??? 摘 要： 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)品的直飲水工程解決方案。
??? 關(guān)鍵詞： 嵌入式工控機(jī)；管道直飲水；數(shù)據(jù)采集模塊；GPRS DTU
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??????????????????????????????????????? 直飲水行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)況
??? 隨著國民經(jīng)濟(jì)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(qiáng)，一些經(jīng)濟(jì)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)有所下降。例如自來水的感官性狀指標(biāo)要求自來水無嗅、無味，但上海、廣州地區(qū)使用的自來水有時有明顯的異味，這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(jī)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(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測，縮短了管道直飲水系統(tǒng)維護(hù)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。
???????????????????????????????????????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(jī)房、GPRS通信及監(jiān)控中心三大部分構(gòu)成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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圖1 管道直飲水系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖
?????????????????????????????????????? 管道直飲水機(jī)房控制系統(tǒng)
??? 產(chǎn)品選型
????管道直飲水機(jī)房的控制系統(tǒng)由嵌入式工控機(jī)和分散式數(shù)據(jù)采集I/O模塊組成。管道直飲水機(jī)房環(huán)境比較潮濕，對控制器的腐蝕性較大，因此要保證控制系統(tǒng)運(yùn)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(jī)作為直飲水機(jī)房系統(tǒng)的控制核心。EPC6800嵌入式計算機(jī)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(jī)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、抗沖擊性能以及防塵能力。搭載AMD Geode LX800低功耗處理器，板載256 MB內(nèi)存，提供2個10/100M以太網(wǎng)接口、4個USB2.0接口和6個串口。支持9~30 V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(diǎn)如下：
?? ?(1)可依用戶要求量體裁衣；
?? ?(2)產(chǎn)品可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；
?? ?(3)擴(kuò)展能力強(qiáng)，基于RS-485總線，最多可接入255個模塊；
?? ?(4)傳輸距離長，沒有中繼器時可傳輸1.2 km；
?? ?(5)工作溫度范圍大：-25 ℃～+70 ℃；
?? ?(6)MTBF(平均無故障時間)大于80 000 h；
?? ?(7)價格極具競爭力。
?? ?在本項(xiàng)目的管道直飲水機(jī)房中使用的產(chǎn)品有：
?? ?(1)R-8017：8路電壓輸入模塊；
?? ?(2)R-8024：4路模擬量輸出模塊；
?? ?(3)R-8042：13路隔離集電極開路輸出模塊；
?? ?(4)R-8051：16路干結(jié)點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊；
?? ?(5)R-8073A：三相全參數(shù)電量變送模塊。
??? 系統(tǒng)工作流程
??? 直飲水處理系統(tǒng)劃分為兩大部分：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(dú)立工作。其工作流程如圖2所示。
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??? 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。一般情況下，夜間制水系統(tǒng)進(jìn)入維護(hù)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(hù)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，保證管道的清潔。
?????????????????????????????????????????????GPRS通信
??? 產(chǎn)品選型
??? 通信部分采用集智達(dá)智能自主研發(fā)的RemoDAQ-8554A GPRS DTU無線通信模塊。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是基于中國移動通信運(yùn)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)級無線通信終端產(chǎn)品，適用于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的各種室內(nèi)環(huán)境或野外惡劣環(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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸，并可通過輔助手段實(shí)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(diǎn)有：
?? ?(1)支持RS-232/485接口；
?? ?(2)使用方便、靈活、可靠；
?? ?(3)數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線；
?? ?(4)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(yùn)行；
?? ?(5)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(hù)；
?? ?(6)支持動態(tài)數(shù)據(jù)中心域名和IP地址；
?? ?(7)支持中英文短信接收及單發(fā)、群發(fā)功能；
?? ?(8)數(shù)據(jù)/短信觸發(fā)、網(wǎng)絡(luò)與短信通道自由切換；
?? ?(9)支持?jǐn)?shù)據(jù)中心端實(shí)際串口/虛擬串口對DTU的一對一、一對多通信；
?? ?(10)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；
?? ?(11)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；
?? ?(12)采用可插拔式接線端子，適合工控行業(yè)應(yīng)用；
?? ?(13)支持外部電源控制；
?? ?(14)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。
??? 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無線通信系統(tǒng)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，在服務(wù)器上實(shí)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(jī)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)送到通信主站，使通信主站也能觀察到現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況。
??????????????????????????????????????????? 監(jiān)控中心
??? 需求分析
?? ?用戶原有設(shè)計方案中要求專人定時巡查過濾系統(tǒng)是否正常運(yùn)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(jī)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)并及時進(jìn)行更換，是確保水質(zhì)安全、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)了基于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的直飲水系統(tǒng)故障，并進(jìn)行報警。如果管道直飲水機(jī)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。
??? 軟件功能模塊
??? 監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。各模塊功能如下：
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??? (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(jī)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(jī)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(diǎn)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)定管理員可以更改的數(shù)據(jù)存儲格式、存放地址以及存儲項(xiàng)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(hù)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)報警閾值、報警優(yōu)先級以及重復(fù)報警時間。實(shí)時故障報警功能采用顏色和圖形方式提示用戶當(dāng)前的故障點(diǎn)。例如變頻器發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)表中相應(yīng)參數(shù)項(xiàng)的文字會由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t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(hù)人員定期進(jìn)行更換。故障報警模塊記錄各個站點(diǎn)過濾膜的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(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)和歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)(水泵運(yùn)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。用戶不需要再安裝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。
?? ?經(jīng)過一段時間的試運(yùn)行，該系統(tǒng)滿足了客戶的實(shí)際需求。對直飲水站來說，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，增加了直飲水站在行業(yè)中的競爭優(yōu)勢。
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