CN102568105A

CN102568105A - 基于ic卡管理的污水排放总量控制器

Info

Publication number: CN102568105A
Application number: CN2011104463795A
Authority: CN
Inventors: 姚燕; 演鑫; 蔡晋辉; 周其冰; 张光新; 李立新
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器。包括ARM9主控板、PLC主模块、非接触式IC卡读写器模块、无线传输终端模块、IO扩展模块、串口扩展模块、触摸屏模块、UPS电源模块、声光报警模块和文本显示器模块；其中，ARM9主控板分别与PLC主模块、非接触式IC卡读写器模块、无线传输终端模块、串口扩展模块和触摸屏模块相连，PLC主模块分别与IO扩展模块、声光报警模块和文本显示器模块相连，UPS电源模块给各个模块供电。本发明帮助环保部门解决排污收费难，排污额度分配不均，排污权交易等一些棘手问题，是实现污染物排放总量控制的有效手段，实施排污许可证制度的技术支撑，适合应用于数字环保的项目中。

Description

基于IC卡管理的污水排放总量控制器

技术领域

本发明涉及污水排放总量控制器，尤其是涉及一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器。

背景技术

目前，在污水排放监控领域，虽然已经具备排污点现场监控设备网络互联，监控数据可以通过无线或有线途径实时地传输给管理中心，管理中心可以对异情况进行实时监控报警和阀门控制的功能，但是排污收费现象混乱，收费不公正，不方便，排污收费难以控制，排污额度分配不均匀等，仍然是污水监控领域在环保部门这个操作层面上的一大问题。

发明内容

为了解决背景中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，使得排污收费更公正、便捷，实现排污收费控制。在发现企业非正常排放时，监控中心可远程关闭排放口阀门，实时采样，做到监督和控制相结合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括ARM9主控板、PLC主模块、非接触式IC卡读写器模块、无线传输终端模块、IO扩展模块、串口扩展模块、触摸屏模块、UPS电源模块、声光报警模块和文本显示器模块；其中，ARM9主控板分别与PLC主模块、非接触式IC卡读写器模块、无线传输终端模块、串口扩展模块和触摸屏模块相连，PLC主模块分别与IO扩展模块、声光报警模块和文本显示器模块相连，UPS电源模块给各个模块供电。

所述的ARM9主控板采用的是成都英创EM9161工控板，它由工控主板和工控底板两部分组成；其中，PLC主模块通过RS485接口与工控底板相连；非接触式IC卡读写器模块通过RS232接口与工控底板相连；无线传输终端模块通过RS232接口与工控底板相连；串口扩展模块分别通过10芯双排插座、USBA形插座、20芯双排插座与工控底板相连；触摸屏模块通过40芯异侧扁平带线与工控主板的40芯 ZIF 插座相连。

所述的非接触式IC卡读写器模块，采用的是杭州汇盛D8PS非接触式IC卡读写器，通过RS232接口与ARM9主控板中的工控底板相连。

所述的无线传输终端模块，采用的是深圳宏电H7710 GPRS DTU，该模块通过RS232串口与ARM9主控板中的工控底板相连。

所述的串口扩展模块，包含TTL电平转RS232电平模块，通过10芯双排插座与ARM9主控板中的工控底板相连；USB转双RS232串口模块，通过USBA形插座与ARM9主控板中的工控底板相连；4路9线制TTL串口扩展模块，通过20芯双排插座与ARM9主控板中的工控底板相连；

所述的触摸屏模块，采用的是640×480 TFT LCD，型号为AT0705N83，通过40芯异侧扁平带线与ARM9主控板中的工控主板的40芯 ZIF 插座相连。

所述的PLC主模块，采用的是台达DVP-12SC，通过RS485接口与ARM9主控板中的工控底板相连。

所述的IO扩展模块，包含2个台达模拟量输入输出模块DVP-06XA；1个开关量输出模块DVP-08SN；2个开关量输入模块DVP-32SM。各扩展模块通过扩展插槽和排线彼此相连，最终通过DVP-06XA与PLC主模块相连。

