集群應用的太陽(yáng)能中央熱水器控制與管理系統設
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1 系統設計方案
本系統的組成如圖1所示，它由現場(chǎng)終端、區域集控與管理平臺、企業(yè)集控與管理中心三部分構成?，F場(chǎng)終端包括主控器、線(xiàn)控器、無(wú)線(xiàn)數傳模塊。主控器實(shí)施對太陽(yáng)能熱水器的自動(dòng)控制，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)數傳模塊與區域集控與管理平臺建立通信鏈路，通過(guò)線(xiàn)控器實(shí)現系統的現場(chǎng)設置與控制。區域集控與管理平臺由安裝有控制與管理軟件的計算機和無(wú)線(xiàn)數傳模塊組成，其主要任務(wù)包括：負責接收來(lái)自管轄區域各主控器的數據，并進(jìn)行協(xié)議解析、數據入庫和更新管理界面的信息;負責將控制或設置指令發(fā)送到指定的主控器;通過(guò)Internet或GSM/GPRS方式與企業(yè)集控與管理中心實(shí)現數據交換;將相關(guān)數據同步傳輸至企業(yè)集控與管理中心。企業(yè)集控與管理中心由數據服務(wù)器、管理計算機和必要顯示與打印設備構成，該中心通過(guò)區域集控與管理平臺和主控器可對任意一臺太陽(yáng)能中央熱水器實(shí)施測控，查詢(xún)任意一臺熱水器的實(shí)時(shí)數據和歷史數據，統計產(chǎn)熱與節能數據等。
2 現場(chǎng)終端設計
現場(chǎng)終端結構如圖2所示，由主控微處理器、傳感器模塊、系統配置與擴展模塊、輸出控制模塊(包括對太陽(yáng)能產(chǎn)、供熱和輔助加熱三個(gè)子系統的控制)、通信模塊(包括線(xiàn)控器和無(wú)線(xiàn)數傳模塊)和供電電路組成。主控微處理器LPC2368根據傳感器模塊檢測的現場(chǎng)與系統的狀態(tài)及相關(guān)參數，與存放在擴展存儲器(E2PROM)中的預置數據進(jìn)行比對運算，獲得相應的控制邏輯，通過(guò)輸出控制模塊對太陽(yáng)能中央熱水器進(jìn)行
控制，實(shí)現定溫進(jìn)水、溫差循環(huán)、防凍保護、增壓供水、恒溫回水、水位超限和變容輔助加熱等工作模式;通過(guò)通信模塊實(shí)現現場(chǎng)與遠程操作和測控，為太陽(yáng)能中央熱水器集群應用提供控制與管理所需數據的通信鏈路。
區域集控與管理軟件包括區域控制軟件與區域管理軟件：其中區域控制軟件負責向監控區域內所有主控器發(fā)送數據庫中的指令，接收、處理、存儲來(lái)自各主控器的數據，同時(shí)通過(guò)調用Web服務(wù)程序實(shí)現與企業(yè)集控與管理中心的數據同步。區域管理軟件由Web瀏覽器、Web服務(wù)器和數據服務(wù)器的管理軟件構成，如圖3所示。
3.1 區域控制軟件設計
區域控制軟件采用.Net編寫(xiě)，按照通信對象的不同，分為數據通信模塊和數據同步模塊，采用模塊化設計實(shí)現了數據的接收、發(fā)送、處理、存儲、顯示和同步等功能。區域控制軟件的工作流程如圖4所示。
3.1.1 數據通信模塊
區域控制平臺與所監控區域內所有太陽(yáng)能熱水器之間可采用RS 485和無(wú)線(xiàn)數傳兩種通信方式，可根據工程現場(chǎng)條件選擇其一。對于數據通信模塊而言，一旦數據傳輸通信協(xié)議確定，其任務(wù)就是接收和發(fā)送數據。為了保證準確、可靠地傳輸數據，該模塊通過(guò)自檢定時(shí)器獲取上一次自檢失敗的主控器的地址域，以輪詢(xún)方式向自檢失敗的主控器發(fā)送自檢指令。同時(shí)該模塊對接收的指令數據進(jìn)行判斷，刪除指令表中錯誤和超時(shí)的指令，同時(shí)對相同的指令進(jìn)行合并，以消除冗余信息。
數據通信模塊向各個(gè)主控器發(fā)送的指令還包括查詢(xún)實(shí)時(shí)數據、歷史數據、歷史報警、歷史參數設置等指令。該模塊處理主控器回送的數據，對數據進(jìn)行分解、轉換等操作，最終執行數據入庫，實(shí)現數據的更新等。數據通信模塊的工作流程圖，如圖5所示。
區域控制平臺作為連接區域數據庫和企業(yè)管理中心數據庫的橋梁，通過(guò)Web服務(wù)實(shí)現兩個(gè)數據庫的同步。區域和企業(yè)的數據包括當前數據和歷史數據。同步區域、企業(yè)數據程序流程如圖6所示。
