與傳統的可編程控制器(PLC)相比，RTU（Remote TerminalUnit）具有優(yōu)良的通訊能力和更大的數據存儲量，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。

       數據采集傳輸儀是RTU在環(huán)境監測領(lǐng)域的一個(gè)典型應用，可對現場(chǎng)數據進(jìn)行采集、保存和傳輸，還可實(shí)現對設備遙控、遙信、遙測功能。

     環(huán)境監測站點(diǎn)常處在環(huán)境惡劣的工業(yè)現場(chǎng)，所使用產(chǎn)品必須有特殊的防護等級，且需要充分考慮網(wǎng)絡(luò )的安全。雖然使用工業(yè)計算機可能會(huì )使項目實(shí)施在某些方面簡(jiǎn)化，但性?xún)r(jià)比不高?；赗TU技術(shù)的數據采集傳輸儀作為專(zhuān)業(yè)的工業(yè)產(chǎn)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，具有
更高的網(wǎng)絡(luò )安全性能，適合于長(cháng)期運行免維護的監測系統使用。

    1 數據采集傳輸儀

    數據采集傳輸儀指用于采集、存儲各種類(lèi)型監測儀器儀表的數據，并能完成與上位機數據傳輸功能的數據終端單元，具備單獨的數據處理功能。

    數據采集傳輸儀是現場(chǎng)儀表與上位機系統的連接儀器。通過(guò)數字通道、模擬通道、開(kāi)關(guān)量通道采集監測儀表的監測數據、狀態(tài)等信息，由傳輸網(wǎng)絡(luò )將數據、狀態(tài)傳輸至上位機；上位機通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )發(fā)送控制命令，數據采集傳輸儀根據命令控制監測儀表工作。在整個(gè)環(huán)境在線(xiàn)監測系統中，上位機是在線(xiàn)監測系統軟件平臺的統稱(chēng)，下位機則是現場(chǎng)儀器儀表的統稱(chēng)，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。

    國內數據采集傳輸儀按結構分為以下幾類(lèi)：

  • 單片機(78E51/52/54/58、97C51/52/54/58、8951RD+、80C320、87C520 )+GPRS模塊，成本低，價(jià)格便宜，性能較弱，開(kāi)發(fā)難度大。

  • 基于X86系統CPU板工控機+RS485卡+I/O卡，成本較高，功耗大。硬盤(pán)為系統薄弱環(huán)節，功能較強。

  • 可編程控制器成本價(jià)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A(yíng)RM 9 嵌入式系統+GPRS模塊，軟件開(kāi)發(fā)成本低，性能穩定可靠，功耗低，為以后發(fā)展趨勢。

     目前國內數據采集儀大部分已經(jīng)采用嵌入式系統，它具有成本低、穩定可靠等優(yōu)點(diǎn)。

    E6803型數據采集傳輸儀是北京安控科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)安控科技）為環(huán)境在線(xiàn)監測系統定制的專(zhuān)業(yè)數據采集和傳輸設備，擁有完整的軟、硬件自主知識產(chǎn)權，兼容國內主流廠(chǎng)商的系統平臺，首批通過(guò)環(huán)?？偩终J證，并在環(huán)境監測領(lǐng)域得到大規模應用。

   1.1 設計原則

    數據采集傳輸儀是現場(chǎng)一次儀表與中心監控系統的橋接部件，可獨立運行。該儀器一般安裝在排污口現場(chǎng)，如污水處理廠(chǎng)進(jìn)水、出水口，企業(yè)污水排污口，企業(yè)煙氣排污口，每個(gè)監測現場(chǎng)使用一套數據采集傳輸儀。

    1.2 RTU CPU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中。ARM9代表了ARM公司主流的處理器，已經(jīng)在手持電話(huà)、機頂盒、數碼相機、GPS、個(gè)人數字助理以及因特網(wǎng)設備等方面有了廣泛的應用。

    E6803數據采集儀采用ARM9 CPU芯片。它比ARM7系統的處理速度更快，五條流水線(xiàn)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128M FLASH內存可以存儲1年的環(huán)保監測數據，供用戶(hù)隨時(shí)查詢(xún)核對。

     1.3 硬件架構

   
          
                          圖1 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0～20mA，電壓輸入0～5VDC，DO觸點(diǎn)容量250VAC/1A。

      • 通訊接口支持Ethernet網(wǎng)絡(luò )口1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，可連續存儲滿(mǎn)負荷、采集間隔1分鐘12個(gè)月的歷史數據。

      • 后備電源支持設備運轉12小時(shí)以上。

      • 支持一點(diǎn)多傳，最多支持監測數據發(fā)送到4個(gè)監測中心。

      • 支持通過(guò)USB接口數據導出功能。

      • 采用5.7寸觸摸屏，執行現場(chǎng)的各種操作，配置簡(jiǎn)單便捷。

      • 可根據用戶(hù)需要配置 GPRS 、CDMA DTU，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸監測數據。

     1.4 軟件架構

              
                                         圖2 軟件架構

      軟件配置

      • 內置看門(mén)狗功能，防止程序以外發(fā)生的各類(lèi)問(wèn)題，保證系統正常運行。

      • 內置Web服務(wù)器功能，可開(kāi)放給被監測企業(yè)隨時(shí)查看監測數據，歷史記錄。

      • 支持Modbus RTU、Modbus ASCII TCP/IP協(xié)議、DNP3.0等通信協(xié)議，具有RS232、RS485、Ethernet等通信接口。