所述的文本显示器模块，采用的是台达TP04G-AL-C，通过RS232串口与PLC主模块相连。

所述的声光报警模块，通过双芯电线与PLC主模块的数字量输出接口相连。

所述的UPS电源模块，包括市电入口、UPS不间断电源、市电断电检测、4个3孔型接线板以及24V开关电源；其中4个3孔型接线板以及24V开关电源给所有模块供电。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：

1. 控制器自动化程度高。

2. IC卡的介入帮助环保部门解决了排污收费，排污额度分配等一些棘手问题。

3. 控制器具备智能性，通过IC卡中的剩余额度自动控制排污阀门的开关以及向数据中心发出警报。

4. 控制器是实现污染物排放总量控制的有效手段，也是实施排污许可证制度和开展排污权交易的重要技术支撑。

本发明特别适合应用在环保部门数字环保的项目中。

附图说明

图1是本发明的总体框图。

图2是ARM9主控板中工控主板示意图。

图3是ARM9主控板中工控底板示意图。

图4是IO扩展模块示意图。

图5是串口扩展模块示意图。

图6是电源模块示意图。

图中：1、ARM9主控板，2、PLC主模块，3、非接触式IC卡读写器模块，4、无线传输终端模块，5、IO扩展模块，6、串口扩展模块，7、触摸屏模块，8、UPS电源模块，9、声光报警模块，10、工控主板，11、工控底板，12、ARM9主控芯片ATMEL AM9261S ，13、SDRAM芯片HY57V561620，14、MicroSD插槽，15、标准 0.1英寸间距 IDC36 针双列直插管脚，16、标准 0.1英寸间距 IDC36 针双列直插管脚，17、40芯 ZIF 插座，18、ZIF40插座，19、2芯HT508插座，20、4芯HT508插座，21、RJ45接口，22、USB A型插座，23、USB D型插座，24、DB15（阴性）接口，25、DB9（阳性）接口，26、16芯双排插座，27、20芯双排插座，28、20芯双排插座，29、20芯双排插座，30、10芯双排插座，31、工控主板底座，32、NANDFLASH芯片Samsung K9F5608U0D ，33、3芯SIP插座，34、36芯IDC插座，35、36芯IDC插座，36、USB转双串口模块，37、TTL转RS232电平模块，38、4路9线制TTL串口扩展模块，39、TTL转RS485电平模块，40、市电入口，41、UPS不间断电源，42、接线板4个3孔型，43、市电断电检测，44、24V开关电源。45.46、台达模拟量输入输出模块DVP-06XA，47、台达开关量输出模块DVP-08SN，48，49、台达开关量输入模块DVP-32SM，50、TTL转RS232电平模块，51、文本显示器模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1所示，本发明涉及一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，包括ARM9主控板1、PLC主模块2、非接触式IC卡读写器模块3、无线传输终端模块4、IO扩展模块5、串口扩展模块6、触摸屏模块7、UPS电源模块8、声光报警模块9和文本显示器模块51；其中，ARM9主控板1分别与PLC主模块2、非接触式IC卡读写器模块3、无线传输终端模块4、串口扩展模块6和触摸屏模块7相连，PLC主模块2分别与IO扩展模块5、声光报警模块9和文本显示器模块51相连，UPS电源模块8给各个模块供电。

参见图2、图3、图5所示，所述的ARM9主控板1采用的是成都英创EM9161工控板，它由工控主板10和工控底板11两部分组成；其中，PLC主模块2通过RS485接口19与ARM9主控板1中的工控底板11相连；非接触式IC卡读写器模块3通过RS232接口25与ARM9主控板1中的工控底板11相连；无线传输终端模块4通过RS232接口50与ARM9主控板1中的工控底板11相连；串口扩展模块6分别通过10芯双排插座30、USBA形插座22、20芯双排插座27与ARM9主控板1中的工控底板11相连；触摸屏模块7通过40芯异侧扁平带线与ARM9主控板1中的工控主板10的40芯 ZIF 插座17相连。

