基于WebAccess的地源热泵远程监控系统研究与实现.pdf

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1、基于 We b A c c e s s的地 源热泵远程监控 系统研究与 实现 基于 We b A c c e s s 的地源热泵远程监控系统研究与实现 张晓力，廉小亲，于重重，高(北京工商大学 计算机与信息工程学院，北京 甲 1 0 0 0 4 8)摘要：通过网际组态软件 We b A c c e s s 和 A D A M一 5 5 1 0现场控制器，完成 了对地源热泵远程监控 系统的设 计，为可再生能源系统的综合评价指标提供有效的数据信息。阐述 了系统设计方案及监控 系统 的网络 架构；通过对监控节点配置和编程设计，实现现场数据采集；通过工程节点开发设计的方法研 究，完成工 程节点结构设计

2、，实现 系统监控界 面等功能的设计。测试结果表明：本设计达到地源热泵系统控制工艺 的要求，实现 了对系统的本地及远程监测，为可再生能源综合评价 系统提供 了有效、可靠的数据信息。关键词：We b A c c e s s 软件；A D A M 5 5 1 0现场控制器；远程 网络监测；可再生能源与建筑集成 中图分类号：T P 2 4 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 0 8 8 2 9(2 0 0 9)0 6 0 0 5 1 0 3 Re s e a r c h a n d I mp l e me n t a t i o n o f Gr o u n d-S o u r c e He a t

3、 P u mp Re m o t e M o n i t o r S y s t e m Ba s e d o n W e b Ac c e s s Z HANG Xi a o l i，L I AN Xi a o-q i n，YU Ch o n g c h o n g，GAO J i a (C o l l e g e o f C o mp u t e r a n d I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y，B e i j i n g T e c h n o l o gy a n d B u s i n e s

4、 s U n i v e r s i t y，B e ij i n g 1 0 0 0 4 8，C h i n a)Abs t r a c t：Ad v a n t e c h W e b Ac c e s s c o n fig u r a t i o n s o f t wa r e b a s e d o n W e b a n d ADAM _。5 5 1 0 fi e l d c o n t r o l l e r i s e m。p l o y e d t o d e s i g n t h e g r o un d-s o u r c e h e a t p u mp mo n

5、i t o r s y s t e m，pr o v i d i n g v a l i d d a t a i n f o r ma t i o n f o r t he c o l l i g a t i n g a p p r a i s a l o f r e n e wa bl e e n e r g y s y s t e m Th e d e s i g n s c h e me a n d t h e n e t wo r k f r a me o f t h e s y s t e m a r e e x pa t i a t e d；t h e fi e l d d a t

6、 a c o l l e c t i n g a n d s y s t e m c o n t r o l l i n g v i a c o n fi g u r i n g t h e mo n i t o r n o d e a n d p r o g r a mmi n g a r e i m p l e me n t e d；t h e ma i n fra me o f t h e s y s t e m o n t h e b a s e s o f a n a l y z i ng t h e me t h o d o f e x p l o i t i n g a n d

7、d e v i s i n g t he p r o j e c t n o d e i s e s t a b l i s h e d T h e n t h e d e s i g n f u n c t i o n s o f mo n i t o r i n t e r f a c e，c u r r e n t t r e n d，h i s t o r y t r e n d，a l a r m i n g ma n a g e me n t，r e p o r t f o r ms，s c h e d u l i n g a n d S O o n a r e a c c o m

8、p l i s h e d T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e s y s t e m c a n a c h i e v e t he s o i l wa t e r h e a t p u mp s y s t e m S a c q ui r e me n t o f t e c h n i q ue s a n d i mpl e me n t t h e s y s t e m mo ni t o r f r o m l o c a l o r l o n g d i s t a n c e，p r o v i d i

9、 n g e f f e c t i v e d a t a i n f o r ma t i o n f o r e v a l u a t i n g r e n e wa b l e e n e r gy s y s t e m s y n t h e t i c a l l y Ke y wo r d s：W e b Ac c e s s；ADAM一 5 5 1 0 fie l d c o n t r o l l e r；r e mo t e mo n i t o r b a s e d o n n e t wo r k；r e n e wa b l e e n e r gy a n

10、d b u i l d i n g i n t e g r a t e d 随着计算机网络技术的普及和集散控制(D C S)工 业技术的进步，监控系统从过去的集中监控体系结构 向多层分布式监控系统发展。多层分布式控制系统在 技术上，既可从本地局域 网上访问所需要的数据，也可 以通过远程 网络访问所需要的数据。由于工业监控网 络化的普及，工业控制组态软件已经形成 了比较完善 的监控体系，以满足工业控制对通用监视及控制软件 收稿 日期：2 0 0 9 0 1 0 6 基金项目：“十一五”国家科技 支撑计划“可再生能源与建筑集 成技术研究与示范”项 目(2 0 0 6 B A A 0 4 B 0 5

