燃氣熱水器信息采集與遠程監控系統設計與實現

王治國

摘 要：在燃氣熱水器信息采集與遠程監控系統中，采用高精度智能傳感器、數據采集卡、工業用計算機，完成數據的顯示、控制、分析、采集等工作。根據具體的設計目標，選擇整體方案，明確系統軟硬件設計，設計智能傳感器、數據采集卡、控制系統等硬件外圍電路，并完成相應的軟件設計與實現，進而滿足實際應用要求。

關鍵詞：燃氣熱水器;信息采集;遠程監控;設計與實現

前言：燃氣熱水器是一種常見的熱水器類型，燃料選擇了燃氣，燃燒行為，在燃燒室發生，將產生的熱量，用于加熱冷水。而燃氣熱水器在使用中具有一定的危險性，因此需要采取有效地保護措施。信息采集與遠程監控系統，是燃氣熱水器中重要的檢測系統，能夠在熱水器應用中實現自動的遠程監控和控制，以保障熱水器的使用安全，具有重要的意義和價值。

1 燃氣熱水器控制系統

在燃氣熱水器控制系統的設計當中，具有一定的設計要求，對溫度、水路壓力、氣路壓力、水路流量、燃氣流量等范圍要加以明確。同時滿足耐壓、安規、熱水、壓力、啟動、氣密、熄火等性能要求。檢測熱水器運行中氣密性，對熱水器排煙系統故障加以模擬，檢測工作性能。檢測系統構成方面，有3個傳感器負責測試燃氣、出水、進水溫度，電磁閥對管路通斷和工作狀態等加以控制，并且其它電磁閥發揮輔助作用。同時，還有很多相關的設備，如增壓缸、空氣壓縮機、燃氣流量設備、電磁式水流量計等。在系統當中，采用了工控機和采集卡，分別選擇IEIPC-600和PCI-1711L型號。采集卡連接傳感器，提取數據。對各個執行器件，通過數字I/O口，將控制信號發出。安規性能的綜合分析儀器，選用的型號是AN9640U，項計算機中，通過串口通信，傳入被測參數。調節水箱液位，使用的磁感應液位開關，和PLC控制方式配合控制。軟件方面，采用C++ Builder6.0版本開發平臺實現[1]。在高壓下，對熱水器管路耐壓測試，以壓力信號為測試項目，主要采集處理液體壓力、管路加壓等信號。根據國家標準，檢測熱水器安規項目，包括絕緣電阻或漏電流等，利用測試儀進行測試，并用計算機讀取檢測數據[2]。規定時間當中，對熱水器出熱水的量、溫度進行檢測，同時測試相關指標。主要采集處理相關的信號。對熱水器在運行當中，燃燒室中燃燒產生的二次壓力變化進行檢測，滿足熱水器設計標準，主要采集處理氣體壓力信號。如果供水不足，熱水器運行中，對水流變化加以檢測，滿足熱水器設計需求，對低壓水流量穩定提供，主要采集處理流量信號。

2 燃氣熱水器數據采集系統控制

數據卡的型號是PCI-1711L，具有強大的功能，該數據卡，具有多樣的功能，有交直流轉換器，采樣速率很高，單獨模擬量輸入，為16路，能夠實現輸入通道增益可編程。自動通道，增益掃描，有16路輸入輸出。編程方面，包括行使其和觸發器。此外，包括了接線端子板。該系統對單端模擬量用8路輸入，事件計數器1個，用于采集數據，完成相應工作。辦卡對光盤附帶，提供DLL驅動，位數是32為。通過對驅動程序的應用，編程人員能夠在多種變成換金中，利用相應接口編程控制硬件系統。在實際應用中，涉及到的功能及特點，主要是即插即用，對于計數器，在編程中，能在卡上完成，并且具有16路輸入輸出[3]。工控機，就是工業控制計算機，也叫做IPC，其與個人計算機的區別在于，進行了加固增強，使其工作環境得到拓展，能滿足工業需求，用于工業控制。針對工業環境中的種種特點，在工控機當中，采用了全鋼結構、雙風扇、專用底板、專門電源等，其防沖擊、防塵、仿瓷能力強，正壓對流排風，設置濾塵網，增加ISA、PCI插槽，過流保護能力、過壓保護能力、抗干擾能力強。所選工控機型號是IPC610，具有14槽，能夠對高溫、振動、沖擊等不良環境加以承受，對PCI、OSA底板能夠支持。配置的硬盤為3.5寸，軟驅也相同，同時選擇了冷卻風扇，帶有空氣過濾器，可切換電源。前面板可上鎖，保護設備安全。過濾冷卻風扇，能保證機箱內空氣循環流通，有驅動器托架、板卡固定條等，提高穩定性能[4]。