ARM9主控板1包括工控主板10和工控底板11；其中工控主板10主要包括：ARM9主控芯片ATMEL AM9261S 12、NANDFLASH芯片Samsung K9F5608U0D 32，SDRAM芯片HY57V561620 13、MicroSD插槽14，2 组标准 0.1英寸间距 IDC36 针双列直插管脚15、16，通过15和16与工控底板11连接在一起；17为 40芯 ZIF 插座，主要引出彩色 LCD 及触摸屏的相关信号，实际应用中通过 40芯的扁平软带线与 LCD 相连。工控底板11主要包括：ZIF40插座18，LCD的TTL接口，通过40芯异侧扁平带线与工控主板10的40芯 ZIF 插座17相连；2芯HT508插座19，是COM5的RS485接口或CAN接口；4芯HT508插座20，含2组RS485接口，分别对应COM2和COM4；RJ45接口21，是以太网接口，也是系统的调试网口；USB A型插座22，是系统的2个USB主控接口；USB D型插座23，属于USB设备接口；DB15（阴性）接口24，属于标准VGA接口；DB9（阳性）接口25，对应COM3，3线RS232C电平；16芯双排插座26，DOUT/DIN，可作为矩阵键盘接口（4×4）；20芯双排插座27，精简ISA总线，用于扩展用户专用外围电路；3芯SIP插座33，+5V电源输入接口；20芯双排插座28，LCD的LVDS接口；20芯双排插座29，16位GPIO接口；10芯双排插座30，对应于COM2（TTL电平）；工控主板底座31，包含两个36芯IDC插座34、35。工控主板10通过2个标准 0.1英寸间距 IDC36 针双列直插管脚15、16，插入工控底板11的2个36芯IDC插座34、35，构成ARM9主控板1；PLC主模块2通过485总线与工控底板11的2芯HT508插座19相连，2芯HT508插座19是工控底板11的RS485接口或CAN接口，对应的端口号是COM5；

参见图1、图5所示，非接触式IC卡读写器模块3，采用了杭州汇盛D8PS非接触式IC卡读写器，IC卡使用的是Philips M1卡，容量为1M，IC卡内主要存储不低于30条的充值记录，充值记录主要包含充值时间、充值卡的卡号以及充值的额度，企业可以在环保中心充值后，到现场控制器上进行刷卡充值，IC卡存储的排污剩余额具备排污权交易功能。非接触式IC卡读写器模块3通过RS232串口与工控底板11上的DB9（阳性）接口25相连，彼此进行数据传输。

参见图1、图5所示，无线传输终端模块4，采用了深圳宏电H7710 GPRS DTU，该模块通过RS232串口50与工控底板11相连，彼此进行数据传输。ARM9主控板1处理的数据通过串口传给无线传输终端模块4，该模块自动将数据打包，组帧等，通过天线将数据发送到远程数据中心；数据中心发送来的数据先经过无线传输终端模块4解析，再通过RS232串口发送给ARM9主控板1。

参见图1、图5所示，串口扩展模块6在ARM9主控板1的基础上又扩展了2路RS232串口，4路RS485串口, 1路TTL串口转RS232串口。2路RS232串口的扩展过程为：在ARM9主控板1的USB A型插座22中的一个USB接口接入一个USB转双串口模块36，转出的串口属于TTL电平，再经过TTL转RS232电平模块37得到2路RS232串口；4路RS485串口的扩展过程为：在ARM9主控板1的20芯双排插座27，精简ISA总线插座，接入一个4路9线制TTL串口扩展模块38，再经过TTL转RS485电平模块39得到4路RS485串口；1个10芯双排插座30，引出9线制RS232串口TTL电平，经过TTL转RS232电平模块50，得到1路RS232串口。

