集群應用的太陽能中央熱水器控制與管理系統(tǒng)設
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1 系統(tǒng)設計方案
本系統(tǒng)的組成如圖1所示，它由現(xiàn)場終端、區(qū)域集控與管理平臺、企業(yè)集控與管理中心三部分構成?，F(xiàn)場終端包括主控器、線控器、無線數傳模塊。主控器實施對太陽能熱水器的自動控制，并通過無線數傳模塊與區(qū)域集控與管理平臺建立通信鏈路，通過線控器實現(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場設置與控制。區(qū)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線數傳模塊組成，其主要任務包括：負責接收來自管轄區(qū)域各主控器的數據，并進行協(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Internet或GSM/GPRS方式與企業(yè)集控與管理中心實現(xiàn)數據交換;將相關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器、管理計算機和必要顯示與打印設備構成，該中心通過區(qū)域集控與管理平臺和主控器可對任意一臺太陽能中央熱水器實施測控，查詢任意一臺熱水器的實時數據和歷史數據，統(tǒng)計產熱與節(jié)能數據等。
2 現(xiàn)場終端設計
現(xiàn)場終端結構如圖2所示，由主控微處理器、傳感器模塊、系統(tǒng)配置與擴展模塊、輸出控制模塊(包括對太陽能產、供熱和輔助加熱三個子系統(tǒng)的控制)、通信模塊(包括線控器和無線數傳模塊)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(xiàn)場與系統(tǒng)的狀態(tài)及相關參數，與存放在擴展存儲器(E2PROM)中的預置數據進行比對運算，獲得相應的控制邏輯，通過輸出控制模塊對太陽能中央熱水器進行
控制，實現(xiàn)定溫進水、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;通過通信模塊實現(xiàn)現(xiàn)場與遠程操作和測控，為太陽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(qū)域集控與管理軟件包括區(qū)域控制軟件與區(qū)域管理軟件：其中區(qū)域控制軟件負責向監(jiān)控區(qū)域內所有主控器發(fā)送數據庫中的指令，接收、處理、存儲來自各主控器的數據，同時通過調用Web服務程序實現(xiàn)與企業(yè)集控與管理中心的數據同步。區(qū)域管理軟件由Web瀏覽器、Web服務器和數據服務器的管理軟件構成，如圖3所示。
3.1 區(qū)域控制軟件設計
區(qū)域控制軟件采用.Net編寫，按照通信對象的不同，分為數據通信模塊和數據同步模塊，采用模塊化設計實現(xiàn)了數據的接收、發(fā)送、處理、存儲、顯示和同步等功能。區(qū)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(qū)域控制平臺與所監(jiān)控區(qū)域內所有太陽能熱水器之間可采用RS 485和無線數傳兩種通信方式，可根據工程現(xiàn)場條件選擇其一。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，該模塊通過自檢定時器獲取上一次自檢失敗的主控器的地址域，以輪詢方式向自檢失敗的主控器發(fā)送自檢指令。同時該模塊對接收的指令數據進行判斷，刪除指令表中錯誤和超時的指令，同時對相同的指令進行合并，以消除冗余信息。
數據通信模塊向各個主控器發(fā)送的指令還包括查詢實時數據、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，對數據進行分解、轉換等操作，最終執(zhí)行數據入庫，實現(xiàn)數據的更新等。數據通信模塊的工作流程圖，如圖5所示。
區(qū)域控制平臺作為連接區(qū)域數據庫和企業(yè)管理中心數據庫的橋梁，通過Web服務實現(xiàn)兩個數據庫的同步。區(qū)域和企業(yè)的數據包括當前數據和歷史數據。同步區(qū)域、企業(yè)數據程序流程如圖6所示。
3.2 區(qū)域管理軟件設計
區(qū)域管理軟件由Web瀏覽器、Web服務器和數據服務器管理軟件構成。本系統(tǒng)的Web瀏覽界面采用Flex技術設計，它是目前最流行的RIA(富互聯(lián)網應用系統(tǒng))開發(fā)技術之一，其優(yōu)點是客戶端可以進行完整的數據處理，界面交互不依賴頁面，消息可通過異步請求傳遞，減少了用戶與系統(tǒng)的遠程交互頻率，與用戶的交互更加友好、迅速。
本系統(tǒng)根據實際需求，基于Flex技術設計的頁面包括兩大功能：即實現(xiàn)太陽能中央熱水器控制系統(tǒng)的參數設置和數據查詢功能。當客戶端進入Flex瀏覽界面，瀏覽器向Web服務器發(fā)送請求(參數設置指令和數據查詢指令)，Web服務器將需要訪問數據庫的請求轉化SQL語句，并交給數據服務器。數據服務器對接收的數據進行處理，并返回給Web服務器;Web服務器動態(tài)生成HTML文檔后轉發(fā)給客戶端，瀏覽器最終以友好的Web頁面形式顯示出來，實現(xiàn)太陽能熱水系統(tǒng)可視化管理。
此外通過Flex界面可添加國家、省、市等地域信息，添加太陽能中央熱水器子系統(tǒng)，記錄所有子系統(tǒng)的安裝信息。同時為了方便系統(tǒng)的管理，維護系統(tǒng)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(qū)域集控有專屬的控制軟件，它不能直接向主控器發(fā)送數據，但企業(yè)管理軟件與區(qū)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、接收Flex界面的控制任務，企業(yè)集控與管理中心和區(qū)域集控與管理平臺通過Web服務實現(xiàn)數據同步。它與區(qū)域集控與管理平臺的主要區(qū)別還體現(xiàn)在管理權限和數據庫的規(guī)模上。
5 系統(tǒng)功能與特點
本系統(tǒng)經過實驗室長達6個月的測試，各項功能和指標均達到設計要求，除了實現(xiàn)常規(guī)太陽能中央熱水器的控制功能以外，還具有如下特點：
(1)實現(xiàn)系統(tǒng)的分散檢測、集中控制。每套太陽能熱水器的主控器可通過RS 485總線或無線數傳模塊與區(qū)域集控與管理平臺進行數據交換，并通過Internet把數據同步上傳至企業(yè)集控與管理中心。
(2)系統(tǒng)的可配置性和控制的自適應性。系統(tǒng)可根據不同的安裝現(xiàn)場和用戶需求，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(tǒng)實施控制。
(3)直觀的顯示界面。系統(tǒng)能夠根據不同的安裝配置自動生成直觀的顯示界面，圖7、圖8是通過Flex界面顯示實地安裝的系統(tǒng)圖。從圖中既可看出配置的不同組合，而且系統(tǒng)的工作狀態(tài)和主要參數均一目了然。
6 結語
本文提出面向集群應用的太陽能中央熱水器控制與管理系統(tǒng)的設計方案，簡要介紹現(xiàn)場終端的原理框圖和主要作用，詳細分析了區(qū)域集控與管理軟件的設計方法，介紹了系統(tǒng)的主要特點。實驗室測試表明，本系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定可靠、操作直觀方便、控制迅速精確、報警準確無誤等特點。該系統(tǒng)已被福州眾望達太陽能技術開發(fā)有限公司確定為升級換代產品，目前已應用于該公司的實際項目中。
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