      • 支持數據掉電保護功能，可長(cháng)期保存設定參數及歷史數據。

      • 支持掉電重啟功能，真正做到無(wú)人值守，免維護。

      • 支持上位機不同平臺軟件開(kāi)發(fā)接口，不同平臺適應性更強。

      • 內置近百種國內外在線(xiàn)儀表驅動(dòng)程序，方便現場(chǎng)調測。

        1.5 產(chǎn)品特點(diǎn)

      • 模塊式一體化設計

       以ARM9技術(shù)的32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(guān)行業(yè)自動(dòng)化監測RTU終端設備技術(shù)規范標準。RTU設備具備工控產(chǎn)品的通用性特點(diǎn)，易于日后系統升級擴展。

      • 卓越的環(huán)境適應特性

     環(huán)保專(zhuān)用控制器、GPRS DTU設備均采用優(yōu)秀工業(yè)級產(chǎn)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。完全可以適應本項目中各遙測點(diǎn)所處的環(huán)境帶來(lái)的雨水、潮濕、嚴寒、酷暑、機動(dòng)車(chē)行駛和大型供電變壓器干擾等不利因素，保證系統的正常工作。

      • 易于擴展和維護

    環(huán)保專(zhuān)用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(jiǎn)潔規范；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

    數據采集儀可以通過(guò)有線(xiàn)進(jìn)行連接，采用城域網(wǎng)、ADSL、VPN等連接方式。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)支持GPRS、CDMA通訊方式。

      • 強大的軟件系統

      環(huán)保專(zhuān)用控制器支持標準C、梯形圖等編程語(yǔ)言，可以實(shí)現數據采集、數據處理、數據存儲等功能；提供多達128K的數據存儲能力。其強大的編程和數據處理能力可以滿(mǎn)足任何復雜環(huán)境監測的需要。

      1.6 核心技術(shù)

      • 內置小型數據庫，保存污水，煙氣兩套配置，通過(guò)更改監測屬性可以很容易更換，可以在遠端更改后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )下載，污染物屬性符合國家環(huán)保HJT212-2005數據傳輸標準，HJT352-2007數據交換規范?？梢跃偷豒SB備份數據。

      • 內置WEB服務(wù)器，支持遠程IE網(wǎng)頁(yè)瀏覽，具有用戶(hù)管理功能，根據不同用戶(hù)需求制定不同權限，可以把此功能開(kāi)放給最終用戶(hù)，可以實(shí)時(shí)觀(guān)察污染物排量狀況，及時(shí)調整設備的運行狀態(tài)，降低污染物的排放。通過(guò)IE可以遠程控制數采儀指定等比例進(jìn)行采樣。

      • 支持采集數據發(fā)送多數據中心配置，可以把采集數據發(fā)送4個(gè)數據中心。

      • 支持采集數據與監控視頻的數據疊加。杜絕數據造假，真實(shí)反應實(shí)時(shí)監測情況

      • 硬件遵循HJ477-2009污染源在線(xiàn)自動(dòng)監控（監測）數據采集儀技術(shù)要求。

   2 典型應用

    水質(zhì)在線(xiàn)監測系統包括采樣單元、分析單元、數據采集單元、視頻監控單元、輔助單元和監測站房單元組成，安控科技提供整個(gè)系統的建設、聯(lián)調和維護服務(wù)。水質(zhì)在線(xiàn)監測系統集實(shí)時(shí)監控功能、自動(dòng)上報功能、自動(dòng)報警功能、自動(dòng)采樣功能、遠程控制功能、數據庫同步功能、智能化數據處理功能、海量數據備份以及斷電保護功能等先進(jìn)技術(shù)于一身，并使用了多層安全機制和簡(jiǎn)便的人機交互界面，在保證功能完善的同時(shí)具備了很強的安全性、可靠性和易操作性，保障監控中心對各污染源排放情況監控管理的準確性和及時(shí)性。

     針對工業(yè)和生活等各類(lèi)廢水排放單位，在被測水體或廢水排放口附近對水質(zhì)進(jìn)行連續分析，檢測水樣的化學(xué)需氧量（COD）值的環(huán)保檢測儀器。在每個(gè)遠程監測點(diǎn)現場(chǎng)安裝一套以ARM9技術(shù)的32位CPU為核心的數據采集傳輸儀，由它負責對現場(chǎng)監測儀表采集的數據進(jìn)行處理、保存、顯示。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接口、串行口把采集的數據按不同平臺的協(xié)議發(fā)送給各監測信息中心，監測中心還可以使用反控命令對數據采集儀進(jìn)行協(xié)議要求的各類(lèi)操作，如校正時(shí)間、更改數據發(fā)送間隔、補發(fā)分鐘數據、小時(shí)數據、日數據。也可以通過(guò)數據采集儀間接控制在線(xiàn)儀表的報警上下限，采樣間隔。

    3 結束語(yǔ)

    基于安控科技RTU技術(shù)開(kāi)發(fā)的數據采集傳輸儀，憑借卓越的性能和豐富的功能，能夠充分滿(mǎn)足環(huán)境監測領(lǐng)域的需求，是RTU產(chǎn)品在環(huán)保監測領(lǐng)域的成功應用案例。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第二期