摘要：針對當(dāng)前太陽能中央熱水器信息化程度不高，管理、維護和售后服務(wù)困難的問題，提出采用分散檢測、集中控制和管理的技術(shù)方案；采用嵌入式系統(tǒng)、無線通信、計算機軟件和Web等技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的可視化管理與操作，對于提高太陽能利用率、降低管理維護成本、統(tǒng)計和發(fā)布節(jié)能數(shù)據(jù)、以及促進太陽能光熬利用的推廣均具有重要意義。
關(guān)鍵詞：集群應(yīng)用；太陽能熱水器；分散監(jiān)測，集中控翻；可視化管理

0 引言
    《中國太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告》顯示，目前我國已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國和銷售國，每年以約30％的速度增長，規(guī)模已經(jīng)達到200億元。但是形成規(guī)模的太陽能熱水器主要是家用太陽能熱水器，傳統(tǒng)的家用太陽能熱水器不僅人均占用空間和投資成本大，太陽能以及水的利用率低，信息化程度低、維護管理工作量大，而且還影響原建筑的外觀。集群應(yīng)用的太陽能中央熱水器可以很好地克服上述問題，而且還具有產(chǎn)、供熱的智能化程度高，供水量大，突發(fā)性供水能力強，特別適合于現(xiàn)代生活小區(qū)、學(xué)校、企業(yè)、酒店等單位的應(yīng)用，已逐步成為太陽能光熱利用的主要方向。這種分布于各棟樓宇屋頂?shù)奶柲苤醒霟崴鞯目煽靠刂坪图泄芾?，是集群?yīng)用的太陽能中央熱水器能否得到推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。本文提出了采用分散檢測、集中控制和可視化管理的技術(shù)方案，采用嵌入式系統(tǒng)、無線通信、計算機軟件和Web等技術(shù)，實現(xiàn)對太陽能中央熱水器系統(tǒng)的可視化管理與操作，同時為企業(yè)提供便捷的售后服務(wù)管理手段和方便統(tǒng)計、發(fā)布節(jié)能數(shù)據(jù)，對于促進太陽能中央熱水器的推廣應(yīng)用具有重要意義。

1 系統(tǒng)設(shè)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(gòu)成。現(xiàn)場終端包括主控器、線控器、無線數(shù)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(shù)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(shè)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(shù)傳模塊組成，其主要任務(wù)包括：負(fù)責(zé)接收來自管轄區(qū)域各主控器的數(shù)據(jù)，并進行協(xié)議解析、數(shù)據(jù)入庫和更新管理界面的信息；負(fù)責(zé)將控制或設(shè)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(shù)據(jù)交換；將相關(guān)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)服務(wù)器、管理計算機和必要顯示與打印設(shè)備構(gòu)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?nèi)我庖慌_熱水器的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，統(tǒng)計產(chǎn)熱與節(jié)能數(shù)據(jù)等。

2 現(xiàn)場終端設(shè)計
    現(xiàn)場終端結(jié)構(gòu)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(chǎn)、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(shù)傳模塊)和供電電路組成。主控微處理器LPC2368根據(jù)傳感器模塊檢測的現(xiàn)場與系統(tǒng)的狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)，與存放在擴展存儲器(E2PROM)中的預(yù)置數(shù)據(jù)進行比對運算，獲得相應(yīng)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?nèi)葺o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(yīng)用提供控制與管理所需數(shù)據(jù)的通信鏈路。

3 區(qū)域集控與管理軟件設(shè)計
    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(fù)責(zé)向監(jiān)控區(qū)域內(nèi)所有主控器發(fā)送數(shù)據(jù)庫中的指令，接收、處理、存儲來自各主控器的數(shù)據(jù)，同時通過調(diào)用Web服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)與企業(yè)集控與管理中心的數(shù)據(jù)同步。區(qū)域管理軟件由Web瀏覽器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器的管理軟件構(gòu)成，如圖3所示。

