RTU 產品在環(huán)境監(jiān)測領域的應用

　　摘要：本文以數(shù)據(jù)采集傳輸儀為例，描述了RTU技術在環(huán)境監(jiān)測領域的應用。該產品使用了北京安控科技股份有限公司生產的RTU，結合嵌入式技術實現(xiàn)了對現(xiàn)場在線儀表的數(shù)據(jù)采集和傳輸，展現(xiàn)了RTU的強大處理能力和在復雜環(huán)境下的可靠應用。
　　
　　與傳統(tǒng)的可編程控制器(PLC)相比，RTU(RemoteTerminalUnit)具有優(yōu)良的通訊能力和更大的數(shù)據(jù)存儲量，特別適用于惡劣的溫度和濕度環(huán)境，并且提供更多的復雜計算功能。
　　
　　數(shù)據(jù)采集傳輸儀是RTU在環(huán)境監(jiān)測領域的一個典型應用，可對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集、保存和傳輸，還可實現(xiàn)對設備遙控、遙信、遙測功能。
　　
　　環(huán)境監(jiān)測站點常處在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，所使用產品必須有特殊的防護等級，且需要充分考慮網絡的安全。雖然使用工業(yè)計算機可能會使項目實施在某些方面簡化，但性價比不高。
　　
　　基于RTU技術的數(shù)據(jù)采集傳輸儀作為專業(yè)的工業(yè)產品，在安裝上更加集成化，且對環(huán)境要求低；采用嵌入式操作系統(tǒng)，具有更高的網絡安全性能，適合于長期運行免維護的監(jiān)測系統(tǒng)使用。
　　
　　一、數(shù)據(jù)采集傳輸儀
　　
　　數(shù)據(jù)采集傳輸儀指用于采集、存儲各種類型監(jiān)測儀器儀表的數(shù)據(jù)，并能完成與上位機數(shù)據(jù)傳輸功能的數(shù)據(jù)終端單元，具備單獨的數(shù)據(jù)處理功能。
　　
　　數(shù)據(jù)采集傳輸儀是現(xiàn)場儀表與上位機系統(tǒng)的連接儀器。通過數(shù)字通道、模擬通道、開關量通道采集監(jiān)測儀表的監(jiān)測數(shù)據(jù)、狀態(tài)等信息，由傳輸網絡將數(shù)據(jù)、狀態(tài)傳輸至上位機；上位機通過傳輸網絡發(fā)送控制命令，數(shù)據(jù)采集傳輸儀根據(jù)命令控制監(jiān)測儀表工作。在整個環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)中，上位機是在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件平臺的統(tǒng)稱，下位機則是現(xiàn)場儀器儀表的統(tǒng)稱，包括儀表供應商提供的具有計算處理能力的工業(yè)控制計算機。
　　
　　國內數(shù)據(jù)采集傳輸儀按結構分為以下幾類：
　　
　　單片機(78E51/52/54/58、97C51/52/54/58、895lRD＋、80C320、87C520)+GPRS模塊，成本低，價格便宜，性能較弱，開發(fā)難度大。
　　
　　基于X86系統(tǒng)CPU板工控機＋RS485卡＋I/O卡，成本較高，功耗大。硬盤為系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，功能較強。
　　
　　可編程控制器成本價低，功能全，功耗適中，采集I/O部分容易受干擾，升級維護困難。
　　
　　基于ARM9嵌入式系統(tǒng)＋GPRS模塊，軟件開發(fā)成本低，性能穩(wěn)定可靠，功耗低，為以后發(fā)展趨勢。
　　
　　目前國內數(shù)據(jù)采集儀大部分已經采用嵌入式系統(tǒng)，它具有成本低、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。
　　
　　E6803型數(shù)據(jù)采集傳輸儀是北京安控科技股份有限公司(以下簡稱安控科技)為環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)定制的專業(yè)數(shù)據(jù)采集和傳輸設備，擁有完整的軟、硬件自主知識產權，兼容國內主流廠商的系統(tǒng)平臺，*通過環(huán)保總局認證，并在環(huán)境監(jiān)測領域得到大規(guī)模應用。
