沈志鴻

（ 浙江創(chuàng)源環(huán)境監(jiān)控技術(shù)有限公司，浙江 嘉興 314006）

國家規(guī)定在十二五計(jì)劃內(nèi)實(shí)現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2010年下降16%，化學(xué)需氧量、二氧化硫排放總量減少8%，氨氮、氮氧化物排放總量減少10%的約束性目標(biāo)[1]。由此看來隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，節(jié)能減排、污染治理是一項(xiàng)長期而艱巨的重要工作，為促使各企業(yè)在生產(chǎn)制造過程中所產(chǎn)生的廢氣、廢水的排放達(dá)到國家規(guī)定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對各企業(yè)的污染源、點(diǎn)均設(shè)計(jì)并安裝了諸如化學(xué)需氧量（COD）、二氧化硫（SO2）、氨氮（NH3-N）、氮氧化物、重金屬（Cr、Ni）等化學(xué)分析檢測儀、流量計(jì)等計(jì)量檢測設(shè)備以及數(shù)據(jù)采集控制裝置，按各地環(huán)保部門的要求綜合監(jiān)測生產(chǎn)企業(yè)的廢水、廢氣排放情況。

目前通常采用的在線監(jiān)測方式是將污染源化學(xué)分析檢測儀、流量計(jì)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備聯(lián)機(jī)后以有線網(wǎng)絡(luò)方式通過Internet互聯(lián)網(wǎng)與上位機(jī)監(jiān)控中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的采集、分類、入庫保存。但是這種有線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，操作上有他的局限性，由于排污口環(huán)境條件比較復(fù)雜，使用電纜連接，現(xiàn)場必須用電纜管對電纜進(jìn)行保護(hù)，并將電纜管埋置與地面以下，加以保護(hù)，否則極易遭到外力的破壞，而且在放置電纜時(shí)需穿墻破洞，大大增加了施工的工程量，操作上也很不方便。加上排污口及污水處理設(shè)施所占場地地域遼闊，施工時(shí)需要大量電纜，從而增加了材料及施工成本。由于遠(yuǎn)距離使用電纜，使得通訊過程中抗干擾能力減弱，信噪比下降，降低了數(shù)據(jù)通訊的質(zhì)量，影響在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及實(shí)時(shí)性。

而GPRS無線通信系統(tǒng)利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，凡具有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)，均可采用，提高了安裝實(shí)施的效率，降低了施工及材料成本，使得在線監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)施顯得更為方便，數(shù)據(jù)的傳輸更加及時(shí)、準(zhǔn)確與可靠，而且易于運(yùn)行維護(hù)和保養(yǎng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由三個(gè)部分構(gòu)成：

第一部分，監(jiān)測終端，由數(shù)據(jù)采集儀與化學(xué)分析儀組成，對污染源的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

第二部分，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送，經(jīng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過Internet互聯(lián)網(wǎng)傳輸至監(jiān)控中心。

第三部分，監(jiān)控中心，由服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、人機(jī)接口界面及輔助設(shè)備，如UPS電源、空氣調(diào)節(jié)裝置組成。

監(jiān)測數(shù)據(jù)通過GPRS經(jīng)Internet互聯(lián)網(wǎng)傳輸至監(jiān)控中心，中心將數(shù)據(jù)分析處理，歸類入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存，并可根據(jù)需要對各污染源化學(xué)分析設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

2 硬件配置

2.1 監(jiān)測終端的設(shè)計(jì)

監(jiān)測終端采用的是以NHPXA270CS為核心的W5100HB型觸摸液晶屏智能數(shù)據(jù)采集儀，通過串口通訊將采集到的污染源檢測數(shù)據(jù)經(jīng)初步處理后傳送至GPRS傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的通訊。這款W5100HB數(shù)據(jù)采集儀具有兩個(gè)RS485、六個(gè)RS232增強(qiáng)型全雙工串口，RS485串口接收來自污染源檢測設(shè)備發(fā)送的檢測數(shù)據(jù)，故一臺(tái)W5100HB型數(shù)據(jù)采集儀通過RS485連接可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集。RS232實(shí)現(xiàn)與GPRS傳輸模塊的數(shù)據(jù)通訊。

GPRS模塊的作用是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心與監(jiān)控終端的通信。從污染源化學(xué)分析檢測設(shè)備及流量計(jì)采集的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)通過W5100HB數(shù)據(jù)采集儀的微處理經(jīng)RS232通信串口發(fā)送至GPRS模塊，由于GPRS無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和Intnet互聯(lián)網(wǎng)均遵從TCP/IP國際標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，并且互為溝通，模塊對所采集的數(shù)據(jù)按TCP/IP協(xié)議格式重新打包后，通過GPRS無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心[2]。

