基于GPRS的企業(yè)污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究

張雪瑩

摘 要：本設(shè)計(jì)以污水處理為研究背景，采用STM32為控制核心，通過(guò)傳感器對(duì)工控量進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，由PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接控制，采用C++ Builder 6.0進(jìn)行上位機(jī)開(kāi)發(fā)，提出了集遠(yuǎn)程監(jiān)控、信息管理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的系統(tǒng)方案，并用GPRS通訊方式實(shí)現(xiàn)污水處理監(jiān)控系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸和永遠(yuǎn)在線監(jiān)測(cè)。能夠使污水處理的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集真實(shí)可靠，效率更高，且能夠降低污水處理設(shè)備監(jiān)控的建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本。

關(guān)鍵詞：GPRS網(wǎng)絡(luò)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；污水處理；無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

0 引言

在污水處理監(jiān)控方面存在著分布點(diǎn)零散，每個(gè)點(diǎn)設(shè)備不多的情況。對(duì)這些設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一直存在著難以解決的問(wèn)題，如鋪設(shè)線路成本高、維護(hù)費(fèi)用高、不易調(diào)整等。在我國(guó)的污水治理和大氣監(jiān)控項(xiàng)目中，所涉及的處理和監(jiān)控系統(tǒng)，很多必須是無(wú)人值守的設(shè)備或監(jiān)測(cè)點(diǎn)，不適合搭建有線通訊網(wǎng)絡(luò)，若采用光纖或電臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊，不僅設(shè)備耗資巨大，而且滿足不了移動(dòng)的需要。高速的數(shù)據(jù)傳輸和永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn)，配合按流量收費(fèi)的資費(fèi)方式，使GPRS的應(yīng)用具有了無(wú)可比擬的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

遠(yuǎn)程監(jiān)控是國(guó)內(nèi)外研究的前沿課題，國(guó)內(nèi)外都展開(kāi)了積極的研究。許多國(guó)際組織，如MIMOS、SMFP等紛紛進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控與故障診斷咨詢和技術(shù)推廣工作，并制定了一些信息交換格式和標(biāo)準(zhǔn)。法國(guó)ALARM研究組對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的智能報(bào)警和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，并在多個(gè)項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用。斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院合作開(kāi)發(fā)基于Internet的下一代遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷示范系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)基本處于研制階段，未見(jiàn)大范圍推廣應(yīng)用及產(chǎn)品出售。

2 本設(shè)計(jì)的架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本設(shè)計(jì)中整個(gè)GPRS污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)部分。下位機(jī)的部分在中期考核中有簡(jiǎn)要介紹，上位機(jī)部分主要是PC控制中心軟件的編寫以及服務(wù)器信息傳輸設(shè)計(jì)和應(yīng)用效果體現(xiàn)。整體設(shè)計(jì)可以完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸、顯示以及通過(guò)遠(yuǎn)程控制終端實(shí)現(xiàn)對(duì)制定的污水處理系統(tǒng)進(jìn)行控制。下位機(jī)的組成大致分為：STM32核心控制模塊、信息采集模塊、顯示屏、PLC控制模塊以及GPRS-DTU模塊。主要是各個(gè)污水處理車間或工廠的安裝裝置集成?？梢詫?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、顯示、傳輸，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC的控制。

2.2 設(shè)備的選型

（1）STM32根據(jù)實(shí)際的變量和端口需要暫定選擇STM32F103VDT6，PLC選擇西門子系列。

（2）在TCP/UDP中選擇適合GPRS的傳輸協(xié)議，具體確定哪個(gè)，可根據(jù)設(shè)備供應(yīng)商、實(shí)測(cè)應(yīng)用效果以及外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量來(lái)進(jìn)一步確定。

（3）顯示屏選擇迪文科技的DGUS系統(tǒng)顯示屏，可以很好地支持二次組態(tài)開(kāi)發(fā)，友好的人機(jī)界面設(shè)計(jì)方式和真彩的觸摸屏顯示，電容屏觸摸更靈敏。