　　
　　1.1設計原則
　　
　　數(shù)據(jù)采集傳輸儀是現(xiàn)場一次儀表與中心監(jiān)控系統(tǒng)的橋接部件，可獨立運行。該儀器一般安裝在排污口現(xiàn)場，如污水處理廠進水、出水口，企業(yè)污水排污口，企業(yè)煙氣排污口，每個監(jiān)測現(xiàn)場使用一套數(shù)據(jù)采集傳輸儀。
　　
　　1.2RTUCPU選型
　　
　　ARM微處理器是一種高性能、低功耗的32位微處理器，它被廣泛應用于嵌入式系統(tǒng)中。ARM9代表了ARM公司主流的處理器，已經在手持、機頂盒、數(shù)碼相機、GPS、個人數(shù)字助理以及因特網設備等方面有了廣泛的應用。
　　
　　E6803數(shù)據(jù)采集儀采用ARM9CPU芯片。它比ARM7系統(tǒng)的處理速度更快，五條流水線使并行處理能力更強，中央處理器處理能力是ARM7的兩倍，板載128MFLASH內存可以存儲1年的環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)，供用戶隨時查詢核對。
　　
　　1.3硬件架構

　　
　　硬件配置：輸入、輸出接口8路AI,8路DI，4路4DO,A/D分辨率16位。電流信號輸入O～20mA，電壓輸入O～5VDC,DO觸點容量250VCA/1A。
　　
　　通訊接口支持Ethernet網絡口l路，RS232、RS485。RS232配4路，RS485配2路。電源、信號輸出輸入端均采取光電隔離保護，并與主控電路隔離。
　　
　　設計存儲容量為64MByte，可連續(xù)存儲倆負荷、采集同隔1分鐘12個月的歷史數(shù)據(jù)。
　　
　　后備電源支持設備運轉12小時以上。
　　
　　支持一點多傳，zui多支持監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到4個監(jiān)測中心。
　　
　　支持通過USB接口數(shù)據(jù)導出功能。
　　
　　采用5.7寸觸摸屏，執(zhí)行現(xiàn)場的各種操作，配置簡單便捷。
　　
　　可根據(jù)用戶需要配置GPRS、CDMADTU，通過無線傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。
　　
　　1.4軟件架構

　　
　　軟件配置內置看門狗功能，防止程序以外發(fā)生的各類問題，保證系統(tǒng)正常運行。
　　
　　內置Web服務器功能，可開放給被監(jiān)測企業(yè)隨時查看監(jiān)測數(shù)據(jù)，歷史記錄。
　　
　　支持ModbusRTU、ModbusASCⅡTCP/IP協(xié)議、DNP3.0等通信協(xié)議，具有RS232、RS485、Ethemet等通信接口。
　　
　　支持數(shù)據(jù)掉電保護功能，可長期保存設定參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)。
　　
　　支持掉電重啟功能，真正做到無人值守，免維護。
　　
　　支持上位機不同平臺軟件開發(fā)接口，不同平臺適應性更強。
　　
　　內置近百種國內外在線儀表驅動程序，方便現(xiàn)場調測。
　　
　　1.5產品特點
　　
　　模塊式一體化設計以ARM9技術的犯位CPU為核心的RTU是集成了采集模塊及傳輸終端設備為一體的設備，符合國家相關行業(yè)自動化監(jiān)測RTU終端設備技術規(guī)范標準。RTU設備具備工控產品的通用性特點，易于日后系統(tǒng)升級擴展。
　　
　　的環(huán)境適應特性
　　
　　環(huán)保控制器、GPRSDTU設備均采用工業(yè)級產品，適合在惡劣環(huán)境中工作，其高溫和低溫特性為－40℃～＋70℃，且具有良好的抗干擾、抗潮濕、抗沖擊能力。*可以適應本項目中各遙測點所處的環(huán)境帶來的雨水、潮濕、嚴寒、酷暑、機動車行駛和大型供電變壓器干擾等不利因素，保證系統(tǒng)的正常工作。
　　
