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    與傳統(tǒng)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(fù)雜計(jì)算功能。

       數(shù)據(jù)采集傳輸儀是RTU在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)典型應(yīng)用，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、保存和傳輸，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備遙控、遙信、遙測(cè)功能。

     環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)常處在環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，所使用產(chǎn)品必須有特殊的防護(hù)等級(jí)，且需要充分考慮網(wǎng)絡(luò)的安全。雖然使用工業(yè)計(jì)算機(jī)可能會(huì)使項(xiàng)目實(shí)施在某些方面簡(jiǎn)化，但性價(jià)比不高。基于RTU技術(shù)的數(shù)據(jù)采集傳輸儀作為專業(yè)的工業(yè)產(chǎn)品，在安裝上更加集成化，且對(duì)環(huán)境要求低；采用嵌入式操作系統(tǒng)，具有
更高的網(wǎng)絡(luò)安全性能，適合于長(zhǎng)期運(yùn)行免維護(hù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用。

    1 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(chǔ)各種類型監(jiān)測(cè)儀器儀表的數(shù)據(jù)，并能完成與上位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸功能的數(shù)據(jù)終端單元，具備單獨(dú)的數(shù)據(jù)處理功能。

    數(shù)據(jù)采集傳輸儀是現(xiàn)場(chǎng)儀表與上位機(jī)系統(tǒng)的連接儀器。通過(guò)數(shù)字通道、模擬通道、開(kāi)關(guān)量通道采集監(jiān)測(cè)儀表的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)等信息，由傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)、狀態(tài)傳輸至上位機(jī)；上位機(jī)通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)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(cè)儀表工作。在整個(gè)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，上位機(jī)是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件平臺(tái)的統(tǒng)稱，下位機(jī)則是現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表的統(tǒng)稱，包括儀表供應(yīng)商提供的具有計(jì)算處理能力的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

    國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)采集傳輸儀按結(jié)構(gòu)分為以下幾類：

  • 單片機(jī)(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(tǒng)CPU板工控機(jī)+RS485卡+I/O卡，成本較高，功耗大。硬盤(pán)為系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，功能較強(qiáng)。

  • 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(jí)維護(hù)困難。

  • 基于ARM 9 嵌入式系統(tǒng)+GPRS模塊，軟件開(kāi)發(fā)成本低，性能穩(wěn)定可靠，功耗低，為以后發(fā)展趨勢(shì)。

     目前國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)采集儀大部分已經(jīng)采用嵌入式系統(tǒng)，它具有成本低、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。

    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(jiǎn)稱安控科技）為環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定制的專業(yè)數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)備，擁有完整的軟、硬件自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，兼容國(guó)內(nèi)主流廠商的系統(tǒng)平臺(tái)，首批通過(guò)環(huán)保總局認(rèn)證，并在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用。

   1.1 設(shè)計(jì)原則

    數(shù)據(jù)采集傳輸儀是現(xiàn)場(chǎng)一次儀表與中心監(jiān)控系統(tǒng)的橋接部件，可獨(dú)立運(yùn)行。該儀器一般安裝在排污口現(xiàn)場(chǎng)，如污水處理廠進(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(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)使用一套數(shù)據(jù)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(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。ARM9代表了ARM公司主流的處理器，已經(jīng)在手持電話、機(jī)頂盒、數(shù)碼相機(jī)、GPS、個(gè)人數(shù)字助理以及因特網(wǎng)設(shè)備等方面有了廣泛的應(yīng)用。

    E6803數(shù)據(jù)采集儀采用ARM9 CPU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(qiáng)，中央處理器處理能力是ARM7的兩倍，板載128M FLASH內(nèi)存可以存儲(chǔ)1年的環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，供用戶隨時(shí)查詢核對(duì)。

     1.3 硬件架構(gòu)

   
          
                          圖1 硬件架構(gòu)

    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(hào)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(hào)輸出輸入端均采取光電隔離保護(hù)，并與主控電路隔離。

      • 設(shè)計(jì)存儲(chǔ)容量為64MByte，可連續(xù)存儲(chǔ)滿負(fù)荷、采集間隔1分鐘12個(gè)月的歷史數(shù)據(jù)。

      • 后備電源支持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)12小時(shí)以上。

      • 支持一點(diǎn)多傳，最多支持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到4個(gè)監(jiān)測(cè)中心。

      • 支持通過(guò)USB接口數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

      • 采用5.7寸觸摸屏，執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)的各種操作，配置簡(jiǎn)單便捷。

      • 可根據(jù)用戶需要配置 GPRS 、CDMA DTU，通過(guò)無(wú)線傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

     1.4 軟件架構(gòu)

              
                                         圖2 軟件架構(gòu)

      軟件配置

      • 內(nèi)置看門(mén)狗功能，防止程序以外發(fā)生的各類問(wèn)題，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

      • 內(nèi)置Web服務(wù)器功能，可開(kāi)放給被監(jiān)測(cè)企業(yè)隨時(shí)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，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?jǐn)?shù)據(jù)掉電保護(hù)功能，可長(zhǎng)期保存設(shè)定參數(shù)及歷史數(shù)據(jù)。

