??? 摘 要： 介紹了管道直飲水系統的結構和原理，提供了基于北京集智達智能科技有限責任公司工控產品的直飲水工程解決方案。
??? 關鍵詞： 嵌入式工控機；管道直飲水；數據采集模塊；GPRS DTU
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??????????????????????????????????????? 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下降。例如自來水的感官性狀指標要求自來水無嗅、無味，但上海、廣州地區使用的自來水有時有明顯的異味，這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，縮短了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。
???????????????????????????????????????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通信及監控中心三大部分構成。系統整體結構如圖1所示。
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圖1 管道直飲水系統整體結構圖
?????????????????????????????????????? 管道直飲水機房控制系統
??? 產品選型
????管道直飲水機房的控制系統由嵌入式工控機和分散式數據采集I/O模塊組成。管道直飲水機房環境比較潮濕，對控制器的腐蝕性較大，因此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、抗沖擊性能以及防塵能力。搭載AMD Geode LX800低功耗處理器，板載256 MB內存，提供2個10/100M以太網接口、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如下：
?? ?(1)可依用戶要求量體裁衣；
?? ?(2)產品可靠性高，抗干擾能力強；
?? ?(3)擴展能力強，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。
?? ?在本項目的管道直飲水機房中使用的產品有：
?? ?(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路干結點數字量輸入模塊；
?? ?(5)R-8073A：三相全參數電量變送模塊。
??? 系統工作流程
??? 直飲水處理系統劃分為兩大部分：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。
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??? 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。一般情況下，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，保證管道的清潔。
?????????????????????????????????????????????GPRS通信
??? 產品選型
??? 通信部分采用集智達智能自主研發的RemoDAQ-8554A GPRS DTU無線通信模塊。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是基于中國移動通信運營商的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信終端產品，適用于GSM/GPRS網絡覆蓋范圍內的各種室內環境或野外惡劣環境，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：
?? ?(1)支持RS-232/485接口；
?? ?(2)使用方便、靈活、可靠；
?? ?(3)數據終端永遠在線；
?? ?(4)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；
?? ?(5)支持短信、本地串口和遠程中心端圖形界面DTU參數維護；
?? ?(6)支持動態數據中心域名和IP地址；
?? ?(7)支持中英文短信接收及單發、群發功能；
?? ?(8)數據/短信觸發、網絡與短信通道自由切換；
?? ?(9)支持數據中心端實際串口/虛擬串口對DTU的一對一、一對多通信；
?? ?(10)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；
?? ?(11)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；
?? ?(12)采用可插拔式接線端子，適合工控行業應用；
?? ?(13)支持外部電源控制；
?? ?(14)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。
??? 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無線通信系統發送到數據中心服務器，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信主站，使通信主站也能觀察到現場設備的運行情況。
??????????????????????????????????????????? 監控中心
??? 需求分析
?? ?用戶原有設計方案中要求專人定時巡查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進行更換，是確保水質安全、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了基于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的直飲水系統故障，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。
??? 軟件功能模塊
??? 監控中心系統軟件結構如圖3所示。各模塊功能如下：
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??? (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的數據存儲格式、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閾值、報警優先級以及重復報警時間。實時故障報警功能采用顏色和圖形方式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為紅色，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。用戶不需要再安裝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。
?? ?經過一段時間的試運行，該系統滿足了客戶的實際需求。對直飲水站來說，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，增加了直飲水站在行業中的競爭優勢。
參考文獻
[1] 祁偉.基于Profibus 總線的城市供水管網系統[J].微計算機信息，2008，24(4).
[2] 奧運村直飲水工程項目[J].中國新技術新產品，2008(13).
[3] 陳春寧，劉金香.防止管道直飲水系統水質二次污染的技術措施[J].南華大學學報(理工版)，2001，15(3).
[4] 王佩賢，馬真安.基于GPRS的WinCE GTS-720全站儀數據自動傳輸研究[J].測繪科學，2008(11).
[5] 北京集智達智能科技有限責任公司.產品說明[N/OL].[2009-03-25].http://www.jizhida.com/products.asp?AId=ba.