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基于GPRS技术在平板陶瓷膜水处理中的应用及研究 |
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作者：邓彪 范小江 发布时间：2017年12月1日 |
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基于GPRS技术在平板陶瓷膜水处理中的应用及研究
摘 要:介绍了平板陶瓷膜技术在水处理中的应用和发展前景，针对陶瓷膜在运行中需要对影响其膜透通量和稳定性能的参数进行实时监测和记录，以便对被控设备采取合适的控制策略，研究了一种基于GPRS技术实现对水处理系统中参数和设备运行状况进行远程实时监测和告警，以及对数据进行统计记录，实现报表的生成；为提高陶瓷膜膜透通量和研究其控制策略使其稳定运行奠定了基础。
关键词：陶瓷膜；GPRS技术；数据远程传输；水处理；
前言
近年来，随着工业化的发展和城镇化的推进，大量未达标的工业废水和生活污水直接排放进入自然水体，使水体水质恶化，成为污染水源，水处理性能达标越来越受到社会重视[1]。本文以鹤壁宝山污水厂砂滤池出水为进水，采用浸没式平板陶瓷膜及其它工艺相结合，单独构建了深度处理自动化控制系统，负责对整个工艺流程设备参数进行监控，并通过GPRS网络资源将数据和设备运行状态远程传输给服务器，以便为操作人员巡检和研究院进行数据分析及统计，以提高陶瓷膜膜渗透通量和运行稳定性。
GPRS技术介绍
GPRS(Genera1 Packet Radio Service)是通用分组无线服务技术的简称， 它是利用包交换的概念发展的一套无线传输方式。GPRS网络的数据传输是在现有GSM网络中增加GGSN和SGSN来实现的，使得用户能够在不需要使用电路交换模式下的任何网络资源实现端到端分组方式下发送和接收数据，从而可以进行自主运营。具体的数据传输流程分为三步：①GPRS终端通过串行接口从用户设备中读出用户数据；②处理后以GPRS分组数据的形式发送到GSM基站；③分组数据经SGSN封装后，发送到GPRSPI骨干网[2]。
系统整体设计方案
图1.系统原理图
本控制系统整体设计方案如图1所示，其设计思路分如下几步：
(1)通过西门子S7-200PLC控制系统对该工艺运行中的参数(如压力、流量、液位、臭氧投加量、COD、浊度以及陶瓷膜运行中的水泵产水和反洗频率，运行周期等)数据进行采集；动力设备(如水泵、电机、闸门等)的运行状况进行了监测，结合本系统控制方案进行控制。
(2)对西门子PLC的CPU226 CN模块上的Port0端口进行编程配置，将该端口配置为自由口模式，通过485转换电路使其与STM32控制平台的UART1串口进行数据交换。图2所示为在S7-200编程环境STEP7 MICROWIN模式下，应用CPU226 CN的Port0进行数据交换流程图：
图2.PLC端口配置及数据交换流程图
(3)STM32控制平台是采用型号为STM32F107VCT6的32位单片机做处理器，外扩64M位的FLASH存储芯片(W25X64)及4K位的E2PROM存储芯片(AT24C04)，外加USB接口、SWD接口、串口及电源、晶振、复位和电池电压监测、232及485转换等电路。该平台通过RS485总线将来自PLC模块CPU226 CN的Port0端口数据进行存储，而后对影响陶瓷膜膜渗透通量的参数(如流量、压力、液位、臭氧投加量、陶瓷膜运行抽吸及反洗频率和时间等)进行分析，建立数据模型；最后将数据通过STM32中的UART2与GPRS模块(SIM800A)进行串行通信，利用GPRS网络传递给服务器。由于同一模块每次上线获得的IP可能不同，因此一般情况下数据采集服务器无法主动对GPRS模块进行定位。本方案采用花生壳域名，通过映射服务器端口号，利用在STM32编译环境下发送AT指令[3]进行模块响应及域名和端口访问，即可获得动态的IP地址。其程序流程图如图3所示：
图3.GPRS模块与STM32平台数据传输流程图
(4)在通信方案的选取上，为保证数据传输的可靠性和安全性，本文研究的是采用面向连接的传输控制协议(TCP协议)，它在提供一系列可靠的字节流服务的同时，能够使数据在任何网络出错时都可以保证相对高可靠性。本系统采用Borwser/Sevrer结构，也称为浏览器／服务器结构。在该种结构模式下，用户界面通过www浏览器实现，主要事务逻辑通过服务器端实现，相关的数据和应用程序都存放在服务器上，客户端可以通过运行浏览器软件登录服务器，查询所需要的历史数据，并生成报表和历史趋势图，供研究分析。
系统运行效果
通过将GPRS技术布局到现场后，管理及操作人员只需要通过手机或接收短信模式即可对系统运行状况进行远程监测和及时诊断设备运行状况，也可随时将数据导入报表进行分析研究，大大的提高了系统运行效率。
图4.平板陶瓷膜工艺运行系统图 图5.GPRS远程数据报表生成
结论
伴随着无线通讯网络的发展，GPRS 技术为远程数据传输提供了很好的解决方案，弥补了在水处理系统上传统工艺的单机现场监控缺点，使得在互联网发达的今天，随时随地都能看到系统运行状态；更有甚者是，通过将GPRS技术与STM32平台应用相结合，通过研究分析各个参数的性能指标，得出一套适合平板陶瓷膜高效稳定运行的控制策略，将会在水处理系统上产生质的飞跃。
参考文献
[1] 范小江，盛德洋，张建国，加藤秀生，李泰日，张锡辉等，采用
浸没式平板陶瓷膜处理东江原水的应用试验[J].净水技术，
2012，31(5)
[2] 陈封，基于GPRS技术的远程数据传输系统的设计研究[J]，中国
市场，2011(41)
[3] SIM800A_AT命令手册_V1.03
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 相关技术论文： |
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