集智達工控機在管道直飲水工程中的應用

　　一、直飲水行業的發展現況

　　隨著國民經濟的發展、社會的進步以及廣大人民群眾健康意識的增強，一些經濟較發達地區的城市居民對生活飲用水的質量要求逐步提高，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，使得自來水水質有所降低。例如自來水的感官性狀指標中要求無嗅、無味，但上海、廣州地區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系，使得管道直飲水市場從無到有，并在一些城市逐漸發展起來。

　　近期，北京集智達智能科技有限責任公司采用嵌入式工控機產品，結合RemoDAQ-8000系列分散式數據采集I/O模塊，為國家某部委辦公大樓開發了一套管道直飲水控制系統。此系統不僅保障了直飲水處理過程的安全性，同時通過GPRS通信技術實現了遠程實時監測，縮短管道直飲水系統維護服務響應時間，為保證服務質量搭建了一個優秀的平臺。

　　二、管道直飲水系統結構

　　管道直飲水系統主要由管道直飲水機房、GPRS通信、監控中心及三大部分構成。系統整體結構如圖1所示：

　　1. 管道直飲水機房控制系統

　　(1)產品選型

　　管道直飲水機房的控制系統是由嵌入式工控機和分散式數據采集I/O模塊組成。由于管道直飲水機房環境比較潮濕，對控制器的腐蝕性較大，要保證控制系統運行的可靠性和穩定性、必須選用具有良好防潮性能的控制器。經過對本公司多種產品比較，最終選定EPC6800嵌入式計算機作為直飲水機房系統的控制核心，EPC6800嵌入式計算機與外圍設備的接口驅動采用RemoDAQ-8000系列分散式數據采集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內存，提供2個10/100M以太網接口、4個USB2.0和6個串口。支持9V~30V寬電壓輸入方式。

　　RemoDAQ-8000系列分散式數據采集I/O模塊是由集智達智能自主研發的工業遠程數據采集控制產品。產品線涵蓋RS485、工業以太網、可編程控制器、中繼器、接口轉換模塊等28類120多種產品。RemoDAQ-8000系統產品的主要特點有：

　　l 可依用戶要求量體裁衣

　　l 產品可靠性高，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路干結點數字量輸入模塊

　　l R-8073A：三相全參數電量變送模塊

　　(2)系統工作流程

　　直飲水處理系統劃分為2大部分：前端的制水系統和后端的供水系統，這兩個系統之間是松耦合關系,可獨立工作。其工作流程如圖2所示：

　　制水系統從自來水管網接入自來水，分別通過多介質過濾罐、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，制成純凈水進入儲水罐中。為了節約能源和延長系統使用壽命，自來水管網連接的是一個穩壓罐。若自來水管網壓力足夠，穩壓罐電子閥開啟，自來水可直接通過4級過濾罐;若自來水管網壓力不足則穩壓罐電子閥關閉，增壓泵開啟，保證制水系統正常工作。一般情況，夜間制水系統進入維護狀態，各過濾罐開始自我反沖洗，以保證濾膜的使用壽命。

　　供水系統利用變頻恒壓技術，將水輸送到各樓層，供員工們飲用。為了保證水質，儲水罐的出水口安裝紫外線設備進行消毒。下班后，供水系統進入維護狀態，分批打開回水閥，在水中加入臭氧，對飲水管道和儲水罐進行消毒處理，保證管道的干凈。

　　2. GPRS通信

　　(1)產品選型

　　通信部分由集智達智能自主研發的RemoDAQ-8554A GPRS DTU無線通訊模塊完成。該產品為用戶提供高速、永遠在線、透明數據傳輸的虛擬專用數據通信網絡。DTU是基于中國移動通訊運營商的GSM/GPRS通信網絡的數據傳輸和遠程監控終端設備，采用當今前沿內核技術設計的一款工業級無線通訊終端產品，適用于GSM/GPRS網絡覆蓋范圍內的各種室內或野外惡劣環境，主要針對電力系統自動化、工業控制、交通管理、氣象、環保監測、煤礦、金融、證券、油田等行業的應用，利用GPRS網絡平臺實現數據信息的透明傳輸，并可通過輔助手段來實現對DTU的控制，組成用戶專用數據網絡。

