集智达工控产品在管道直饮水工程中的应用
2012/3/12 16:44:52
Application of Gemotech Industrial Controller In Direct Drinking Water System
（北京集智达智能科技有限责任公司）
【摘要】：本文简单介绍了管道直饮水系统的结构和原理，提供了基于北京集智达智能科技有限责任公司工控产品在直饮水工程中的应用方案。
【关键字】：嵌入式工控机；管道直饮水；数据采集模块；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、直饮水行业的发展现况
随着国民经济的发展、社会的进步以及广大人民群众健康意识的增强，一些经济较发达地区的城市居民对生活饮用水的质量要求逐步提高，然而由于一些城市自来水水源或者在管道输送过程中受到污染，使得自来水水质有所降低。例如自来水的感官性状指标中要求无嗅、无味，但上海、广州地区使用的自来水有时有明显的异味,从而形成了管道直饮水的供求关系，使得管道直饮水市场从无到有，并在一些城市逐渐发展起来。
近期，北京集智达智能科技有限责任公司采用嵌入式工控机产品，结合RemoDAQ-8000系列分散式数据采集I/O模块，为国家某部委办公大楼开发了一套管道直饮水控制系统。此系统不仅保障了直饮水处理过程的安全性，同时通过GPRS通信技术实现了远程实时监测，缩短管道直饮水系统维护服务响应时间，为保证服务质量搭建了一个优秀的平台。
二、管道直饮水系统结构
管道直饮水系统主要由管道直饮水机房、GPRS通信、监控中心及三大部分构成。系统整体结构如图1所示：
1. 管道直饮水机房控制系统
(1)产品选型
管道直饮水机房的控制系统是由嵌入式工控机和分散式数据采集I/O模块组成。由于管道直饮水机房环境比较潮湿，对控制器的腐蚀性较大，要保证控制系统运行的可靠性和稳定性、必须选用具有良好防潮性能的控制器。经过对本公司多种产品比较，最终选定EPC6800嵌入式计算机作为直饮水机房系统的控制核心，EPC6800嵌入式计算机与外围设备的接口驱动采用RemoDAQ-8000系列分散式数据采集I/O模块。
EPC6800嵌入式计算机采用全封闭的铝合金氧化外壳，具有良好的防潮性能、散热性能抗冲击以及防尘能力。搭载的AMD Geode LX800低功耗处理器，板载256M内存，提供2个10/100M以太网接口、4个USB2.0和6个串口。支持9V~30V宽电压输入方式。
RemoDAQ-8000系列分散式数据采集I/O模块是由集智达智能自主研发的工业远程数据采集控制产品。产品线涵盖RS485、工业以太网、可编程控制器、中继器、接口转换模块等28类120多种产品。RemoDAQ-8000系统产品的主要特点有：
l 可依用户要求量体裁衣
l 产品可靠性高，抗干扰能力强
l 扩展能力强，基于RS-485总线，最多可接入255个模块
l 传输距离长，没有中继器时可传输1.2公里
l 工作温度范围大：-25℃～+70℃
l MTBF(平均无故障时间)大于80000小时
l 价格极具竞争性。
在本项目的管道直饮水机房中使用的产品有：
l R-8017：8路电压输入模块
l R-8024：4路模拟量输出模块
l R-8042：13路隔离集电极开路输出模块
l R-8051：16路干结点数字量输入模块
l R-8073A：三相全参数电量变送模块
(2)系统工作流程
直饮水处理系统划分为2大部分：前端的制水系统和后端的供水系统，这两个系统之间是松耦合关系,可独立工作。其工作流程如图2所示：
制水系统从自来水管网接入自来水，分别通过多介质过滤罐、活性碳过滤罐、软水罐、精滤罐后，再次增压打入RO反渗透系统，制成纯净水进入储水罐中。为了节约能源和延长系统使用寿命，自来水管网连接的是一个稳压罐。若自来水管网压力足够，稳压罐电子阀开启，自来水可直接通过4级过滤罐；若自来水管网压力不足则稳压罐电子阀关闭，增压泵开启，保证制水系统正常工作。一般情况，夜间制水系统进入维护状态，各过滤罐开始自我反冲洗，以保证滤膜的使用寿命。
供水系统利用变频恒压技术，将水输送到各楼层，供员工们饮用。为了保证水质，储水罐的出水口安装紫外线设备进行消毒。下班后，供水系统进入维护状态，分批打开回水阀，在水中加入臭氧，对饮水管道和储水罐进行消毒处理，保证管道的干净。
2. GPRS通信
（1）产品选型