      • 支持掉電重啟功能，真正做到無(wú)人值守，免維護(hù)。

      • 支持上位機(jī)不同平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)接口，不同平臺(tái)適應(yīng)性更強(qiáng)。

      • 內(nèi)置近百種國(guó)內(nèi)外在線儀表驅(qū)動(dòng)程序，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)測(cè)。

        1.5 產(chǎn)品特點(diǎn)

      • 模塊式一體化設(shè)計(jì)

       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(shè)備為一體的設(shè)備，符合國(guó)家相關(guān)行業(yè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)RTU終端設(shè)備技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。RTU設(shè)備具備工控產(chǎn)品的通用性特點(diǎn)，易于日后系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)展。

      • 卓越的環(huán)境適應(yīng)特性

     環(huán)保專用控制器、GPRS DTU設(shè)備均采用優(yōu)秀工業(yè)級(jí)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(yīng)本項(xiàng)目中各遙測(cè)點(diǎn)所處的環(huán)境帶來(lái)的雨水、潮濕、嚴(yán)寒、酷暑、機(jī)動(dòng)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(kuò)展和維護(hù)

    環(huán)保專用控制器采用標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)I/O模塊，金屬機(jī)箱設(shè)計(jì)，內(nèi)部設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔規(guī)范；所有硬件設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，易于安裝和替換，并容易擴(kuò)展；提供內(nèi)部測(cè)試功能，提供部分備用通道，易于維護(hù)和調(diào)試。

      靈活的通信方式

    數(shù)據(jù)采集儀可以通過(guò)有線進(jìn)行連接，采用城域網(wǎng)、ADSL、VPN等連接方式。無(wú)線網(wǎng)支持GPRS、CDMA通訊方式。

      • 強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)

      環(huán)保專用控制器支持標(biāo)準(zhǔn)C、梯形圖等編程語(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能；提供多達(dá)128K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。其強(qiáng)大的編程和數(shù)據(jù)處理能力可以滿足任何復(fù)雜環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要。

      1.6 核心技術(shù)

      • 內(nèi)置小型數(shù)據(jù)庫(kù)，保存污水，煙氣兩套配置，通過(guò)更改監(jiān)測(cè)屬性可以很容易更換，可以在遠(yuǎn)端更改后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載，污染物屬性符合國(guó)家環(huán)保HJT212-2005數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，HJT352-2007數(shù)據(jù)交換規(guī)范。可以就地USB備份數(shù)據(jù)。

      • 內(nèi)置WEB服務(wù)器，支持遠(yuǎn)程IE網(wǎng)頁(yè)瀏覽，具有用戶管理功能，根據(jù)不同用戶需求制定不同權(quán)限，可以把此功能開(kāi)放給最終用戶，可以實(shí)時(shí)觀察污染物排量狀況，及時(shí)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，降低污染物的排放。通過(guò)IE可以遠(yuǎn)程控制數(shù)采儀指定等比例進(jìn)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(gè)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(shí)反應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況

      • 硬件遵循HJ477-2009污染源在線自動(dòng)監(jiān)控（監(jiān)測(cè)）數(shù)據(jù)采集儀技術(shù)要求。

   2 典型應(yīng)用

    水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)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(cè)站房單元組成，安控科技提供整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)、聯(lián)調(diào)和維護(hù)服務(wù)。水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集實(shí)時(shí)監(jiān)控功能、自動(dòng)上報(bào)功能、自動(dòng)報(bào)警功能、自動(dòng)采樣功能、遠(yuǎn)程控制功能、數(shù)據(jù)庫(kù)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(hù)功能等先進(jìn)技術(shù)于一身，并使用了多層安全機(jī)制和簡(jiǎn)便的人機(jī)交互界面，在保證功能完善的同時(shí)具備了很強(qiáng)的安全性、可靠性和易操作性，保障監(jiān)控中心對(duì)各污染源排放情況監(jiān)控管理的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

     針對(duì)工業(yè)和生活等各類廢水排放單位，在被測(cè)水體或廢水排放口附近對(duì)水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)分析，檢測(cè)水樣的化學(xué)需氧量（COD）值的環(huán)保檢測(cè)儀器。在每個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝一套以ARM9技術(shù)的32位CPU為核心的數(shù)據(jù)采集傳輸儀，由它負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀表采集的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)按不同平臺(tái)的協(xié)議發(fā)送給各監(jiān)測(cè)信息中心，監(jiān)測(cè)中心還可以使用反控命令對(duì)數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行協(xié)議要求的各類操作，如校正時(shí)間、更改數(shù)據(jù)發(fā)送間隔、補(bǔ)發(fā)分鐘數(shù)據(jù)、小時(shí)數(shù)據(jù)、日數(shù)據(jù)。也可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀間接控制在線儀表的報(bào)警上下限，采樣間隔。

    3 結(jié)束語(yǔ)

    基于安控科技RTU技術(shù)開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)采集傳輸儀，憑借卓越的性能和豐富的功能，能夠充分滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的需求，是RTU產(chǎn)品在環(huán)保監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用案例。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第二期