基于GPRS无线采集传输技术的RTU污水处理远程自动监测方案

一、方案背景

       随着城市化建设的不断推进与经济的快速发展，人们生活水平不断提高，对城市环境保护的要求也越来越高。政府有关部门为此加强了污水处理的步伐，加大了治理力度。各地环保部门为了掌握水质监测和环境信息管理的需要，需对辖区内各有关水质利用远程监控技术进行监测监控，使其出水水质符合污水处理标准并达标排放。

      由于各环保部门辖区内各污水处理设施相对分散，为便于监测管理，系统远程监控系统需要能够实现电脑、移动平板、手机APP等方式的操作管理，同时远程监控技术能实现对pH 、DO、水温、水量等数据实时监测的功能，系统要能实现对风机、水泵与自控系统等的故障信息的反映功能，并能实现对风机、水泵的远程控制启停功能等。 

二、方案思路
      基于环境保护部门的实际需求，我们认为利用GPRS无线传输技术，基于移动运营商的无线网络，采用具有无线远程测控功能与技术的无线远程测控终端设备（RTU）及其平台管理系统，以便为环境保护部门的生活污水出水水质提供实时的数据采集、传输、远程管理与控制等功能，实现水质监测监控的远程管理。

三、关于GPRS无线通信
3.1、GPRS（General Packet Radio Service）通用无线分组业务
所谓GPRS，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS充分利用共享无线信道，采用IP Over PPP实现数据终端的高速、远程接入。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术（2.5G），GPRS在许多方面都具有显著的优势。 

GPRS有下列特点及优点：
1）、中国移动全国范围的GSM/GPRS电信网络，覆号覆盖面广、信号强，网络稳定、灵活、方便且快速，能以低建设成本为用户数据终端提供远程接入网络的部署；
2）、传输速率高，GPRS数据传输平均速度可达到57.6Kbps，最高可达到115Kbps—170Kbps，完全可以满足用户应用的需求，下一代GPRS业务的速度可以达到384Kbit/s；
3）、接入时间短，GPRS接入等待时间短，可快速建立连接，平均为两秒；
4）、提供实时在线功能 “always online”，用户将始终处于连线和在线状态，这将使访问服务变得非常简单、快速；
5）、资费便宜，计费合理：GPRS是按流量计费的，GPRS用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，用户可以一直在线，按照用户接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量的传递时，用户即使挂在网上也是不收费的。
GPRS业务，具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点，在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势，特别适合于频发小数据量的污水处理监测的实时传输，在其他行业上也有普遍特殊的应用：
如：
电力系统城市中压低压电网实时监控和自动补偿
热力热网系统实时监控和维护
气象实时监测系统
城市公用事业实时监控维护系统
煤气调压站实时数据采集和自动控制
智慧农业信息化远程监测系统
……

四、关于无线远程测控终端技术
      无线远程测控终端，其英译为Remote Terminal Unit，通常简称为RTU，是一组应用了集数据采集、远程控制与无线通讯功能为一体的无线终端控制产品，属终端控制系统，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。是构成远程监控平台系统的前端核心装置，具有信号输入输出接口，可与各污水处理设施或装置的传感设备连接，由于其具有无线通讯功能，支持GPRS网络（或3G、4G网络），可直接连接以太网。RTU技术结合云设备管理平台软件，构成一套完整的监测监控系统，可很好地实现各环境保护部门对现场各相关污水处理监测装置的遥测、遥控、遥信和遥调等功能。

五、应用分析
      根据对各环保部门的多方实地考察与了解，以及我们与各地污水处理成功的项目案例来看，一般环保部门下辖的污水处理设施，分设于各个乡镇区街道或村级污水处理站。各污水处理设施有相关的污水处理传感装置，需要采集传输如pH 、DO、水温、水量等，这类传感装置的数据一般为数字量数据，可以与RTU无线远程测控终端设备的RS232或RS485直接连接传输。另因污水处理的需要，现场还有风机、水泵、自控系统等设备，当这些主要设备故障时，要能实时的反馈相关信息，并且要能够对其进行远程启动与关闭。这就要求RTU无线远程测控终端设备要具备对设备的监测与信息上报功能，同时还须具备标准变送器信号和电平信号跳变功能，以及RTU云设备管理平台软件具有远程控制的功能。

六、系统组成
       本方案系统主要由RTU无线远程测控终端设备、GPRS无线通信基础网络及有线互联网络及相关通信设备、服务器及RTU云设备管理平台软件等组成。
6.1、各水质传感装置、风机、水泵、自控系统等；
6.2、RTU无线远程测控终端设备；
6.3、GPRS无线网络及有线互联网络；
6.4、服务器；