通信部分由集智达智能自主研发的RemoDAQ-8554A GPRS DTU无线通讯模块完成。该产品为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络。DTU是基于中国移动通讯运营商的GSM/GPRS通信网络的数据传输和远程监控终端设备，采用当今前沿内核技术设计的一款工业级无线通讯终端产品，适用于GSM/GPRS网络覆盖范围内的各种室内或野外恶劣环境，主要针对电力系统自动化、工业控制、交通管理、气象、环保监测、煤矿、金融、证券、油田等行业的应用，利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输，并可通过辅助手段来实现对DTU的控制，组成用户专用数据网络。
该产品主要特点有：
l 支持RS-232/485接口
l 使用方便、灵活、可靠
l 数据终端永远在线
l 支持高速、透明/协议数据传输，内置软硬件看门狗，优化电磁兼容设计，保证DTU的长期稳定运行
l 支持短信、本地串口和远程中心端图形界面DTU参数维护
l 支持动态数据中心域名和IP地址
l 支持中英文短信接收、单发、群发功能
l 数据/短信触发、网络与短信通道自由切换
l 支持数据中心端实际串口/虚拟串口对DTU的一对一、一对多通讯
l 优化电磁兼容设计，适合电磁环境恶劣和要求较高的应用需求
l 采用先进电源技术，供电电源适应范围宽，提高设备的稳定性
l 采用可插拔式接线端子，适合工控行业应用
l 支持外部电源控制
l 可根据用户的特殊需求定制模拟量、数字量采集功能的工作模式
(2)GPRS模块工作原理：现场的采集模块终端将现场的数据通过GPRS无线通讯系统发送到数据中心服务器上，在服务器上实现数据的存储和共享，同时有控制权限的服务器或PC机对现场可以直接进行控制命令的发送，无需中转。服务器数据中心将现场的数据发送到通讯主站，使通讯主站也能观察到现场设备的运行情况。
3. 监控中心
（1）监控中心需求分析
甲方原有设计方案中要求专人定时巡察过滤系统是否正常运行、软水剂是否用完、水泵工作是否正常等。由于管道直饮水机房往往分布在城市各处，一旦设备发生故障，维修服务响应不及时，很容易引起过客户对服务质量不满意。此外滤芯属于易耗品，对于滤芯老化问题的提早发现，并及时的进行更换，确保水质安全是提高服务质量的有效方法。为此，本公司与北京服装学院联合开发的基于Windows XP Embedded 操作系统的数据库软件。
本软件具有水质监测、状态报警、图表打印、数据查询等功能，可及时发现因停电、水泵过热、过滤设备堵塞、水位超限等情况造成直饮水系统不能正常运行，并进行报警。如果管道直饮水机房的设备出现故障，监控中心可在较短时间内接收到现场发送的故障信号，及时派出维修人员，缩短服务响应时间。监控中心系统软件结构如图3所示：
（2）监控中心软件功能模块简介
1) 数据采集模块：管理员不仅可以设定采集现场数据的时间间隔、而且可以根据每个直饮水机房系统结构来设定需要监测的参数，进一步降低冗余数据对系统存储资源的占用率。数据采集模块接收到直饮水机房的现场数据后，以报表的形式提供给用户。
2) 数据存储模块：报警中心的服务器最多可记录每个观测点60天的数据，管理员可以对数据信息进行分类查询或者模糊查询。通过存储信息设定管理员可以更改数据的存储格式、存放地址以及存储项目。
3) 权限管理模块：考虑到交互用户使用软件的安全性，降低后台数据库维护的工作量，系统提供了权限设定功能。对具有管理权限的使用者，软件允许其查看、删除、添加、打印数据库中的历史数据信息，而普通用户仅能查看数据库中的当天数据信息。
4) 故障报警模块：管理者可以设定需要观测参数报警阀值、报警优先级以及重复报警时间。实时故障报警功能是采用颜色和图形方式来提示用户当前的故障点。例如变频器发生故障时，数据表中相应参数项的文字会由绿色转变红色，同时在软件顶部框条有红色警示灯图形提示。本模块设计中还加入了滤芯使用寿命提示功能，在水处理过程中过滤膜属于易耗品，它的清洁程度影响到直饮水的水质，需要维护人员定期进行更换。故障报警模块记录各个站点过滤膜开始使用时间和需要更换时间，可以及时提醒更换，帮助厂家进一步提高服务质量。
5) 报表模块：实时监控数据和历史监控数据（水泵运行状态、温度、水质参数等）可采用报表的形式导出到Excel中，供管理员查看或者上报。此模块还提供了便利的打印功能，可以打印当前数据、故障报警数据、查询数据等信息。
6) GPRS通信设定：为了便于用户使用本公司的模块化产品，软件设计中直接集成了GPRS模块的配置软件。用户不需要在安装GPRS的驱动程序，在硬件设备连接无误的前提下，软件可以自动识别GPRS模块信息，用户只需设定IP地址即可。
三、结束语
经过一段时间的试运行，该系统不仅满足了客户的实际需求。对甲方来说，也改变了其售后服务的理念，由响应式服务转变为主动式服务，提高了客户满意度，增加了甲方在行业里的竞争优势。
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