基于GPRS的污水处理监控系统设计

2011-05-13 10:04:52来源: 互联网

摘要:首先介绍GPRS技术的原理和GPRS在污水处理监控系统中的应用,针对某市污水处理厂的实际情况,提出一种基于GPRS技术的污水处理远程监控系统设计方案,并设计通信规约和上位机软件。通过实际的系统运行,污水处理能力和效率均得到明显提升。
关键词:通用分组无线业务(GPRS);上位机;污水处理;远程监控

    污水处理监控存在设备分布点零散,而且每个点设备较少的情况。因此,对这些设备的实时监测存在铺设线路成本高、维护费用高、不易调整等问题。通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)数据传输网络则为此提供一个最佳解决方案。在其基础上可进行多种数据传输业务,按数据流量计算运行费用,运行成本低,无须维护传输平台。而且GPRS网络覆盖面广,具有数据传输速率高和永远在线的特点。因此,GPRS通讯在污水处理监控系统中的应用具有无可比拟的性价比优势。
    传统污水处理厂的运行主要依赖人工经验知识,各个工艺流程阶段都需要人工干预。而污水处理过程复杂,有很多不确定性和模糊性,传统的PID控制方法需要精确的数学模型和分析过程,难以控制复杂的污水处理过程,所以一般由人工来完成整个过程的闭环控制。而过于依赖人工操作则会带来太多人为因素,不利于系统的稳定性。
    针对传统污水监控系统由于监控点位置的分散,通过有线的方式布置系统存在成本过高、缺乏灵活性,以及过于依赖人工操作不利于系统稳定性等缺点,本文结合GPRS技术的特点,为某市污水处理公司设计一套基于GPRS的污水处理监控系统。

1 基于GPRS的污水处理远程监控系统
    远程监控系统的中控室主要由2台计算机组成:系统监控管理计算机和信息监控管理计算机。系统监控管理计算机部分,2台交换机通过控制层实时通信网与本地现场PLC站通讯,可实时检测与监控污水处理厂自控系统范围内的各类设备状态、工艺过程参数,并显示到人机界面,以供操作人员、管理人员进行运行管理,并可通过租用电信部门DDN数据通信专线与排水公司调度系统连接。信息监控管理计算机负责实时和定时记录生产报表并打印,同时作为系统监控管理计算机的设备。
    由于部分污水处理现场距中控室较远,有的达几千米甚至十几千米,布置有线的方式成本开销太大,故采用GPRS的通信方式对距中控室较远的现场进行监测与控制。远端现场将采集的数据收集到远端现场服务器。通过远端现场的处理与转换,再利用具有GPRS功能的数据终端通过无线方式与巾国移动基站通信,GPRS的分组从基站发送到GPRS服务支持节点(SGSN),SGSN再与GPRS网关支持节点(GGSN)通信,由GGSN对分组数据进行处理后,发送给中控室的GPRS收发装置,中控室的监控管理计算机通过数据包的地址对数据进行分别处理。中控室用户监控管理计算机申请一个固定IP地址,GPRS模块一旦登陆GSM网络,便会自动连接用户数据中心。从而在GPRS模块和用户数据中心之间通过IP地址进行TCP/IP双向通信擞据传输透明而可靠。

系统主要由远程分站和中控室两部分组成。远程分站由GPRS模块利用PLC与现场各种自动化仪表、传感器及变送器等连接。控制中心可采用PC机结合GPRSMODEM,或PC机结合固定IP地址的方式。基于GPRS网络的污水处理监控系统方案如图1所示。

2 通信规约设计
    污水处理监控系统的通信分为2种,一种是通过GPRS无线连接与DTU通信,另一种是局域网通信。GPRS选用TCP/IP协议通信。主要是DTU向服务器发送污水工序、氧化沟、污泥泵房、二沉池、配水井等设备运行情况的数据,以及服务器向DTU转发上位机命令。而局域网通信主要是服务器向数据库存储数据、上位机查找数据库数据,以及上位机向服务器发送请求命令。这里将局域网通信协议和GPRS通信协议统一为一种数据帧格式,如表l所示。


