王治国

摘 要：在燃气热水器信息采集与远程监控系统中，采用高精度智能传感器、数据采集卡、工业用计算机，完成数据的显示、控制、分析、采集等工作。根据具体的设计目标，选择整体方案，明确系统软硬件设计，设计智能传感器、数据采集卡、控制系统等硬件外围电路，并完成相应的软件设计与实现，进而满足实际应用要求。

关键词：燃气热水器;信息采集;远程监控;设计与实现

前言：燃气热水器是一种常见的热水器类型，燃料选择了燃气，燃烧行为，在燃烧室发生，将产生的热量，用于加热冷水。而燃气热水器在使用中具有一定的危险性，因此需要采取有效地保护措施。信息采集与远程监控系统，是燃气热水器中重要的检测系统，能够在热水器应用中实现自动的远程监控和控制，以保障热水器的使用安全，具有重要的意义和价值。

1 燃气热水器控制系统

在燃气热水器控制系统的设计当中，具有一定的设计要求，对温度、水路压力、气路压力、水路流量、燃气流量等范围要加以明确。同时满足耐压、安规、热水、压力、启动、气密、熄火等性能要求。检测热水器运行中气密性，对热水器排烟系统故障加以模拟，检测工作性能。检测系统构成方面，有3个传感器负责测试燃气、出水、进水温度，电磁阀对管路通断和工作状态等加以控制，并且其它电磁阀发挥辅助作用。同时，还有很多相关的设备，如增压缸、空气压缩机、燃气流量设备、电磁式水流量计等。在系统当中，采用了工控机和采集卡，分别选择IEIPC-600和PCI-1711L型号。采集卡连接传感器，提取数据。对各个执行器件，通过数字I/O口，将控制信号发出。安规性能的综合分析仪器，选用的型号是AN9640U，项计算机中，通过串口通信，传入被测参数。调节水箱液位，使用的磁感应液位开关，和PLC控制方式配合控制。软件方面，采用C++ Builder6.0版本开发平台实现[1]。在高压下，对热水器管路耐压测试，以压力信号为测试项目，主要采集处理液体压力、管路加压等信号。根据国家标准，检测热水器安规项目，包括绝缘电阻或漏电流等，利用测试仪进行测试，并用计算机读取检测数据[2]。规定时间当中，对热水器出热水的量、温度进行检测，同时测试相关指标。主要采集处理相关的信号。对热水器在运行当中，燃烧室中燃烧产生的二次压力变化进行检测，满足热水器设计标准，主要采集处理气体压力信号。如果供水不足，热水器运行中，对水流变化加以检测，满足热水器设计需求，对低压水流量稳定提供，主要采集处理流量信号。

2 燃气热水器数据采集系统控制

数据卡的型号是PCI-1711L，具有强大的功能，该数据卡，具有多样的功能，有交直流转换器，采样速率很高，单独模拟量输入，为16路，能够实现输入通道增益可编程。自动通道，增益扫描，有16路输入输出。编程方面，包括行使其和触发器。此外，包括了接线端子板。该系统对单端模拟量用8路输入，事件计数器1个，用于采集数据，完成相应工作。办卡对光盘附带，提供DLL驱动，位数是32为。通过对驱动程序的应用，编程人员能够在多种变成换金中，利用相应接口编程控制硬件系统。在实际应用中，涉及到的功能及特点，主要是即插即用，对于计数器，在编程中，能在卡上完成，并且具有16路输入输出[3]。工控机，就是工业控制计算机，也叫做IPC，其与个人计算机的区别在于，进行了加固增强，使其工作环境得到拓展，能满足工业需求，用于工业控制。针对工业环境中的种种特点，在工控机当中，采用了全钢结构、双风扇、专用底板、专门电源等，其防冲击、防尘、仿瓷能力强，正压对流排风，设置滤尘网，增加ISA、PCI插槽，过流保护能力、过压保护能力、抗干扰能力强。所选工控机型号是IPC610，具有14槽，能够对高温、振动、冲击等不良环境加以承受，对PCI、OSA底板能够支持。配置的硬盘为3.5寸，软驱也相同，同时选择了冷却风扇，带有空气过滤器，可切换电源。前面板可上锁，保护设备安全。过滤冷却风扇，能保证机箱内空气循环流通，有驱动器托架、板卡固定条等，提高稳定性能[4]。