　　該產品主要特點有：

　　l 支持RS-232/485接口

　　l 使用方便、靈活、可靠

　　l 數據終端永遠在線

　　l 支持高速、透明/協議數據傳輸，內置軟硬件看門狗，優化電磁兼容設計，保證DTU的長期穩定運行

　　l 支持短信、本地串口和遠程中心端圖形界面DTU參數維護

　　l 支持動態數據中心域名和IP地址

　　l 支持中英文短信接收、單發、群發功能

　　l 數據/短信觸發、網絡與短信通道自由切換

　　l 支持數據中心端實際串口/虛擬串口對DTU的一對一、一對多通訊

　　l 優化電磁兼容設計，適合電磁環境惡劣和要求較高的應用需求

　　l 采用先進電源技術，供電電源適應范圍寬，提高設備的穩定性

　　l 采用可插拔式接線端子，適合工控行業應用

　　l 支持外部電源控制

　　l 可根據用戶的特殊需求定制模擬量、數字量采集功能的工作模式

　　(2)GPRS模塊工作原理：現場的采集模塊終端將現場的數據通過GPRS無線通訊系統發送到數據中心服務器上，在服務器上實現數據的存儲和共享，同時有控制權限的服務器或PC機對現場可以直接進行控制命令的發送，無需中轉。服務器數據中心將現場的數據發送到通訊主站，使通訊主站也能觀察到現場設備的運行情況。

　　3. 監控中心

　　(1)監控中心需求分析

　　甲方原有設計方案中要求專人定時巡察過濾系統是否正常運行、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，一旦設備發生故障，維修服務響應不及時，很容易引起過客戶對服務質量不滿意。此外濾芯屬于易耗品，對于濾芯老化問題的提早發現，并及時的進行更換，確保水質安全是提高服務質量的有效方法。為此，本公司與北京服裝學院聯合開發的基于Windows XP Embedded 操作系統的數據庫軟件。

　　本軟件具有水質監測、狀態報警、圖表打印、數據查詢等功能，可及時發現因停電、水泵過熱、過濾設備堵塞、水位超限等情況造成直飲水系統不能正常運行，并進行報警。如果管道直飲水機房的設備出現故障，監控中心可在較短時間內接收到現場發送的故障信號，及時派出維修人員，縮短服務響應時間。監控中心系統軟件結構如圖3所示：

　　(2)監控中心軟件功能模塊簡介

　　1) 數據采集模塊：管理員不僅可以設定采集現場數據的時間間隔、而且可以根據每個直飲水機房系統結構來設定需要監測的參數，進一步降低冗余數據對系統存儲資源的占用率。數據采集模塊接收到直飲水機房的現場數據后，以報表的形式提供給用戶。

　　2) 數據存儲模塊：報警中心的服務器最多可記錄每個觀測點60天的數據，管理員可以對數據信息進行分類查詢或者模糊查詢。通過存儲信息設定管理員可以更改數據的存儲格式、存放地址以及存儲項目。

　　3) 權限管理模塊：考慮到交互用戶使用軟件的安全性，降低后臺數據庫維護的工作量，系統提供了權限設定功能。對具有管理權限的使用者，軟件允許其查看、刪除、添加、打印數據庫中的歷史數據信息，而普通用戶僅能查看數據庫中的當天數據信息。

　　4) 故障報警模塊：管理者可以設定需要觀測參數報警閥值、報警優先級以及重復報警時間。實時故障報警功能是采用顏色和圖形方式來提示用戶當前的故障點。例如變頻器發生故障時，數據表中相應參數項的文字會由綠色轉變紅色，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，需要維護人員定期進行更換。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，幫助廠家進一步提高服務質量。

　　5) 報表模塊：實時監控數據和歷史監控數據(水泵運行狀態、溫度、水質參數等)可采用報表的形式導出到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，可以打印當前數據、故障報警數據、查詢數據等信息。

　　6) GPRS通信設定：為了便于用戶使用本公司的模塊化產品，軟件設計中直接集成了GPRS模塊的配置軟件。用戶不需要在安裝GPRS的驅動程序，在硬件設備連接無誤的前提下，軟件可以自動識別GPRS模塊信息，用戶只需設定IP地址即可。

　　四、結束語

　　經過一段時間的試運行，該系統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的理念，由響應式服務轉變為主動式服務，提高了客戶滿意度，增加了甲方在行業里的競爭優勢。