3.2 區域管理軟件設計
區域管理軟件由Web瀏覽器、Web服務(wù)器和數據服務(wù)器管理軟件構成。本系統的Web瀏覽界面采用Flex技術(shù)設計，它是目前最流行的RIA(富互聯(lián)網(wǎng)應用系統)開(kāi)發(fā)技術(shù)之一，其優(yōu)點(diǎn)是客戶(hù)端可以進(jìn)行完整的數據處理，界面交互不依賴(lài)頁(yè)面，消息可通過(guò)異步請求傳遞，減少了用戶(hù)與系統的遠程交互頻率，與用戶(hù)的交互更加友好、迅速。
本系統根據實(shí)際需求，基于Flex技術(shù)設計的頁(yè)面包括兩大功能：即實(shí)現太陽(yáng)能中央熱水器控制系統的參數設置和數據查詢(xún)功能。當客戶(hù)端進(jìn)入Flex瀏覽界面，瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送請求(參數設置指令和數據查詢(xún)指令)，Web服務(wù)器將需要訪(fǎng)問(wèn)數據庫的請求轉化SQL語(yǔ)句，并交給數據服務(wù)器。數據服務(wù)器對接收的數據進(jìn)行處理，并返回給Web服務(wù)器;Web服務(wù)器動(dòng)態(tài)生成HTML文檔后轉發(fā)給客戶(hù)端，瀏覽器最終以友好的Web頁(yè)面形式顯示出來(lái)，實(shí)現太陽(yáng)能熱水系統可視化管理。
此外通過(guò)Flex界面可添加國家、省、市等地域信息，添加太陽(yáng)能中央熱水器子系統，記錄所有子系統的安裝信息。同時(shí)為了方便系統的管理，維護系統管理員可被賦予不同的管理權限。
4 企業(yè)集控與管理軟件設計
企業(yè)集控與管理中心由安裝企業(yè)集控與管理軟件的計算機、數據服務(wù)器和必要的顯示與打印設備構成，其中企業(yè)集控不同于區域集控有專(zhuān)屬的控制軟件，它不能直接向主控器發(fā)送數據，但企業(yè)管理軟件與區域管理軟件的架構完全相同，均在.Net平臺上采用Flex設計，提供Web服務(wù)、接收Flex界面的控制任務(wù)，企業(yè)集控與管理中心和區域集控與管理平臺通過(guò)Web服務(wù)實(shí)現數據同步。它與區域集控與管理平臺的主要區別還體現在管理權限和數據庫的規模上。
5 系統功能與特點(diǎn)
本系統經(jīng)過(guò)實(shí)驗室長(cháng)達6個(gè)月的測試，各項功能和指標均達到設計要求，除了實(shí)現常規太陽(yáng)能中央熱水器的控制功能以外，還具有如下特點(diǎn)：
(1)實(shí)現系統的分散檢測、集中控制。每套太陽(yáng)能熱水器的主控器可通過(guò)RS 485總線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)數傳模塊與區域集控與管理平臺進(jìn)行數據交換，并通過(guò)Internet把數據同步上傳至企業(yè)集控與管理中心。
(2)系統的可配置性和控制的自適應性。系統可根據不同的安裝現場(chǎng)和用戶(hù)需求，配置不同的部件(包括輔助加熱設備、集熱板的數目、儲水箱的組合和水管的連接方式等)，主控器能夠自適應對不同配置的系統實(shí)施控制。
(3)直觀(guān)的顯示界面。系統能夠根據不同的安裝配置自動(dòng)生成直觀(guān)的顯示界面，圖7、圖8是通過(guò)Flex界面顯示實(shí)地安裝的系統圖。從圖中既可看出配置的不同組合，而且系統的工作狀態(tài)和主要參數均一目了然。
6 結語(yǔ)
本文提出面向集群應用的太陽(yáng)能中央熱水器控制與管理系統的設計方案，簡(jiǎn)要介紹現場(chǎng)終端的原理框圖和主要作用，詳細分析了區域集控與管理軟件的設計方法，介紹了系統的主要特點(diǎn)。實(shí)驗室測試表明，本系統具有性能穩定可靠、操作直觀(guān)方便、控制迅速精確、報警準確無(wú)誤等特點(diǎn)。該系統已被福州眾望達太陽(yáng)能技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司確定為升級換代產(chǎn)品，目前已應用于該公司的實(shí)際項目中。
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