集智達(dá)工控產(chǎn)品在管道直飲水工程中的應(yīng)用
2012/3/12 16:44:52
Application of Gemotech Industrial Controller In Direct Drinking Water System
（北京集智達(dá)智能科技有限責(zé)任公司）
【摘要】：本文簡單介紹了管道直飲水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，提供了基于北京集智達(dá)智能科技有限責(zé)任公司工控產(chǎn)品在直飲水工程中的應(yīng)用方案。
【關(guān)鍵字】：嵌入式工控機；管道直飲水；數(shù)據(jù)采集模塊；GPRS DTU；
【Abstract】：In this paper, architecture and principle of piping drinking water are introduced，and application scheme of industrial controller produced by Beijing Gemotech Intelligent Technology Co., Ltd. in direct drinking water are also provided.
【Keywords】：Embedded Industrial Controller; DirectDrinking Water; Data Acquisition Module; GPRS DTU；
一、直飲水行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)況
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進(jìn)步以及廣大人民群眾健康意識的增強，一些經(jīng)濟較發(fā)達(dá)地區(qū)的城市居民對生活飲用水的質(zhì)量要求逐步提高，然而由于一些城市自來水水源或者在管道輸送過程中受到污染，使得自來水水質(zhì)有所降低。例如自來水的感官性狀指標(biāo)中要求無嗅、無味，但上海、廣州地區(qū)使用的自來水有時有明顯的異味,從而形成了管道直飲水的供求關(guān)系，使得管道直飲水市場從無到有，并在一些城市逐漸發(fā)展起來。
近期，北京集智達(dá)智能科技有限責(zé)任公司采用嵌入式工控機產(chǎn)品，結(jié)合RemoDAQ-8000系列分散式數(shù)據(jù)采集I/O模塊，為國家某部委辦公大樓開發(fā)了一套管道直飲水控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)不僅保障了直飲水處理過程的安全性，同時通過GPRS通信技術(shù)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程實時監(jiān)測，縮短管道直飲水系統(tǒng)維護服務(wù)響應(yīng)時間，為保證服務(wù)質(zhì)量搭建了一個優(yōu)秀的平臺。
二、管道直飲水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
管道直飲水系統(tǒng)主要由管道直飲水機房、GPRS通信、監(jiān)控中心及三大部分構(gòu)成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示：
1. 管道直飲水機房控制系統(tǒng)
(1)產(chǎn)品選型
管道直飲水機房的控制系統(tǒng)是由嵌入式工控機和分散式數(shù)據(jù)采集I/O模塊組成。由于管道直飲水機房環(huán)境比較潮濕，對控制器的腐蝕性較大，要保證控制系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性、必須選用具有良好防潮性能的控制器。經(jīng)過對本公司多種產(chǎn)品比較，最終選定EPC6800嵌入式計算機作為直飲水機房系統(tǒng)的控制核心，EPC6800嵌入式計算機與外圍設(shè)備的接口驅(qū)動采用RemoDAQ-8000系列分散式數(shù)據(jù)采集I/O模塊。
EPC6800嵌入式計算機采用全封閉的鋁合金氧化外殼，具有良好的防潮性能、散熱性能抗沖擊以及防塵能力。搭載的AMD Geode LX800低功耗處理器，板載256M內(nèi)存，提供2個10/100M以太網(wǎng)接口、4個USB2.0和6個串口。支持9V~30V寬電壓輸入方式。
RemoDAQ-8000系列分散式數(shù)據(jù)采集I/O模塊是由集智達(dá)智能自主研發(fā)的工業(yè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制產(chǎn)品。產(chǎn)品線涵蓋RS485、工業(yè)以太網(wǎng)、可編程控制器、中繼器、接口轉(zhuǎn)換模塊等28類120多種產(chǎn)品。RemoDAQ-8000系統(tǒng)產(chǎn)品的主要特點有：
l 可依用戶要求量體裁衣
l 產(chǎn)品可靠性高，抗干擾能力強
l 擴展能力強，基于RS-485總線，最多可接入255個模塊
l 傳輸距離長，沒有中繼器時可傳輸1.2公里
l 工作溫度范圍大：-25℃～+70℃
l MTBF(平均無故障時間)大于80000小時
l 價格極具競爭性。