参见图1、图2、图3所示，7寸触摸屏AT0705N83则通过40芯的扁平软带线与工控底板11的ZIF40插座18相连，工控底板11上的ZIF40插座18再通过40芯的扁平软带线与工控主板10上的40芯 ZIF 插座17相连，从而与ARM9主控芯片12上的彩色 LCD 及触摸屏的相关信号连接起来，用于显示ARM9主控板1处理的实时数据与污水流量监控状态。

参见图1、图3所示，PLC主模块采用台达DVP-12SC主模块2，包含4路继电器输入信号，8路开关量输入信号，2路485总线差分信号，485信号通过RS485接口19与工控底板11相连。

参见图4所示，IO扩展模块5包含2个台达PLC的模拟量输入输出模块DVP-06XA 45、46，构成8路模拟量输入，4路模拟量输出；1个开关量输出模块DVP-08SN 47，构成8路开关量输出；2个开关量输入模块DVP-32SM 48、49，构成32路开关量输入。各扩展模块通过扩展插槽和排线彼此相连，最终与PLC主模块2相连。

参见图1所示，文本显示器模块51，采用的是台达TP04G-AL-C，通过RS232串口与PLC主模块2相连，用于实时显示PLC采集的数据。

参见图1所示，声光报警模块9，其输入信号通过普通电缆线与继电器相连，然后再连接到PLC主模块2上的相关开关量输出引脚上。其具备污水流量预超标报警，现场机柜防盗报警等功能；总量控制器和电动阀门工作不正常时（例如掉电等）具有远程向中心平台报警功能，电磁阀关闭时具有户外声光报警功能。

参见图1，图6所示，UPS电源模块8，属于控制器自备电源，在运行中如遇停电，自备电源立即启动，维持系统正常继续运行，保全已采集的数据信息。备用电源可持续24小时以上，市电断电、恢复会及时将信息上传通知中心。电源模块包括市电入口40、UPS不间断电源41、市电断电检测43、接线板4个3孔型42、24V开关电源44。市电入口40首先与UPS不间断电源41相连，两者间加入市电断电检测模块43，便于对市电供电情况进行监测，UPS不间断电源41又引出两路电路，一方面与带有4个3孔型的接线板42相连，可以为设备如ARM9主控板1, 无线传输终端模块4等供电，另一方面与24V开关电源44相连，给PLC主模块2，IO扩展模块5等供电。

实施例：

1、设备上电初始化，ARM9主控板1通过无线传输终端模块4向数据中心发送注册数据，数据中心接受后控制器则与数据中心之间就建立连接。

2、污水流量等模拟量数据通过IO扩展模块5采集上来，并发送给PLC主模块2，ARM9主控板1再从PLC主模块2读取这些数据，并通过显示模块7实时显示，同时对其进行初步的统计计算，并通过无线传输终端模块4实时地向数据中心发送数据。

3、IC卡充值过程如下：企业从环保部门通过缴费的方式购买不超过最大允许排放量的排放额度存储在IC卡中，然后企业将IC卡在非接触式IC卡读写器模块3上刷一下，非接触式IC卡读写器3即可读取IC卡中购买的排放额度，再通过RS232串口发送给ARM9主控板中，对ARM9主控板中的数据进行更新。

4、当实际污水排放量接近ARM9主控板1中存储的购买的污水排放额度时，ARM9主控板1则向PLC主模块2发送报警信号，PLC主模块2再通过解析报警信号将报警动作发送给IO扩展模块5相应的开关量端口，从而通过继电器驱动声光报警电路9发出报警，提醒企业充值。

5、当实际污水排放量到达甚至超过规定冗余额度时，声光报警动作依照4的过程动作的同时，ARM9主控板1发出关阀信号，关阀信号通过PLC主模块2、IO扩展模块5，转换成相应的模拟量信号驱动电动阀门关闭；企业通过IC卡购买排放额度在控制器上充值后，ARM9主控板1则发出开阀信号，开阀信号通过PLC主模块2、IO扩展模块5，转换成相应的模拟量信号驱动电动阀门开放。