11、)；北京市属市管高校 人才强教 计划项 目(1 9 0 0 4 8 1 1 0 0 9)作者简介：张晓力(1 9 6 0 一)，男，北京人，大学，高级工程师，主 要研究方向为计算机测控技术；廉小亲(1 9 6 7 一)，女，河南沁阳 人，博士，教授，主要研究方向为计算机测控技术。的需求。本研究选用 网际组态软件 We b A c c e s s ，对 地源 热泵远程监测系统的方案设计进行 l较深入的研究，并利用 We b A c c e s s与 A D A M 5 5 1 0现场控制器间的通 信，实现了地源热泵远程监 控及实时分析 的网络控制 系统。系统通过对可再生能源与建筑集成技术示范工

12、程中的能源系统进行监测和对综合技术经济指标进行 评价，完善可再生能源与建筑集成技术，并通过有效的 方式将示范成果推广扩散，实现可再生能源与建筑集 成技术的产业化，提高可再生能源在降低民用建筑能 耗中的贡献率。1 系统监控方案的设计 监控系统设计 的目的是为了准确真实地反映地源 5 2 测控技术)2 0 0 9 年第2 8 卷第6 期 热泵系统运行状况的优 劣，更为便捷地实现技术人员 对系统的监控，评价地源热泵系统在采暖工况、空调工 况、热水工况时的性能及应用效果，同时测试地源热泵 对土壤环境的影响。本系统主要监测用户侧和地源侧 主干管进出口水的流量、温度和压力，地源热泵机组全 部 电气设备的耗

13、电量，室内外环境温湿度，以及用户侧 和地源侧循环泵的耗电量等，以获得采暖工况系统能 效 比、空调工况系统能效 比、热水工况 系统能效 比、全 年土壤热平衡指标。整个监控方案主要分为以下两个 部分：系统监测方案。根据地源热泵与建筑集成工 程技术评价指标，对相应的数据参数建立监测点，制定 相应的监测方案，为课题今后在地源热泵系统性 能技 术经济评价工作中提供基础，为热泵 的推广普及取得 有价值的参考数据。系统控制方案。根据地源热泵系统的组成和 结构，对组成系统的相应设备制定控制方案，以完成管 理员对系统本地与远程 的控制。2 监控 系统 的网络结构 监控系统的网络结构 主要构成包括 3个 部分：监

14、 控节点网络层，工程节点 网络层和客户端。(1)监控节点网络。监控点：主要由传感器(电磁流量计、温度传感 器、压力传感器等)，多功能数字电表，数据转换模块，数据采集箱和数据传输总线组成。完成数据的采集功 能，并将传感器所采集的信号均送至现场控制器进行 处理。控制器部分：主要由 A D A M一 5 5 1 0现场控制器，以太网组成。其 中 A D A M一 5 5 1 0现场控制器利用输入 模块采集各类设备相应监控点的数据，通过 以太 网与 工程节点进行通信，将系统状态参数反馈给工程节点 的工控机；读取工程节点的工控机指令并通过 A D A M一 5 5 1 0现场控制器利用输 出模块对各类设

15、备 相应 监控 点进行实时控制。(2)工程节点 网络。由工程节点，以太网和 I N T E R N E T网络组成。主 要负责工程节点与监控节点、客户端的通信，监控和巡 视底层各系统状况和参数，实现 了对系统状态的实时 监控。采用这种网络有效地实现了计算机与控制器之 间的大量信息的高速交换。(3)客户端。由以太 网和 I n t e r n e t 网络组成，主要 负责工程节 点与客户端的通信。各客户端用户通过上层 网络，访 问工程节点，可浏览和巡视底层各系统状况和参数，为 上层决策提供有效的实时数据和信息。3 监控节点的构成及设计 3 1 监控节点的硬件结构及配置 整个监控节点从硬件结构上分

16、 3部分，构架如 图 1 所示。下面重点介绍数据传输部分和现场控制器部 分。图 l 监控节点结构 图(1)数据传输部分。数据输入模块由A D A M 一 5 0 1 7 模拟量输入模块 和 A D A M-5 0 5 1数字量输入模块构成。主要功能是将 从开关量输人模块和模拟量输入模块中读到的数据转 存到中问变量中，等待控制器模块进行处理。A D A M一 5 0 1 7是 8路差分模拟量输入模块，它主要 用于采集温度、液位以及流量等模拟量输入信号。A D A M 5 0 5 1 是 l 6路 数字量 输入模 块，A D A M-T I P 控制器可以用这个模块 的数字输入决定界限和安 全开关