3 燃氣熱水器遠程監控系統設計實現

在系統遠程監控燃氣熱水器的過程中，界面通過圖形化的方式，將各個管路暢通性、水泵工作狀態、電磁閥打開狀態、熱水器燃燒狀態等加以體現。通過人機交互圖形界面，操作人員能夠直觀的感受整個系統，清楚明確的掌握熱水器燃燒狀態，為操作控制提供方便[5]。隨著編程技術的發展，在界面設計中，人機交互圖形化，逐漸成為主要的工控設備發展趨勢。基于此，顯示界面采用C++ Builder，以及Iocomp空間完成，能歐對不同的開發環境加以支持。數據采集模塊設計實現中，采集卡PCI-1711L，可以通過不同方法提取數據，包括DMA、中斷、軟件觸發等方式。其中，DMA方法復雜性較高，不過無需CPU參與，該方法在大量數據，有較高采集速度要求的情況下，應用比較合適。傳輸當中，運用的方法是DMA，對于DMA級別，應當明確指定。對控制板卡，對DMA控制寄存器操作，同時對Intel DMA控制器，也要操作，不過，這種方法，對內存，會造成影響。

在燃氣熱水器遠程監控系統中，結合了軟硬件，遠程監控系統的基礎是可靠準確的硬件設備，而對復雜功能的實現，需要上位機軟件加以實現。應用中斷方法，編寫ISR程序，并加以運用，對于內存變量，是預先完成定義的，對板卡中的數據，進行傳輸。完成A/D轉換，由EOC信號產生硬件中斷，ISR將數據傳輸完成，在運行中，需要對中斷級別加以設置。軟件觸發方式的精度能達到毫秒級，周期查詢寄存器，完成數據采集，實現方法簡單，但速度相對較慢，在低速數據采集中比較適用。遠程監控系統測試流程中，需要根據設定步驟執行。程序控制執行機構將測試熱水器鎖在測試臺上。如果測試結果未鎖定，則測試程序將結束，操作員將檢查原因。如果系統遠程監控到熱水器處于鎖定狀態，則通過掃描序列號的熱水器進行測試，確定熱水器被測試的類型根據不同的序列號，并以編號為唯一依據。讀取設置的數據參數。在后續的測試流程當中，將其作為判斷是否合格的依據。主要流程步驟包括臺架鎖定、控制電磁閥、掃描序列號、安規測試、耐壓測試、產品信息配置、小流量啟動、設置燃燒器最小壓力、設置燃燒器最大壓力、出水溫度的遠程監控等。

4 小結

燃氣熱水器的應用中，信息采集與遠程監控系統十分重要，對此，分析了其設計與實現，結合設計要求確定系統構成，分析數據采集與系統控制，包括工控機和數據采集卡等，然后對檢測系統軟件加以設計和實現，滿足燃氣熱水器的測試需求，保障使用安全。

參考文獻：

[1]何哲峰， 高世飛， 楊煥誠. 天然氣流量計檢測自動控制系統設計[J]. 內蒙古科技與經濟， 2015（21）：103-103.

[2]路燈杰， 黃恒慶， 楊釗，等. 一種裝有燃氣型熱水器浴室的安全防護系統[J]. 信息通信， 2016（4）：149-150.

[3]胡國霞， 瞿燕. 太陽能與燃氣熱水器聯合供熱水系統在村鎮中的應用[J]. 電力與能源， 2014， 35（5）：639-642.

[4]李輝， 嚴育才， 王玉勤，等. 一種新型節能燃氣熱水器循環系統的設計[J]. 時代農機， 2017（10）：131-131.

[5]劉志鵬， 朱耀麟. 空氣源熱水器恒溫控制器數據通信的系統設計[J]. 西安工程大學學報， 2015（1）：110-114.