（4）顯示屏與主控機(jī)的通訊協(xié)議初步選擇使用顯示屏廠家的通訊協(xié)議，可以更好地減少程序編寫中的命令解析。

（5）上位機(jī)開(kāi)發(fā)使用C++ Builder 6.0版本的軟件，軟件的開(kāi)發(fā)和使用好評(píng)度較好，圖形化的開(kāi)發(fā)界面更直接便捷，很好地縮短了開(kāi)發(fā)周期。

（6）傳感器的信息采集以及通訊方式，本設(shè)計(jì)采用檢測(cè)儀表對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，監(jiān)測(cè)儀表采用RS-485 總線通信方式，所使用的檢測(cè)儀包括COD cr檢測(cè)儀、BOD 5檢測(cè)儀、SS檢測(cè)儀、色度檢測(cè)儀和pH 檢測(cè)儀。

3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和特色

污水處理的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)際上是將物聯(lián)網(wǎng)的知識(shí)延用到工業(yè)領(lǐng)域，尤其在無(wú)線通訊方式（GPRS）的選擇和局域組網(wǎng)方面（WIFI、Zigbee）。

（1）本設(shè)計(jì)提供了一個(gè)污水處理的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控策略，工控的上位機(jī)開(kāi)發(fā)，目前市場(chǎng)上大部分使用組態(tài)開(kāi)發(fā)，本設(shè)計(jì)采用C++Builder進(jìn)行了.exe程序開(kāi)發(fā)，加之TCP等協(xié)議支持，能夠讓用戶更方便對(duì)工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)控。

（2）上位機(jī)軟件采用C++編寫，更容易將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法通過(guò)調(diào)用MATLAB軟件功能，將算法加入到污水處理的控制過(guò)程中，同時(shí)也可以對(duì)優(yōu)化改進(jìn)的算法的驗(yàn)證提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。

（3）系統(tǒng)中考慮加入GSM短信通信模塊，用于將報(bào)警信息等通過(guò)短信形式發(fā)送給你制定的監(jiān)測(cè)者，避免工控環(huán)境中意外的發(fā)生。

（4）顯示屏模塊的增加，使得人工可以在現(xiàn)場(chǎng)方便地讀取到實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)信息，或者進(jìn)行緊急控制。

（5）遠(yuǎn)程的無(wú)線監(jiān)控方式，可以解決監(jiān)控區(qū)域分散，難以統(tǒng)一管理的問(wèn)題，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，節(jié)約了成本，便于集中管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

在工業(yè)污水的處理中，由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的環(huán)境比較惡劣，根據(jù)污水處理工藝流程的需要，對(duì)污水進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，本設(shè)計(jì)GPRS污水處理遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括上位機(jī)和下位機(jī)部分。通過(guò)傳感器對(duì)工控量進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，由PLC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直接控制，采用C++ Builder 6.0進(jìn)行上位機(jī)開(kāi)發(fā)，提出了集遠(yuǎn)程監(jiān)控、信息管理和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的系統(tǒng)方案，本設(shè)計(jì)中的監(jiān)控系統(tǒng)使用方案的選擇，實(shí)際并不只是考慮到工業(yè)應(yīng)用，還可以延伸到其他領(lǐng)域應(yīng)用。投入成本較低，遠(yuǎn)距離通信質(zhì)量有保障，能夠應(yīng)對(duì)間斷、突發(fā)性的數(shù)據(jù)通信，且易于調(diào)整，維護(hù)成本較低。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭丹丹.基于GPRS的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].武漢理工大學(xué)，2008.

[2]王鵬.基于GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].大連理工大學(xué)，2014.

[3]王志平，程韜波.基于GPRS的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2005，（3）：3-4，11.

[4]韓基榮.基于GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].哈爾濱工程大學(xué)，2009.

[5]張修建.基于Web的工業(yè)污水遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].燕山大學(xué)，2011.

（作者單位：永城職業(yè)學(xué)院）