17、 的状态。通过它可 以采集 如水泵运行状 态信 号、阀门开到位和关到位信号等。数据输 出模块 由 A D A M一 5 0 6 8继电器输出模块 和 A D A M-5 0 2 4模拟量输 出模块组成。主要功能是在 工艺逻辑控制程序运算过后，将最后的控制信号传给 控制器上模拟量及开关量输出模块，最终将信息传输 到监控点完成控制。A D A M-5 0 6 8继电器输出模 块提供 8个继 电器通 道。本系统主要通过继电器输 出模块来控制水泵 的启 停，以及 电磁 阀的开关。A D A M 5 0 2 4是一个 4路 的模拟输出组件。它使用 D A控制把传来的数据转换成模拟信号。组件借助提 供 D

18、 A的光学隔绝输出，能达到 5 0 0 V D C的隔绝变压器 保护作用，从而使得仪器免于振动和浪涌的危害。(2)现场控制器部分。基于 We b A c c e s s的地源热泵远程监控 系统研 究与实现 5 3 A D A M一 5 5 1 0 E K W T P控制 器基 于工 业 以太 网技 术，提供 8个插槽，通过多通道 I O模块，实现数据采 集、监视、控制等功能。每个控制器支持 8 个 I 0模 块，最多可以支持 1 2 8个本地 I O点。其通信连接简 单方便，可采用两种方法：采用交叉线以太网电缆连接工控机网卡的 R J 4 5口与 5 0 0 0 T C P模块的 R J 4

19、5口；采用直连线以太网电缆，将工控机网卡的 R J 4 5 口、5 0 0 0 T C P模块的 I L 1 4 5口均连至交换机的 R 4 5口。A D A M-T P系列还内建 Mo d b u s R T U T C P S e r v e r，可以方便地与 S C A D A系统的 H MI 组态软件或 Mo d b U S O P C S e rve r 进 行通 信，允许 用户通 过 以太 网运行 M u h i p r o g编程软件，对多台 A D A M一 T P控制器进行远 程维护。控制器程序处理模块主要完成对中问变量中 的数据进行分析和处理，并做出反应。3 2 监控节点的

20、程序设计 根据监控节点 的硬件结构，本设计将 整个控制工 艺以及现场控制器的读写数据过程全部模块化，充分 利用了结构化程序设计的方法，使得整个程序井然有 序。其程序设计如图2所示。控制器初始化 读取上位机控制信号 读取传感器数据信息 控制器程序处理 l 发 送 控 制 信 号 于 监 控 点 实 施 监 控I 将处理后的数据传送给上位机显示 图 2 监控节 点程 序流程图 对现 场 控 制 器 编 程 采 用 M u h i p r o g软 件 实 现。M u l t i p r o g是一套编程 系统，它符合 I E C标准，适用于 P L C和软逻辑控制器编程。程序组织单元(P O U，

21、p r o g r a m o r g a n i z e u n i t)是 M u h i p r o g 程序的语言元素，它们 是包含了程序代码的独立软件单位。P O U由变量声 明部分和代码本体部分组成：在变量声明部分，定义所 有局部变量；在代码本体部分，用诸如指令表(I L)、结 构化文本(s T)、梯形图(L D)等编程语言编写指令。在对整个系统的编程 中，地源热泵系统 中的抽水 系统、热泵机组、空调水 系统和工艺用 水 的部分通 过 s T语言完成。s T中的程序代码主体工作单是 以文本 编辑器完成，而编辑器使用编辑向导来键入或插入语 句与表达式 J。4 工程节点的构成及设计 4

22、 1 工程节点结构设计 在本系统中工程节点主要实现系统运行的状态显 示监测和相关设备数据参数 的处理，另外也可 以对系 统设备进行实时控制，其功能结构图如 图 3所示。抽 水 系 统 地源热泵监控系统 监控界面 I I功能界 面 数 据 记 录 和 趋 势 显 一 1 塑 篁 墨 亘 j H塑 竺 里 墨 i 报警 群组 图 3 工 程节点结构 4 2 工程节点系统监控界面的设计 We b A c c e s s的绘 图工具 采用 向导 和矢量 绘 图模 式，它提供 了丰富的图库和功能强大的工具箱，可以很 方便地模拟工作现场，实现动画界 面。工程节点系 统监控界面包括有：登录界面、监控主页、工

