摘要：針對(duì)當(dāng)前太陽(yáng)能中央熱水器信息化程度不高，管理、維護(hù)和售后服務(wù)困難的問(wèn)題，提出采用分散檢測(cè)、集中控制和管理的技術(shù)方案；采用嵌入式系統(tǒng)、無(wú)線通信、計(jì)算機(jī)軟件和Web等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可視化管理與操作，對(duì)于提高太陽(yáng)能利用率、降低管理維護(hù)成本、統(tǒng)計(jì)和發(fā)布節(jié)能數(shù)據(jù)、以及促進(jìn)太陽(yáng)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(yáng)能熱水器；分散監(jiān)測(cè)，集中控翻；可視化管理

0 引言
    《中國(guó)太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》顯示，目前我國(guó)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)和銷售國(guó)，每年以約30％的速度增長(zhǎng)，規(guī)模已經(jīng)達(dá)到200億元。但是形成規(guī)模的太陽(yáng)能熱水器主要是家用太陽(yáng)能熱水器，傳統(tǒng)的家用太陽(yáng)能熱水器不僅人均占用空間和投資成本大，太陽(yáng)能以及水的利用率低，信息化程度低、維護(hù)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(yáng)能中央熱水器可以很好地克服上述問(wèn)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(qiáng)，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(yáng)能光熱利用的主要方向。這種分布于各棟樓宇屋頂?shù)奶?yáng)能中央熱水器的可靠控制和集中管理，是集群應(yīng)用的太陽(yáng)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(cè)、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(wú)線通信、計(jì)算機(jī)軟件和Web等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能中央熱水器系統(tǒng)的可視化管理與操作，同時(shí)為企業(yè)提供便捷的售后服務(wù)管理手段和方便統(tǒng)計(jì)、發(fā)布節(jié)能數(shù)據(jù)，對(duì)于促進(jìn)太陽(yáng)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(jì)方案
    本系統(tǒng)的組成如圖1所示，它由現(xiàn)場(chǎng)終端、區(qū)域集控與管理平臺(tái)、企業(yè)集控與管理中心三部分構(gòu)成?，F(xiàn)場(chǎng)終端包括主控器、線控器、無(wú)線數(shù)傳模塊。主控器實(shí)施對(duì)太陽(yáng)能熱水器的自動(dòng)控制，并通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊與區(qū)域集控與管理平臺(tái)建立通信鏈路，通過(guò)線控器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置與控制。區(qū)域集控與管理平臺(tái)由安裝有控制與管理軟件的計(jì)算機(jī)和無(wú)線數(shù)傳模塊組成，其主要任務(wù)包括：負(fù)責(zé)接收來(lái)自管轄區(qū)域各主控器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行協(xié)議解析、數(shù)據(jù)入庫(kù)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(guò)Internet或GSM／GPRS方式與企業(yè)集控與管理中心實(shí)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(jì)算機(jī)和必要顯示與打印設(shè)備構(gòu)成，該中心通過(guò)區(qū)域集控與管理平臺(tái)和主控器可對(duì)任意一臺(tái)太陽(yáng)能中央熱水器實(shí)施測(cè)控，查詢?nèi)我庖慌_(tái)熱水器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)熱與節(jié)能數(shù)據(jù)等。

2 現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)計(jì)
    現(xiàn)場(chǎng)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(kuò)展模塊、輸出控制模塊(包括對(duì)太陽(yáng)能產(chǎn)、供熱和輔助加熱三個(gè)子系統(tǒng)的控制)、通信模塊(包括線控器和無(wú)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(cè)的現(xiàn)場(chǎng)與系統(tǒng)的狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)，與存放在擴(kuò)展存儲(chǔ)器(E2PROM)中的預(yù)置數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)運(yùn)算，獲得相應(yīng)的控制邏輯，通過(guò)輸出控制模塊對(duì)太陽(yáng)能中央熱水器進(jìn)行
控制，實(shí)現(xiàn)定溫進(jìn)水、溫差循環(huán)、防凍保護(hù)、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(guò)通信模塊實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程操作和測(cè)控，為太陽(yáng)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(jì)
    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(kù)中的指令，接收、處理、存儲(chǔ)來(lái)自各主控器的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)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(jì)
    區(qū)域控制軟件采用．Net編寫，按照通信對(duì)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(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送、處理、存儲(chǔ)、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(tái)與所監(jiān)控區(qū)域內(nèi)所有太陽(yáng)能熱水器之間可采用RS 485和無(wú)線數(shù)傳兩種通信方式，可根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)條件選擇其一。對(duì)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(guò)自檢定時(shí)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(shí)該模塊對(duì)接收的指令數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，刪除指令表中錯(cuò)誤和超時(shí)的指令，同時(shí)對(duì)相同的指令進(jìn)行合并，以消除冗余信息。

    數(shù)據(jù)通信模塊向各個(gè)主控器發(fā)送的指令還包括查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、歷史報(bào)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、轉(zhuǎn)換等操作，最終執(zhí)行數(shù)據(jù)入庫(kù)，實(shí)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(tái)作為連接區(qū)域數(shù)據(jù)庫(kù)和企業(yè)管理中心數(shù)據(jù)庫(kù)的橋梁，通過(guò)Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)
    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(jì)，它是目前最流行的RIA(富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng))開(kāi)發(fā)技術(shù)之一，其優(yōu)點(diǎn)是客戶端可以進(jìn)行完整的數(shù)據(jù)處理，界面交互不依賴頁(yè)面，消息可通過(guò)異步請(qǐng)求傳遞，減少了用戶與系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(shí)際需求，基于Flex技術(shù)設(shè)計(jì)的頁(yè)面包括兩大功能：即實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)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(jìn)入Flex瀏覽界面，瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)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(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)化SQL語(yǔ)句，并交給數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并返回給Web服務(wù)器；Web服務(wù)器動(dòng)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(yè)面形式顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)可視化管理。
    此外通過(guò)Flex界面可添加國(guó)家、省、市等地域信息，添加太陽(yáng)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(shí)為了方便系統(tǒng)的管理，維護(hù)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(jì)
    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(jì)算機(jī)、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(tái)上采用Flex設(shè)計(jì)，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(tái)通過(guò)Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。它與區(qū)域集控與管理平臺(tái)的主要區(qū)別還體現(xiàn)在管理權(quán)限和數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)模上。

5 系統(tǒng)功能與特點(diǎn)
    本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的測(cè)試，各項(xiàng)功能和指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，除了實(shí)現(xiàn)常規(guī)太陽(yáng)能中央熱水器的控制功能以外，還具有如下特點(diǎn)：
    (1)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分散檢測(cè)、集中控制。每套太陽(yáng)能熱水器的主控器可通過(guò)RS 485總線或無(wú)線數(shù)傳模塊與區(qū)域集控與管理平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并通過(guò)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(chǎng)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(chǔ)水箱的組合和水管的連接方式等)，主控器能夠自適應(yīng)對(duì)不同配置的系統(tǒng)實(shí)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(dòng)生成直觀的顯示界面，圖7、圖8是通過(guò)Flex界面顯示實(shí)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(yǔ)
    本文提出面向集群應(yīng)用的太陽(yáng)能中央熱水器控制與管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，簡(jiǎn)要介紹現(xiàn)場(chǎng)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(jì)方法，介紹了系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(bào)警準(zhǔn)確無(wú)誤等特點(diǎn)。該系統(tǒng)已被福州眾望達(dá)太陽(yáng)能技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司確定為升級(jí)換代產(chǎn)品，目前已應(yīng)用于該公司的實(shí)際項(xiàng)目中。