3 燃气热水器远程监控系统设计实现

在系统远程监控燃气热水器的过程中，界面通过图形化的方式，将各个管路畅通性、水泵工作状态、电磁阀打开状态、热水器燃烧状态等加以体现。通过人机交互图形界面，操作人员能够直观的感受整个系统，清楚明确的掌握热水器燃烧状态，为操作控制提供方便[5]。随着编程技术的发展，在界面设计中，人机交互图形化，逐渐成为主要的工控设备发展趋势。基于此，显示界面采用C++ Builder，以及Iocomp空间完成，能欧对不同的开发环境加以支持。数据采集模块设计实现中，采集卡PCI-1711L，可以通过不同方法提取数据，包括DMA、中断、软件触发等方式。其中，DMA方法复杂性较高，不过无需CPU参与，该方法在大量数据，有较高采集速度要求的情况下，应用比较合适。传输当中，运用的方法是DMA，对于DMA级别，应当明确指定。对控制板卡，对DMA控制寄存器操作，同时对Intel DMA控制器，也要操作，不过，这种方法，对内存，会造成影响。

在燃气热水器远程监控系统中，结合了软硬件，远程监控系统的基础是可靠准确的硬件设备，而对复杂功能的实现，需要上位机软件加以实现。应用中断方法，编写ISR程序，并加以运用，对于内存变量，是预先完成定义的，对板卡中的数据，进行传输。完成A/D转换，由EOC信号产生硬件中断，ISR将数据传输完成，在运行中，需要对中断级别加以设置。软件触发方式的精度能达到毫秒级，周期查询寄存器，完成数据采集，实现方法简单，但速度相对较慢，在低速数据采集中比较适用。远程监控系统测试流程中，需要根据设定步骤执行。程序控制执行机构将测试热水器锁在测试台上。如果测试结果未锁定，则测试程序将结束，操作员将检查原因。如果系统远程监控到热水器处于锁定状态，则通过扫描序列号的热水器进行测试，确定热水器被测试的类型根据不同的序列号，并以编号为唯一依据。读取设置的数据参数。在后续的测试流程当中，将其作为判断是否合格的依据。主要流程步骤包括台架锁定、控制电磁阀、扫描序列号、安规测试、耐压测试、产品信息配置、小流量启动、设置燃烧器最小压力、设置燃烧器最大压力、出水温度的远程监控等。

4 小结

燃气热水器的应用中，信息采集与远程监控系统十分重要，对此，分析了其设计与实现，结合设计要求确定系统构成，分析数据采集与系统控制，包括工控机和数据采集卡等，然后对检测系统软件加以设计和实现，满足燃气热水器的测试需求，保障使用安全。

參考文献：

[1]何哲峰， 高世飞， 杨焕诚. 天然气流量计检测自动控制系统设计[J]. 内蒙古科技与经济， 2015（21）：103-103.

[2]路燈杰， 黄恒庆， 杨钊，等. 一种装有燃气型热水器浴室的安全防护系统[J]. 信息通信， 2016（4）：149-150.

[3]胡国霞， 瞿燕. 太阳能与燃气热水器联合供热水系统在村镇中的应用[J]. 电力与能源， 2014， 35（5）：639-642.

[4]李辉， 严育才， 王玉勤，等. 一种新型节能燃气热水器循环系统的设计[J]. 时代农机， 2017（10）：131-131.

[5]刘志鹏， 朱耀麟. 空气源热水器恒温控制器数据通信的系统设计[J]. 西安工程大学学报， 2015（1）：110-114.