23、艺流程界 面、抽水系统监控 界面、热泵机组监控界面(见 图 4)、热泵机组的实时数据界面、空调水系统监控界 面、工艺 用水系统监控界面、末端系统的实时数据监控界面、数 据记录和趋势界面等。从 图 4上可以清晰地看 出热泵机组的系统结构和 相应监控点的数据。当点击启动后，可以看到热泵机 组各参数发生 了变化，与此 同时，系统的动 画被启动。图 4所显示 的是冬季的工作模式。图4 热泵机组监控界面(下转第 5 7页)基 于 D S P的直升机舱 室内的有源噪声控制 系统 5 7 时，系统能够实时地做出响应，并具有 良好 的稳定性。5 O 兽0 量 1 O O 一 一 一l 魁 罂 一 ：、：l，丫

24、 O 2 0 4 O 6 O 8 归一化频率 、归一化频率 图6 次级通路建模 _ i J d _ n I l I|1 1|lI1 lI1 ll 肌 1IIIIl 唧 啊 l _ 0 0 2 0 0 00 4 0 0 0 0 点数 个 图7 2 5 7 Hz 的收敛过程 图8 2 5 7 H z的功率谱降噪效果对比图 参考文献：1 张广林，张慧 影 响旋翼机产业发展的重大技术 分析 E B O L h t t p：w w w c h i n a e o m c n n e w s h k b l ，2 0 0 8 0 5 2 陈克安 有源噪声控制 M 北京：国防工业出版社，2 003 3 孟庆

25、军，严胜刚 基于 D S P的有源噪声控 制技术研究 J 测控技术，2 0 0 6，2 5(9)：3 1 3 3 4 周雅莉，张奇志，贾永乐 基于 D S P的自适应有源噪声控 制系统 J 电子技术，2 0 0 2，2 9(2)5 陈克安，尹雪飞 应用于多通道有源控制的自适应组合逆 算法 J 信号处理，2 0 0 6，2 2(3)6 刘书明，罗军辉 A D S P S H A R C系列 D S P应用系统设计 M 北京：电子工业出版社，2 0 0 3 7 A n a l o g D e v i c e s I n c A D S P 一 2 1 1 6 0 S H A R C D S P h

26、 a r d w a r e r e f-e r e n c e z 2 0 0 3 口(上接 第 5 3页)5 结束语 本研究依托“十一五”国家科技支撑计划“可再生 能源与建筑集成技术应 用示范工程”课题，完成地源 热泵远程监控系统的设计。开发工作主要有：根据地源热泵系统的监控需求，提出了以 A D A M一 5 5 1 0 E K W T P控制器 为控 制核心，以研华 工控机 和触摸屏为控制平台的监控系统设计。整个监控系统 的网络结构为 3个部分：监控节点网络层，工程节点网 络层和客户端。采用研华 We b A c c e s s网际组态软件，完成 了人 机交互界面的设计，实现了对现场设

27、备的远程监控，结 合现场控制器实现了地源热泵系统需要 的各项功能，并设计 了实用的辅助功能界面，如数据记录和趋势、报 警管理功能等。本系统解决了传统地源热泵监控系统自动化程度 不高、人机交互方面的缺陷。通过控制器、触摸屏技术 及 网际组态软件技术的应用，不但提高了系统 的 自动 化程度，而且提升了人机交互方面的能力，使得用户可 以根据实际需要来运行 系统，既提升了整个 系统 的热 效率，又达到了节能运行的效果，为今后热泵建筑的推 广普及取得有价值的参考数据，从 而进一步提高我 国 热泵技术与建筑集成的应用水平。参考文献：1 美国柏元网控信息技术有限公司 We b A c c e s s网际组态

28、 软件及应用 J 工业控制计算机，2 0 0 2，1 5(1 0)2 张仁杰，周麟 基于网际组态软件 We b A c c e s s 的远程监控 实验系统 J 工业控制计算机，2 0 0 2，1 5(1 2)3 尹敏，谭连生，等 基于 I n t e r n e t 的远程过程控制系统设计 J 计算机过程与应用，2 0 0 2，3 8(2 1)4 研华(中国)有限公司 A D A M一 5 0 0 0 I O m o d u l e m a n u a l E d 一 2 3 p d f M C D 2 0 0 7 5 研华 A D A M一 5 5 1 0使用手册 Z 研华(中国)有限公司，2 00 7 6 研华(中国)有限公 司 We b A c c e s s使用手册 Z 研华(中国)有限公司，2 0 0 7 口