3．1 區(qū)域控制軟件設(shè)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(shù)據(jù)通信模塊和數(shù)據(jù)同步模塊，采用模塊化設(shè)計實現(xiàn)了數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通信模塊
    區(qū)域控制平臺與所監(jiān)控區(qū)域內(nèi)所有太陽能熱水器之間可采用RS 485和無線數(shù)傳兩種通信方式，可根據(jù)工程現(xiàn)場條件選擇其一。對于數(shù)據(jù)通信模塊而言，一旦數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議確定，其任務(wù)就是接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。為了保證準(zhǔn)確、可靠地傳輸數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通信模塊向各個主控器發(fā)送的指令還包括查詢實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、歷史報警、歷史參數(shù)設(shè)置等指令。該模塊處理主控器回送的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分解、轉(zhuǎn)換等操作，最終執(zhí)行數(shù)據(jù)入庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新等。數(shù)據(jù)通信模塊的工作流程圖，如圖5所示。

3．1．2 數(shù)據(jù)同步模塊
    區(qū)域控制平臺作為連接區(qū)域數(shù)據(jù)庫和企業(yè)管理中心數(shù)據(jù)庫的橋梁，通過Web服務(wù)實現(xiàn)兩個數(shù)據(jù)庫的同步。區(qū)域和企業(yè)的數(shù)據(jù)包括當(dāng)前數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。同步區(qū)域、企業(yè)數(shù)據(jù)程序流程如圖6所示。
3．2 區(qū)域管理軟件設(shè)計
    區(qū)域管理軟件由Web瀏覽器、Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器管理軟件構(gòu)成。本系統(tǒng)的Web瀏覽界面采用Flex技術(shù)設(shè)計，它是目前最流行的RIA(富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng))開發(fā)技術(shù)之一，其優(yōu)點是客戶端可以進行完整的數(shù)據(jù)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(jù)實際需求，基于Flex技術(shù)設(shè)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(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)查詢功能。當(dāng)客戶端進入Flex瀏覽界面，瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送請求(參數(shù)設(shè)置指令和數(shù)據(jù)查詢指令)，Web服務(wù)器將需要訪問數(shù)據(jù)庫的請求轉(zhuǎn)化SQL語句，并交給數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器對接收的數(shù)據(jù)進行處理，并返回給Web服務(wù)器；Web服務(wù)器動態(tài)生成HTML文檔后轉(zhuǎn)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(quán)限。

4 企業(yè)集控與管理軟件設(shè)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(shù)據(jù)服務(wù)器和必要的顯示與打印設(shè)備構(gòu)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(shù)據(jù)，但企業(yè)管理軟件與區(qū)域管理軟件的架構(gòu)完全相同，均在．Net平臺上采用Flex設(shè)計，提供Web服務(wù)、接收Flex界面的控制任務(wù)，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(wù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(quán)限和數(shù)據(jù)庫的規(guī)模上。

5 系統(tǒng)功能與特點
    本系統(tǒng)經(jīng)過實驗室長達6個月的測試，各項功能和指標(biāo)均達到設(shè)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(shù)傳模塊與區(qū)域集控與管理平臺進行數(shù)據(jù)交換，并通過Internet把數(shù)據(jù)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(yīng)性。系統(tǒng)可根據(jù)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(shè)備、集熱板的數(shù)目、儲水箱的組合和水管的連接方式等)，主控器能夠自適應(yīng)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(jù)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(shù)均一目了然。

6 結(jié)語
    本文提出面向集群應(yīng)用的太陽能中央熱水器控制與管理系統(tǒng)的設(shè)計方案，簡要介紹現(xiàn)場終端的原理框圖和主要作用，詳細(xì)分析了區(qū)域集控與管理軟件的設(shè)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(zhǔn)確無誤等特點。該系統(tǒng)已被福州眾望達太陽能技術(shù)開發(fā)有限公司確定為升級換代產(chǎn)品，目前已應(yīng)用于該公司的實際項目中。