6.5、RTU云设备管理平台软件；

七、组网应用
 7.1、设备的连接：各污水处理设施pH 、DO、水温、水量传感装置通过RS232或RS485接口与才茂通信的RTU一对一连接；
7.2、服务端的部暑：在监控中心这一端，分配一套机架式服务器作为服务器硬件设备。服务器硬件设备用于部暑RTU云设备管理平台软件，该平台软件为B/S架构，用于管理接收及发送传感装置采集传输的数据；
7.3、数据通道的架设：给服务器这一端申请使用一个固定IP地址，在与服务器连接的路由器这一端开设一个未曾使用的端口号，将这个服务器的IP地址与端口号配置到才茂通信的RTU，当RTU相关设备启用时，数据通过此通道传输；
7.4、数据的传输：当RTU启用时，即会通过GPRS网络与监控中心服务器建立透明传输通道，此时RTU即能够收到来自各传感装置发送的数据，通过RTU本身的无线远距离数据透传功能，将数据原封不动的发送到监控中心服务器，运用RTU云设备管理平台软件的功能，也可以发送控制指令给RTU，以实现数据的实时采集、处理、控制与统计；

八、系统拓朴图

九、系统功能

远程自动监控平台系统，主要可实现以下功能：
9.1、RTU无线远程测控终端设备:
RTU无线远程测控终端设备集成了模拟信号采集、开关量输入、开关量输出、计数和无线数据通信于一体的高性能测控装置，支持以太网通信，串口通信，RS485 通信和4G/3G/2G 无线数据通信于一体。 
可以直接接入各种传感器、标准变送器信号、仪表等输出的模拟信号、电平信号、干触点、脉冲信号等。
可实现对pH、DO、水温、水量等数据实时监测。
与各水泵、风机连接，通过远程监控平台管理软件的PWM功能或继电器功能，可实现对水泵、风机的远程控制启动或停机工作。

9.2、RTU云设备管理平台软件 功能
      RTU云设备管理平台软件具有用户管理、系统管理、采集控制、远程升级、远程配置、主动报警、主动上报等功能。与才茂通信RTU无线远程测控终端设备系列设备配套使用。能够实现对各类传感 器的数据采集与无线传输，实现远程监测控制与管理功能。
      可根据管理对象的不同，设置不同的访问权限，如基本操作员只具有采集控制、远程配置、查询、统计等基本功能，管理员除具有这些操作功能外，还具有高级管理、远程升级、注册管理与用户管理等功能。
可设定是否允许主动上报的动作、设定上报的内容、上报的网络方式（手机报警 系统报警）、上报的时间间隔、上报信息的接收的手机号码等条件。当与风机、水泵或其他自控系统设备连接，可以实时反应该设备的故障信息。
通过远程监控平台管理软件的PWM功能或继电器功能，可实现对水泵、风机的远程控制启动或停机工作。
具有查询统计功能，可按月或时间段对监测数据进行查询并汇总形成报表，也可实现每座设施污水处理数量日、月等的统计，形成报表以供管理决策使用。

十、系统可行性

      基于此，利用2G/3G/4G无线数据传输技术，基于服务端应用宽带有线网络提供固定IP或者动态IP（可用域名绑定）以及端口号，将这些服务端参数设置在才茂通信RTU无线远程测控终端设备上，利用它能够自动解析域名地址，连接到服务端的RTU云设备管理平台软件，可以为环境保护部门的生活污水出水水质提供实时的数据采集、传输、远程管理与控制等功能，实现水质监测监控的远程管理，是一套上佳的远程自动监控平台方案。

十一、RTU系列产品资质与检测报告：

无线通信在线维持专利技术
国家强制3C认证
EMC检测报告
著作版权证书
摩尔实验室高低温检测报告
福建省产品质量检验研究院检测报告等
RTU创新产品奖
深圳比亚迪用户测试报告
十二、才茂资质
公司荣誉：
2009 年公司GPRS DTU 产品被评为“创新产品奖”；
2011 年被评为“中国工控行业客户满意最好供应商”；
2012 年公司成为“中国质量万里行”会员；
2013 年公司成为“智能输配电设备产业技术创新战略联盟”会员；
2010 年被国家认定的高新科技企业；
2010 年被国家认定的双软企业企业；
公司拥有1 项保持设备稳定的专利技术证书和12 个软件著作版权证书；
全国设立了9 大区域办事处，66个代理商，方便为客户提供近距离贴心服务；
公司注册资本1280 万；厦门市重点扶持高新科技企业；

