (3)安裝在不同地點的客戶端的程序，通過內(nèi)部的局域網(wǎng)根據(jù)各自不同的權(quán)限得到相應監(jiān)測子站的數(shù)據(jù);

        (4)通過客戶端提供的功能可以得到實時數(shù)據(jù)、小時數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)、報表和分析圖表;

        (5)可以通過手機短信隨時接收到某一點位的實時數(shù)據(jù)監(jiān)測信息。

        5.2、服務器端

        主要功能是：

        (1)在線站點設(shè)置。設(shè)置在線站點的名稱、地址、地址編號、ID號等。

        (2)實時數(shù)據(jù)?？梢圆榭锤鱾€監(jiān)測子站的數(shù)據(jù)。

        (3)在線用戶?？梢圆榭串斍霸诰€的用戶。

        (4)權(quán)限設(shè)置。對不同的用戶設(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)。此外還有實時數(shù)據(jù)查看、小時數(shù)據(jù)查看、報表預覽打印、數(shù)據(jù)查詢等功能。

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

        整個系統(tǒng)完成了從監(jiān)測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)測數(shù)據(jù)的管理體系。能夠為用戶提供翔實、準確、及時、全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時可以根據(jù)需要將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到上級管理部門。

        六、系統(tǒng)工作原理

        本解決方案充分利用移動通訊提供的網(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?、及時和準確。通過本系統(tǒng)可以對多個監(jiān)測站點進行實時監(jiān)測，使每個站點的監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r的顯示在監(jiān)測中心的主機上，設(shè)計了由數(shù)據(jù)采集器接收多個監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)，使用專用GPRS無線調(diào)制解調(diào)器把數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS網(wǎng)絡(luò)，再通過INTER-NET主干網(wǎng)(或GPRS網(wǎng)絡(luò)專線)上傳給省環(huán)境保護局監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心進行實時監(jiān)測、監(jiān)控并管理的解決方案。

        每一個現(xiàn)場信息監(jiān)測站點配置一臺數(shù)據(jù)采集器、一臺GPRS無線調(diào)制解調(diào)器，調(diào)制解調(diào)器通過RS-232接口與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器與現(xiàn)場在線監(jiān)測儀器(如污水、流量、壓力等監(jiān)測儀)連接，并以一定的時間間隔采集、上傳數(shù)據(jù)，并實時監(jiān)測上傳數(shù)據(jù)及儀器運行狀態(tài)。GPRS無線調(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)測儀器，同時接收在線監(jiān)測儀器上傳的數(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)控中心對各類數(shù)據(jù)進行實時顯示、存儲、分析并自動生成所需報表，實現(xiàn)了對信息實時監(jiān)測的目的。監(jiān)控中心可以通過管理軟件發(fā)布指令，由GPRS無線調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)采集器傳送給監(jiān)測站點及各監(jiān)測儀器，可以對監(jiān)測站點、儀器控制、通訊方式等進行參數(shù)設(shè)置。

        七、結(jié)語

        省級污水處理廠無線數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)使省級相關(guān)決策部門能更及時、準確、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)測設(shè)備的作用，使全省已有的污水處理質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r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決策提供技術(shù)支持。