6、如果企业已经使用完环保部门每月/季/年分配相应的排放额度，则排放阀门一直处于关闭状态，如果有特殊情况需要手动开关阀门，则可以要求控制器最高权限使用者（一般为环保部门人员），通过设置ARM9主控板1上的相关设置信息，将开关阀模式换为手动模式，则控制器放弃电动阀门的控制权。

Claims

1.一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，其特征在于：包括ARM9主控板（1）、PLC主模块（2）、非接触式IC卡读写器模块（3）、无线传输终端模块（4）、IO扩展模块（5）、串口扩展模块（6）、触摸屏模块（7）、UPS电源模块（8）、声光报警模块（9）和文本显示器模块（51）；其中，ARM9主控板（1）分别与PLC主模块（2）、非接触式IC卡读写器模块（3）、无线传输终端模块（4）、串口扩展模块（6）和触摸屏模块（7）相连，PLC主模块（2）分别与IO扩展模块（5）、声光报警模块（9）和文本显示器模块（51）相连，UPS电源模块（8）给各个模块供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，其特征在于：所述的ARM9主控板（1）采用的是成都英创EM9161工控板，它由工控主板（10）和工控底板（11）两部分组成；其中，PLC主模块（2）通过RS485接口（19）与工控底板（11）相连；非接触式IC卡读写器模块（3）通过RS232接口（25）与工控底板（11）相连；无线传输终端模块（4）通过RS232接口（50）与工控底板（11）相连；串口扩展模块（6）分别通过10芯双排插座（30）、USBA形插座（22）、20芯双排插座（27）与工控底板（11）相连；触摸屏模块（7）通过40芯异侧扁平带线与工控主板（10）的40芯 ZIF 插座（17）相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，其特征在于：所述的非接触式IC卡读写器模块（3），采用的是杭州汇盛D8PS非接触式IC卡读写器，通过RS232接口（25）与ARM9主控板（1）中的工控底板（11）相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，其特征在于：所述的无线传输终端模块（4），采用的是深圳宏电H7710 GPRS DTU，该模块通过RS232串口（50）与ARM9主控板（1）中的工控底板（11）相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，其特征在于：所述的串口扩展模块（6），包含TTL电平转RS232电平模块（50），通过10芯双排插座（30）与ARM9主控板（1）中的工控底板（11）相连；USB转双RS232串口模块（36），通过USBA形插座（22）与ARM9主控板（1）中的工控底板（11）相连；4路9线制TTL串口扩展模块（38），通过20芯双排插座（27）与ARM9主控板（1）中的工控底板（11）相连。

6.根据权利要求1所述的一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，其特征在于：所述的触摸屏模块（7），采用的是640×480 TFT LCD，型号为AT0705N83，通过40芯异侧扁平带线与ARM9主控板（1）中的工控主板（10）的40芯 ZIF 插座（17）相连。

7.根据权利要求1所述的一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，其特征在于：所述的PLC主模块（2），采用的是台达DVP-12SC，通过RS485接口（19）与ARM9主控板（1）中的工控底板（11）相连。

8.根据权利要求1所述的一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，其特征在于：所述的IO扩展模块（5），包含2个台达模拟量输入输出模块DVP-06XA（45、46）；1个开关量输出模块DVP-08SN（47）；2个开关量输入模块DVP-32SM（48、49），各扩展模块通过扩展插槽和排线彼此相连，最终通过DVP-06XA（45）与PLC主模块（2）相连。

9.根据权利要求1所述的一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，其特征在于：所述的文本显示器模块（51），采用的是台达TP04G-AL-C，通过RS232串口与PLC主模块（2）相连。

10.根据权利要求1所述的一种基于IC卡管理的污水排放总量控制器，其特征在于：所述的声光报警模块（9），通过双芯电线与PLC主模块（2）的数字量输出接口相连；所述的UPS电源模块（8），包括市电入口（40）、UPS不间断电源（41）、市电断电检测（43）、4个3孔型接线板（42）以及24V开关电源（44）；其中4个3孔型接线板（42）以及24V开关电源（44）给所有模块供电。