在本項目的管道直飲水機房中使用的產(chǎn)品有：
l R-8017：8路電壓輸入模塊
l R-8024：4路模擬量輸出模塊
l R-8042：13路隔離集電極開路輸出模塊
l R-8051：16路干結(jié)點數(shù)字量輸入模塊
l R-8073A：三相全參數(shù)電量變送模塊
(2)系統(tǒng)工作流程
直飲水處理系統(tǒng)劃分為2大部分：前端的制水系統(tǒng)和后端的供水系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)之間是松耦合關(guān)系,可獨立工作。其工作流程如圖2所示：
制水系統(tǒng)從自來水管網(wǎng)接入自來水，分別通過多介質(zhì)過濾罐、活性碳過濾罐、軟水罐、精濾罐后，再次增壓打入RO反滲透系統(tǒng)，制成純凈水進(jìn)入儲水罐中。為了節(jié)約能源和延長系統(tǒng)使用壽命，自來水管網(wǎng)連接的是一個穩(wěn)壓罐。若自來水管網(wǎng)壓力足夠，穩(wěn)壓罐電子閥開啟，自來水可直接通過4級過濾罐；若自來水管網(wǎng)壓力不足則穩(wěn)壓罐電子閥關(guān)閉，增壓泵開啟，保證制水系統(tǒng)正常工作。一般情況，夜間制水系統(tǒng)進(jìn)入維護狀態(tài)，各過濾罐開始自我反沖洗，以保證濾膜的使用壽命。
供水系統(tǒng)利用變頻恒壓技術(shù)，將水輸送到各樓層，供員工們飲用。為了保證水質(zhì)，儲水罐的出水口安裝紫外線設(shè)備進(jìn)行消毒。下班后，供水系統(tǒng)進(jìn)入維護狀態(tài)，分批打開回水閥，在水中加入臭氧，對飲水管道和儲水罐進(jìn)行消毒處理，保證管道的干凈。
2. GPRS通信
（1）產(chǎn)品選型
通信部分由集智達(dá)智能自主研發(fā)的RemoDAQ-8554A GPRS DTU無線通訊模塊完成。該產(chǎn)品為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。DTU是基于中國移動通訊運營商的GSM/GPRS通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)備，采用當(dāng)今前沿內(nèi)核技術(shù)設(shè)計的一款工業(yè)級無線通訊終端產(chǎn)品，適用于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的各種室內(nèi)或野外惡劣環(huán)境，主要針對電力系統(tǒng)自動化、工業(yè)控制、交通管理、氣象、環(huán)保監(jiān)測、煤礦、金融、證券、油田等行業(yè)的應(yīng)用，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸，并可通過輔助手段來實現(xiàn)對DTU的控制，組成用戶專用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
該產(chǎn)品主要特點有：
l 支持RS-232/485接口
l 使用方便、靈活、可靠
l 數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線
l 支持高速、透明/協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸，內(nèi)置軟硬件看門狗，優(yōu)化電磁兼容設(shè)計，保證DTU的長期穩(wěn)定運行
l 支持短信、本地串口和遠(yuǎn)程中心端圖形界面DTU參數(shù)維護
l 支持動態(tài)數(shù)據(jù)中心域名和IP地址
l 支持中英文短信接收、單發(fā)、群發(fā)功能
l 數(shù)據(jù)/短信觸發(fā)、網(wǎng)絡(luò)與短信通道自由切換
l 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心端實際串口/虛擬串口對DTU的一對一、一對多通訊
l 優(yōu)化電磁兼容設(shè)計，適合電磁環(huán)境惡劣和要求較高的應(yīng)用需求
l 采用先進(jìn)電源技術(shù)，供電電源適應(yīng)范圍寬，提高設(shè)備的穩(wěn)定性
l 采用可插拔式接線端子，適合工控行業(yè)應(yīng)用
l 支持外部電源控制
l 可根據(jù)用戶的特殊需求定制模擬量、數(shù)字量采集功能的工作模式
(2)GPRS模塊工作原理：現(xiàn)場的采集模塊終端將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通過GPRS無線通訊系統(tǒng)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上，在服務(wù)器上實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和共享，同時有控制權(quán)限的服務(wù)器或PC機對現(xiàn)場可以直接進(jìn)行控制命令的發(fā)送，無需中轉(zhuǎn)。服務(wù)器數(shù)據(jù)中心將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)發(fā)送到通訊主站，使通訊主站也能觀察到現(xiàn)場設(shè)備的運行情況。