    表l中,数据帧帧头和帧尾都用0x7E表示,而为避免数据内容与帧头、帧尾混淆,用2个“Ox7E”表示“0x7E”;帧长度是指除帧头和帧尾外,所有数据的字节数。用2个字节表示;主命令说明发送方的请求内容:从命令辅助主命令定义数据发送周期的长短;DTU号码用于标识DTU;ID号是DTU编码;数据内容主要指污水工序、氧化沟、污泥泵房、二沉池、配水井设备运行情况等数据。
    当信道上无数据传输时,通信双方应每隔时间C发送心跳包以维持此连接。当心跳包发出超过时间T后未收到响应,则立即再发送心跳包。若连续发送(N-1)次后仍未得到响应,则断开此连接。参数C、T、N原则上应可配置,现阶段建议取值:C=3 min,T=60 s,N=3。网关与SP之间、网关与网关之间的消息发送后等待T后未收到响应,应立即重发。若连续发送(N-1)次后仍未得到响应则停发。现阶段建议取值是:T=60 s,N=3。采用并发方式发送消息,并加以滑动窗口流量控制,窗口大小参数W可配置,现阶段建议取为16,即接收方应答前,1次收到的消息数最多不超过16条。

3 软件部分设计
    本系统上位机软件的实现采用基于Windows 2000环境下的Intouch 8.O系统。Intouch具有领先的人机接口界面(HMI)和面向对象的图形开发环境,便于高效、快捷地配置用户的应用程序。目前常见的工控组态软件有Intouch、LabView,Rsview(Allen-Brandley)、Ifix(GE Fanuc)、Kingview(组态王)、Wince (Siemens)、Interlution等,Intouch和这些软件相比,其主要优点有:优化代码;自带SQL语言,方便数据库设计;提供各种通信协议接口,包括PLC,GSM,GPRS等。基于以上特点,这里使用Intouch作为上位机软件的开发工具,其实现的功能包括:自动形成生产日、月、年报表,定时自动打印:建立详细的帮助信息,所有事故报警信息显示清单;监测数据的图形化与报表形式显示。图2为污水厂进水预处理软件界面。

4 系统应用分析
    经过实际的系统运行,基于GPRS的污水处理监控系统自投入使用以来,污水处理性能和效率提高很多,BOD5总去除率有较大幅度提高,COD达标率和BOD5达标率达到100%。图3、图4分别是污水处理厂某月出水监测COD数据变化图和BOD5数据变化图。

  


    整个系统界面友好,操作方便,可实现各等级权限密码保护,系统安全可靠。并可根据用户事先设定的监控范围对多种指标进行监控,一旦超出设定范围,计算机立即报警,并记录有关数据、工况,以供分析处理。计算机所测数据可按一定时间间隔记录到硬盘上,也可根据用户的要求在各种条件下存盘,用户可根据需要随时调取有关数据进行显示、打印。同时还可实现网络发布功能。使各终端通过Web访问服务器,实时了解监控数据,同样可以实现各种动画、表格、曲线的显示,满足不同权限的用户实时了解各站点工作情况及监测数据的需求。

5 结论
    本研究项目针对传统污水监控系统由于监控点位置分散,通过有线的方式布置系统存在成本过高、缺乏灵活性等缺点,采用GPRS技术为某污水处理公司设计一套基于GPRS的污水处理监控系统,基于Windows2000环境下的Intouch 8.0系统进行监控软件的2次开发,通过系统的投产运行,该系统在处理污水的能力方面较以前有较大幅度的提升,且节约了经济成本。GPRS技术由于其优越性,在自动控制、环境监测等方面将发挥更大的作用。

关键字:污水处理

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0513/article_5937.html
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