摘要：首先介紹GPRS技術的原理和GPRS在污水處理監控系統中的應用，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控系統設計方案，并設計通信規約和上位機軟件。通過實際的系統運行，污水處理能力和效率均得到明顯提升。
關鍵詞：通用分組無線業務(GPRS)；上位機；污水處理；遠程監控

    污水處理監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測存在鋪設線路成本高、維護費用高、不易調整等問題。通用分組無線業務GPRS(General Packet Radio Service)數據傳輸網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據傳輸業務，按數據流量計算運行費用，運行成本低，無須維護傳輸平臺。而且GPRS網絡覆蓋面廣，具有數據傳輸速率高和永遠在線的特點。因此，GPRS通訊在污水處理監控系統中的應用具有無可比擬的性價比優勢。
    傳統污水處理廠的運行主要依賴人工經驗知識，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，傳統的PID控制方法需要精確的數學模型和分析過程，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，不利于系統的穩定性。
    針對傳統污水監控系統由于監控點位置的分散，通過有線的方式布置系統存在成本過高、缺乏靈活性，以及過于依賴人工操作不利于系統穩定性等缺點，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的污水處理監控系統。

1 基于GPRS的污水處理遠程監控系統
    遠程監控系統的中控室主要由2臺計算機組成：系統監控管理計算機和信息監控管理計算機。系統監控管理計算機部分，2臺交換機通過控制層實時通信網與本地現場PLC站通訊，可實時檢測與監控污水處理廠自控系統范圍內的各類設備狀態、工藝過程參數，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數據通信專線與排水公司調度系統連接。信息監控管理計算機負責實時和定時記錄生產報表并打印，同時作為系統監控管理計算機的設備。
    由于部分污水處理現場距中控室較遠，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場進行監測與控制。遠端現場將采集的數據收集到遠端現場服務器。通過遠端現場的處理與轉換，再利用具有GPRS功能的數據終端通過無線方式與巾國移動基站通信，GPRS的分組從基站發送到GPRS服務支持節點(SGSN)，SGSN再與GPRS網關支持節點(GGSN)通信，由GGSN對分組數據進行處理后，發送給中控室的GPRS收發裝置，中控室的監控管理計算機通過數據包的地址對數據進行分別處理。中控室用戶監控管理計算機申請一個固定IP地址，GPRS模塊一旦登陸GSM網絡，便會自動連接用戶數據中心。從而在GPRS模塊和用戶數據中心之間通過IP地址進行TCP／IP雙向通信擻據傳輸透明而可靠。

系統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。基于GPRS網絡的污水處理監控系統方案如圖1所示。

2 通信規約設計
    污水處理監控系統的通信分為2種，一種是通過GPRS無線連接與DTU通信，另一種是局域網通信。GPRS選用TCP／IP協議通信。主要是DTU向服務器發送污水工序、氧化溝、污泥泵房、二沉池、配水井等設備運行情況的數據，以及服務器向DTU轉發上位機命令。而局域網通信主要是服務器向數據庫存儲數據、上位機查找數據庫數據，以及上位機向服務器發送請求命令。這里將局域網通信協議和GPRS通信協議統一為一種數據幀格式，如表l所示。

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

3 軟件部分設計
    本系統上位機軟件的實現采用基于Windows 2000環境下的Intouch 8．O系統。Intouch具有領先的人機接口界面(HMI)和面向對象的圖形開發環境，便于高效、快捷地配置用戶的應用程序。目前常見的工控組態軟件有Intouch、LabView，Rsview(Allen-Brandley)、Ifix(GE Fanuc)、Kingview(組態王)、Wince (Siemens)、Interlution等，Intouch和這些軟件相比，其主要優點有：優化代碼；自帶SQL語言，方便數據庫設計；提供各種通信協議接口，包括PLC，GSM，GPRS等?；谝陨咸攸c，這里使用Intouch作為上位機軟件的開發工具，其實現的功能包括：自動形成生產日、月、年報表，定時自動打?。航⒃敿毜膸椭畔ⅲ惺鹿蕡缶畔@示清單；監測數據的圖形化與報表形式顯示。圖2為污水廠進水預處理軟件界面。

4 系統應用分析
    經過實際的系統運行，基于GPRS的污水處理監控系統自投入使用以來，污水處理性能和效率提高很多，BOD5總去除率有較大幅度提高，COD達標率和BOD5達標率達到100％。圖3、圖4分別是污水處理廠某月出水監測COD數據變化圖和BOD5數據變化圖。

    整個系統界面友好，操作方便，可實現各等級權限密碼保護，系統安全可靠。并可根據用戶事先設定的監控范圍對多種指標進行監控，一旦超出設定范圍，計算機立即報警，并記錄有關數據、工況，以供分析處理。計算機所測數據可按一定時間間隔記錄到硬盤上，也可根據用戶的要求在各種條件下存盤，用戶可根據需要隨時調取有關數據進行顯示、打印。同時還可實現網絡發布功能。使各終端通過Web訪問服務器，實時了解監控數據，同樣可以實現各種動畫、表格、曲線的顯示，滿足不同權限的用戶實時了解各站點工作情況及監測數據的需求。

5 結論
    本研究項目針對傳統污水監控系統由于監控點位置分散，通過有線的方式布置系統存在成本過高、缺乏靈活性等缺點，采用GPRS技術為某污水處理公司設計一套基于GPRS的污水處理監控系統，基于Windows2000環境下的Intouch 8．0系統進行監控軟件的2次開發，通過系統的投產運行，該系統在處理污水的能力方面較以前有較大幅度的提升，且節約了經濟成本。GPRS技術由于其優越性，在自動控制、環境監測等方面將發揮更大的作用。