3. 監(jiān)控中心
（1）監(jiān)控中心需求分析
甲方原有設(shè)計方案中要求專人定時巡察過濾系統(tǒng)是否正常運行、軟水劑是否用完、水泵工作是否正常等。由于管道直飲水機房往往分布在城市各處，一旦設(shè)備發(fā)生故障，維修服務(wù)響應(yīng)不及時，很容易引起過客戶對服務(wù)質(zhì)量不滿意。此外濾芯屬于易耗品，對于濾芯老化問題的提早發(fā)現(xiàn)，并及時的進(jìn)行更換，確保水質(zhì)安全是提高服務(wù)質(zhì)量的有效方法。為此，本公司與北京服裝學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的基于Windows XP Embedded 操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫軟件。
本軟件具有水質(zhì)監(jiān)測、狀態(tài)報警、圖表打印、數(shù)據(jù)查詢等功能，可及時發(fā)現(xiàn)因停電、水泵過熱、過濾設(shè)備堵塞、水位超限等情況造成直飲水系統(tǒng)不能正常運行，并進(jìn)行報警。如果管道直飲水機房的設(shè)備出現(xiàn)故障，監(jiān)控中心可在較短時間內(nèi)接收到現(xiàn)場發(fā)送的故障信號，及時派出維修人員，縮短服務(wù)響應(yīng)時間。監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示：
（2）監(jiān)控中心軟件功能模塊簡介
1) 數(shù)據(jù)采集模塊：管理員不僅可以設(shè)定采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)的時間間隔、而且可以根據(jù)每個直飲水機房系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來設(shè)定需要監(jiān)測的參數(shù)，進(jìn)一步降低冗余數(shù)據(jù)對系統(tǒng)存儲資源的占用率。數(shù)據(jù)采集模塊接收到直飲水機房的現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，以報表的形式提供給用戶。
2) 數(shù)據(jù)存儲模塊：報警中心的服務(wù)器最多可記錄每個觀測點60天的數(shù)據(jù)，管理員可以對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類查詢或者模糊查詢。通過存儲信息設(shè)定管理員可以更改數(shù)據(jù)的存儲格式、存放地址以及存儲項目。
3) 權(quán)限管理模塊：考慮到交互用戶使用軟件的安全性，降低后臺數(shù)據(jù)庫維護的工作量，系統(tǒng)提供了權(quán)限設(shè)定功能。對具有管理權(quán)限的使用者，軟件允許其查看、刪除、添加、打印數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)信息，而普通用戶僅能查看數(shù)據(jù)庫中的當(dāng)天數(shù)據(jù)信息。
4) 故障報警模塊：管理者可以設(shè)定需要觀測參數(shù)報警閥值、報警優(yōu)先級以及重復(fù)報警時間。實時故障報警功能是采用顏色和圖形方式來提示用戶當(dāng)前的故障點。例如變頻器發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)表中相應(yīng)參數(shù)項的文字會由綠色轉(zhuǎn)變紅色，同時在軟件頂部框條有紅色警示燈圖形提示。本模塊設(shè)計中還加入了濾芯使用壽命提示功能，在水處理過程中過濾膜屬于易耗品，它的清潔程度影響到直飲水的水質(zhì)，需要維護人員定期進(jìn)行更換。故障報警模塊記錄各個站點過濾膜開始使用時間和需要更換時間，可以及時提醒更換，幫助廠家進(jìn)一步提高服務(wù)質(zhì)量。
5) 報表模塊：實時監(jiān)控數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)（水泵運行狀態(tài)、溫度、水質(zhì)參數(shù)等）可采用報表的形式導(dǎo)出到Excel中，供管理員查看或者上報。此模塊還提供了便利的打印功能，可以打印當(dāng)前數(shù)據(jù)、故障報警數(shù)據(jù)、查詢數(shù)據(jù)等信息。
6) GPRS通信設(shè)定：為了便于用戶使用本公司的模塊化產(chǎn)品，軟件設(shè)計中直接集成了GPRS模塊的配置軟件。用戶不需要在安裝GPRS的驅(qū)動程序，在硬件設(shè)備連接無誤的前提下，軟件可以自動識別GPRS模塊信息，用戶只需設(shè)定IP地址即可。
三、結(jié)束語
經(jīng)過一段時間的試運行，該系統(tǒng)不僅滿足了客戶的實際需求。對甲方來說，也改變了其售后服務(wù)的理念，由響應(yīng)式服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃邮椒?wù)，提高了客戶滿意度，增加了甲方在行業(yè)里的競爭優(yōu)勢。
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