摘要：首先介紹GPRS技術的原理和GPRS在污水處理監(jiān)控系統(tǒng)中的應用，針對某市污水處理廠的實際情況，提出一種基于GPRS技術的污水處理遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計方案，并設計通信規(guī)約和上位機軟件。通過實際的系統(tǒng)運行，污水處理能力和效率均得到明顯提升。
關鍵詞：通用分組無線業(yè)務(GPRS)；上位機；污水處理；遠程監(jiān)控

污水處理監(jiān)控存在設備分布點零散，而且每個點設備較少的情況。因此，對這些設備的實時監(jiān)測存在鋪設線路成本高、維護費用高、不易調(diào)整等問題。通用分組無線業(yè)務GPRS(General Packet Radio Service)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡則為此提供一個最佳解決方案。在其基礎上可進行多種數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，按數(shù)據(jù)流量計算運行費用，運行成本低，無須維護傳輸平臺。而且GPRS網(wǎng)絡覆蓋面廣，具有數(shù)據(jù)傳輸速率高和永遠在線的特點。因此，GPRS通訊在污水處理監(jiān)控系統(tǒng)中的應用具有無可比擬的性價比優(yōu)勢。
傳統(tǒng)污水處理廠的運行主要依賴人工經(jīng)驗知識，各個工藝流程階段都需要人工干預。而污水處理過程復雜，有很多不確定性和模糊性，傳統(tǒng)的PID控制方法需要精確的數(shù)學模型和分析過程，難以控制復雜的污水處理過程，所以一般由人工來完成整個過程的閉環(huán)控制。而過于依賴人工操作則會帶來太多人為因素，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
針對傳統(tǒng)污水監(jiān)控系統(tǒng)由于監(jiān)控點位置的分散，通過有線的方式布置系統(tǒng)存在成本過高、缺乏靈活性，以及過于依賴人工操作不利于系統(tǒng)穩(wěn)定性等缺點，本文結合GPRS技術的特點，為某市污水處理公司設計一套基于GPRS的污水處理監(jiān)控系統(tǒng)。

1 基于GPRS的污水處理遠程監(jiān)控系統(tǒng)
遠程監(jiān)控系統(tǒng)的中控室主要由2臺計算機組成：系統(tǒng)監(jiān)控管理計算機和信息監(jiān)控管理計算機。系統(tǒng)監(jiān)控管理計算機部分，2臺交換機通過控制層實時通信網(wǎng)與本地現(xiàn)場PLC站通訊，可實時檢測與監(jiān)控污水處理廠自控系統(tǒng)范圍內(nèi)的各類設備狀態(tài)、工藝過程參數(shù)，并顯示到人機界面，以供操作人員、管理人員進行運行管理，并可通過租用電信部門DDN數(shù)據(jù)通信專線與排水公司調(diào)度系統(tǒng)連接。信息監(jiān)控管理計算機負責實時和定時記錄生產(chǎn)報表并打印，同時作為系統(tǒng)監(jiān)控管理計算機的設備。
由于部分污水處理現(xiàn)場距中控室較遠，有的達幾千米甚至十幾千米，布置有線的方式成本開銷太大，故采用GPRS的通信方式對距中控室較遠的現(xiàn)場進行監(jiān)測與控制。遠端現(xiàn)場將采集的數(shù)據(jù)收集到遠端現(xiàn)場服務器。通過遠端現(xiàn)場的處理與轉換，再利用具有GPRS功能的數(shù)據(jù)終端通過無線方式與巾國移動基站通信，GPRS的分組從基站發(fā)送到GPRS服務支持節(jié)點(SGSN)，SGSN再與GPRS網(wǎng)關支持節(jié)點(GGSN)通信，由GGSN對分組數(shù)據(jù)進行處理后，發(fā)送給中控室的GPRS收發(fā)裝置，中控室的監(jiān)控管理計算機通過數(shù)據(jù)包的地址對數(shù)據(jù)進行分別處理。中控室用戶監(jiān)控管理計算機申請一個固定IP地址，GPRS模塊一旦登陸GSM網(wǎng)絡，便會自動連接用戶數(shù)據(jù)中心。從而在GPRS模塊和用戶數(shù)據(jù)中心之間通過IP地址進行TCP／IP雙向通信擻據(jù)傳輸透明而可靠。

系統(tǒng)主要由遠程分站和中控室兩部分組成。遠程分站由GPRS模塊利用PLC與現(xiàn)場各種自動化儀表、傳感器及變送器等連接?？刂浦行目刹捎肞C機結合GPRSMODEM，或PC機結合固定IP地址的方式?；贕PRS網(wǎng)絡的污水處理監(jiān)控系統(tǒng)方案如圖1所示。

2 通信規(guī)約設計
污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的通信分為2種，一種是通過GPRS無線連接與DTU通信，另一種是局域網(wǎng)通信。GPRS選用TCP／IP協(xié)議通信。主要是DTU向服務器發(fā)送污水工序、氧化溝、污泥泵房、二沉池、配水井等設備運行情況的數(shù)據(jù)，以及服務器向DTU轉發(fā)上位機命令。而局域網(wǎng)通信主要是服務器向數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)、上位機查找數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，以及上位機向服務器發(fā)送請求命令。這里將局域網(wǎng)通信協(xié)議和GPRS通信協(xié)議統(tǒng)一為一種數(shù)據(jù)幀格式，如表l所示。

表l中，數(shù)據(jù)幀幀頭和幀尾都用0x7E表示，而為避免數(shù)據(jù)內(nèi)容與幀頭、幀尾混淆，用2個“Ox7E”表示“0x7E”；幀長度是指除幀頭和幀尾外，所有數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。用2個字節(jié)表示；主命令說明發(fā)送方的請求內(nèi)容：從命令輔助主命令定義數(shù)據(jù)發(fā)送周期的長短；DTU號碼用于標識DTU；ID號是DTU編碼；數(shù)據(jù)內(nèi)容主要指污水工序、氧化溝、污泥泵房、二沉池、配水井設備運行情況等數(shù)據(jù)。
當信道上無數(shù)據(jù)傳輸時，通信雙方應每隔時間C發(fā)送心跳包以維持此連接。當心跳包發(fā)出超過時間T后未收到響應，則立即再發(fā)送心跳包。若連續(xù)發(fā)送(N-1)次后仍未得到響應，則斷開此連接。參數(shù)C、T、N原則上應可配置，現(xiàn)階段建議取值：C=3 min，T=60 s，N=3。網(wǎng)關與SP之間、網(wǎng)關與網(wǎng)關之間的消息發(fā)送后等待T后未收到響應，應立即重發(fā)。若連續(xù)發(fā)送(N-1)次后仍未得到響應則停發(fā)。現(xiàn)階段建議取值是：T=60 s，N=3。采用并發(fā)方式發(fā)送消息，并加以滑動窗口流量控制，窗口大小參數(shù)W可配置，現(xiàn)階段建議取為16，即接收方應答前，1次收到的消息數(shù)最多不超過16條。