本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中選用TGM810型GPRS MODEM無線傳輸模塊，其內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議棧，用戶只需通過設(shè)置軟件對模塊進(jìn)行監(jiān)控中心服務(wù)器的IP地址、端口及SIM卡號(hào)等相關(guān)參數(shù)的設(shè)置并保存，連接數(shù)據(jù)采集儀的RS232接口，即可實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的傳輸。監(jiān)控終端設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.2 數(shù)據(jù)通訊的實(shí)現(xiàn)

從監(jiān)控終端采集的檢測數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)采儀中的微處理器經(jīng)RS232串口發(fā)送至GPRS模塊，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)端口（CMNET）進(jìn)入中國移動(dòng)內(nèi)網(wǎng)，通過GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GGSN 網(wǎng)關(guān)）把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀nternet互聯(lián)網(wǎng)上指定的監(jiān)控中心服務(wù)器，通過接收軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類并保存，根據(jù)需要還可將各類檢測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至內(nèi)網(wǎng)中其他數(shù)據(jù)服務(wù)器上，監(jiān)控中心還可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測終端進(jìn)行反控。數(shù)據(jù)通訊過程均根據(jù)國際通信TCP/IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

監(jiān)控中心與各監(jiān)控點(diǎn)組成一個(gè)在線監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)，中心管理著多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的IP地址和檢測設(shè)備的ID號(hào)，監(jiān)控中心服務(wù)器軟件對各監(jiān)測點(diǎn)的IP地址和ID號(hào)定時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù)請求命令或?qū)δ吃O(shè)備發(fā)出操作指令，監(jiān)測終端就會(huì)按要求進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳或按操作指令執(zhí)行相應(yīng)的操作[2]。

監(jiān)控中心由服務(wù)器、人機(jī)界面、接收保存數(shù)據(jù)資料所需數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、服務(wù)程序軟件組成，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾始皫?，監(jiān)控中心服務(wù)器的Internet互聯(lián)網(wǎng)接入采用固定IP地址的光纜接入方式，所以監(jiān)控中心無須設(shè)計(jì)安裝GPRS模塊。監(jiān)控終端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)與固定IP地址的監(jiān)控中心建立通訊，監(jiān)控中心服務(wù)器接收GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的監(jiān)測數(shù)據(jù)后，通過服務(wù)程序軟件對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、分類，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)服務(wù)器中（入庫保存）[3]，并可按相關(guān)職能部門的要求提供查詢各類污染源排放濃度及污水排放量報(bào)表，系統(tǒng)可自動(dòng)對超標(biāo)、超量進(jìn)行報(bào)警和遠(yuǎn)程控制。這些工作均由一套服務(wù)程序軟件設(shè)計(jì)完成。還可以通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)包括監(jiān)控終端軟件、GPRS通信軟件、監(jiān)控中心軟件的設(shè)計(jì)，在此僅以通信軟件的設(shè)計(jì)為例說明。系統(tǒng)上電后，GPRS 模塊復(fù)位，通過AT指令對其進(jìn)行初始化，包括對GPRS模塊的波特率、工作類型等參數(shù)的設(shè)置，使設(shè)備連接到GPRS網(wǎng)。然后進(jìn)行撥號(hào)與GGSN進(jìn)行通信鏈路的協(xié)商，即進(jìn)行握手認(rèn)證以及協(xié)議配置，PPPOE協(xié)商，最后獲得動(dòng)態(tài)IP地址，完成了接入Internet互聯(lián)網(wǎng)。這樣GPRS無線終端通過網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的全雙工數(shù)據(jù)通信[2]。軟件流程圖如圖3所示。

至此，文章分析了環(huán)保污染源在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的GPRS遠(yuǎn)程無線傳輸系統(tǒng)的架構(gòu)、硬件組成和軟件設(shè)計(jì)。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、可靠性高、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)的采集、現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)控等功能，提高了污染源監(jiān)測的效率和準(zhǔn)確性。同時(shí)，通過水樣采集器可對廢水污染源超標(biāo)排放進(jìn)行實(shí)時(shí)留樣，供相關(guān)監(jiān)管部門分析、判斷、追蹤。為執(zhí)法提供可靠的依據(jù)，控制超標(biāo)排放，達(dá)到減排目的。本設(shè)計(jì)符合國家對環(huán)保污染源在線監(jiān)測的要求，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)然，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸方式也可以采用其它網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，如中國聯(lián)通的CDMA網(wǎng)絡(luò)等，同樣可以實(shí)現(xiàn)對環(huán)保污染源的在線監(jiān)測。

[1]國家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃 國發(fā)〔2011〕42號(hào).

[2]張新成，李慶亮.基于GPRS遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì).2006，7.

[3]葉小榮，劉曉暉.網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器配置與應(yīng)用[M].2011，3.