12 年的行业研发积累和行业应用考验。

附件一、才茂通信RTU无线远程测控终端介绍
      才茂通信CM550系列智能无线远程测控终端(以下简称无线RTU）是厦门才茂通信科技有限公司经过多年的实践及工程应用，为满足市场需求而自主研发的集数据采集、远程控制与无线通讯功能为一体的无线终端控制产品。该系列产品集成了模拟信号采集，开关量输入，开关量输出，脉冲计数，支持以太网通信，串口通信，RS485通信和4G/3G/2G无线数据通信于一体的高性能测控装置，可以直接接入各种传感器、标准变送器信号、仪表等输出的模拟信号、电平信号、干触点、脉冲信号等，是实施无线测控的最好选择。

      CM550系列采用高性能的工业级32 位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台。设备提供在线维持技术，保持数据终端永久在线，保存数据链路任何时候畅通，实现高速、稳定、可靠的数据采集和控制功能。
该产品拥有工业级处理器和智能三级保护，它不但通过电力3000V 电击测试，还拥有无线通信在线维持装置专利技术，产品通过国家强制性产品认证，产品性能稳定可靠。
该产品已广泛应用于电力集中抄表、水表集中抄表、热网监控、燃气监控、水利监控、环保检测、气象检测、地震监测、交通控制等等行业。

才茂通信RTU功能优势：
1）金属外壳：采用金属外壳，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域；
2）串口ESD 保护：RS232/RS485/TTL/RS422,内置15KV ESD 保护；
3）UIM/SIM 卡ESD 保护：1.8V/3V/5V 标准的推杆式用户卡接口，内置15KV ESD 保护；
4）三层系统保护：在原来两级（软件保护 CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上，增加一级系统虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）检测保护功能，确保系统稳定可靠；
5）完全工业级设计生产，支持宽电压5-32V供电；
6）高速处理CPU：采用高速性能工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换；解决了业内“假在线”、“假死机”、“当机”等疑难问题；
7)超大内存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型号内存不同），有超大的内存来缓存客户发送数据，同时接收超大数据包，数据不丢失；
8）通信模块均采用工业级无线模块，所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证；
9）完善的网络支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大无线网络，满足不同行业客户的全方面需求；
10）丰富的接口类型：支持串口RS232接口、RS485接口、以太网接口、USB接口， 满足客户应用现场不同接口需求；
11）支持6路计数器输入、8路开关输入量、8路模拟输入量、4路数字输出量、2路PWM输出、4路继电器输出；
12）支持GPS/北斗定位；
13）支持ZIGBEE 低功耗的近距离无线组网通讯；
14)DNS自动获取：自动获取DNS，不再需要人工配置输入DNS；规避了因为选择的DNS服务器异常而导致RTU设备宕机的严重现象；
15）支持固定IP 通信方式；支持DDNS 动态域名通信方式；
16）支持双数据中心备份及多数据中心（8 个）接受数据，最大支持发送中心达256 个；
17）远程唤醒：支持短信、语音、数据等唤醒方式以及超时断开网络连接；
18）完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异，掉线概率极大降低；
19）EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠；通过EMC测试；
20）支持短信远程配置，远程控制；支持短消息告警；
21）智能防掉线。支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线；
22）支持批量配置功能；


附件二、才茂通信RTU云设备管理平台软件介绍
      RTU云设备管理平台软件，是厦门才茂通信科技有限公司经过多年的实践及用户使用，为满足市场需求而自主研发的管理软件，具有用户管理、系统管理、采集控制、远程升级、远程配置、主动报警、主动上报等功能。可与才茂通信RTU系列配套使用。RTU产品集成了模拟信号采集、开关量输入、开关量输出、计数和无线数据通信于一体的高性能测控装置，可以直接接入各种传感器、标准变送器信号、仪表等输出的模拟信号、电平信号、干触点、脉冲信号等，是实施无线测控的最佳选择。
软件基于B/S网络架构，基于网页版浏览方式，可在任意能够上互联网的电脑、手机或移动终端登录使用。系统部暑方便，使用灵活，仅须开放互联网访问地址，外网即可访问。同时免费提供系统接入端口或软件开发接口，利于信息化的组建与扩展，可与其他管理系统对接。
       RTU云设备管理平台软件，根据管理对象的不同，设置不同的访问权限，如基本操作员只具有采集控制、远程配置、查询、统计等基本功能，管理员除具有这些操作功能外，还具有高级管理、远程升级、注册管理与用户管理等功能。
RTU设备与各水泵、风机连接，通过RTU远程监控平台管理软件的PWM功能或继电器功能，可实现对水泵、风机的远程控制启动或停机工作。通过平台软件的主动上报功能，可设定是否允许主动上报的动作、设定上报的内容、上报的网络方式（手机报警 系统报警）、上报的时间间隔、上报信息的接收的手机号码等条件。当与风机、水泵或其他自控系统设备连接，可以实时反应该设备的故障信息。
RTU云设备管理平台软件具有查询统计功能，可按月或时间段对监测数据进行查询并汇总形成报表，以供管理决策使用。