gprs工控产品在管道直饮水工程中的应用

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。