　　易于擴展和維護
　　
　　環(huán)保控制器采用標準化工業(yè)I/O模塊，金屬機箱設計，內部設計簡潔規(guī)范；所有硬件設備采用模塊化設計，易于安裝和替換，并容易擴展；提供內部測試功能，提供部分備用通道，易于維護和調試。
　　
　　靈活的通信方式
　　
　　數(shù)據(jù)采集儀可以通過有線進行連接，采用城域網、ADSL、VPN等連接方式。
　　
　　無線網支持GPRS、CDMA通訊方式。
　　
　　強大的軟件系統(tǒng)環(huán)保控制器支持標準C、梯形圖等編程語言，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲等功能；提供多達128K的數(shù)據(jù)存儲能力。其強大的編程和數(shù)據(jù)處理能力可以滿足任何復雜環(huán)境監(jiān)測的需要。
　　
　　1.6核心技術
　　
　　內置小型數(shù)據(jù)庫，保存污水，煙氣兩套配置，通過更改監(jiān)測屬性可以很容易更換，可以在遠端更改后，通過網絡下載，污染物屬性符合國家環(huán)保HJT212-2005數(shù)據(jù)傳輸標準，HJT352-2007數(shù)據(jù)交換規(guī)范。可以就地USB備份數(shù)據(jù)。
　　
　　內置WEB服務器，支持遠程IE網頁瀏覽，具有用戶管理功能，根據(jù)不同用戶需求制定不同權限，可以把此功能開放給zui終用戶，可以實時觀察污染物排量狀況，及時調整設備的運行狀態(tài)，降低污染物的排放。通過IE可以遠程控制數(shù)采儀等比例進行采樣。
　　
　　支持采集數(shù)據(jù)發(fā)送多數(shù)據(jù)中心配置，可以把采集數(shù)據(jù)發(fā)送4個數(shù)據(jù)中心。
　　
　　支持采集數(shù)據(jù)與監(jiān)控視頻的數(shù)據(jù)疊加。杜絕數(shù)據(jù)造假，真實反應實時監(jiān)測情況。
　　
　　硬件遵循HJ477-2009污染源在線自動監(jiān)控(監(jiān)測)數(shù)據(jù)采集儀技術要求。
　　
　　二、典型應用
　　
　　水質在線監(jiān)測系統(tǒng)包括采樣單元、分析單元、數(shù)據(jù)采集單元、視頻監(jiān)控單元、輔助單元和監(jiān)測站房單元組成，安控科技提供整個系統(tǒng)的建設、聯(lián)調和維護服務。水質在線監(jiān)測系統(tǒng)集實時監(jiān)控功能、自動上報功能、自動報警功能、自動采樣功能、遠程控制功能、數(shù)據(jù)庫同步功能、智能化數(shù)據(jù)處理功能、海量數(shù)據(jù)備份以及斷電保護功能等*技術于一身，并使用了多層安全機制和簡便的人機交互界面，在保證功能完善的同時具備了很強的安全性、可靠性和易操作性，保障監(jiān)控中心對各污染源排放情況監(jiān)控管理的準確性和及時性。
　　
　　針對工業(yè)和生活等各類廢水排放單位，在被測水體或廢水排放口附近對水質進行連續(xù)分析，檢測水樣的化學需氧量(COD)值的環(huán)保檢側儀器。
　　
　　在每個遠程監(jiān)測點現(xiàn)場安裝一套以ARM9技術的32位CPU為核心的數(shù)據(jù)采集傳輸儀，由它負責對現(xiàn)場監(jiān)測儀表采集的數(shù)據(jù)進行處理、保存、顯示。通過網絡接口、串行口把采集的數(shù)據(jù)按不同平臺的協(xié)議發(fā)送給各監(jiān)測信息中心，監(jiān)測中心還可以使用反控命令對數(shù)據(jù)采集儀進行協(xié)議要求的各類操作，如校正時間、更改數(shù)據(jù)發(fā)送間隔、補發(fā)分鐘數(shù)據(jù)、小時數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)。也可以通過數(shù)據(jù)采集儀間接控制在線儀表的報警上下限，采樣間隔。
　　
　　三、結束語
　　
　　基于安控科技RTU技術開發(fā)的數(shù)據(jù)采集傳輸儀，憑借的性能和豐富的功能，能夠充分滿足環(huán)境監(jiān)測領域的需求，是RTU產品在環(huán)保監(jiān)測領域的成功應用案例。