控創(chuàng)平板電腦用Awite開(kāi)源軟件控制沼氣工程
開(kāi)源自動(dòng)化：注重長(zhǎng)期可用性和不斷改進(jìn)

　　為了使沼氣工程的順利運(yùn)作并取得經(jīng)濟(jì)效益，具長(zhǎng)期可用性的堅(jiān)固耐用組件是必不可少的要素。此外，如果組件可以在運(yùn)作過(guò)程中優(yōu)化，那更是十分理想。軟件在這里也起著決定性的作用，Awite Bioenergie有限公司依靠控創(chuàng)自動(dòng)化電腦上使用的開(kāi)源軟件。之所以決定使用控創(chuàng)的產(chǎn)品，是因?yàn)槠溆布С智度胧絃inux，具有Linux支持以及優(yōu)秀的載板支持包。

　　據(jù)2008年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，德國(guó)大約有4000個(gè)沼氣池，可生產(chǎn)11億千瓦時(shí)左右的電力，足夠300萬(wàn)個(gè)家庭使用。用來(lái)產(chǎn)生電力的沼氣可以從幾乎所有類(lèi)型的農(nóng)作物和有機(jī)廢物中獲得，大多數(shù)廠(chǎng)房靠近農(nóng)場(chǎng)和耕地，最大限度地降低運(yùn)輸成本。Awite Bioenergie有限公司是一家專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化沼氣工程的公司。Awite的客戶(hù)都是沼氣工程的制造商和運(yùn)營(yíng)商。具有成本效益的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及高水平的效率、系統(tǒng)穩(wěn)定和自動(dòng)化，對(duì)Awite來(lái)說(shuō)是最為重要的。除了基質(zhì)的運(yùn)輸和生產(chǎn)以及日常維護(hù)工作必須進(jìn)行外，只要使用一個(gè)在操作過(guò)程中用模糊邏輯控制流程的可選專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)，沼氣工程就可以完全自動(dòng)化，甚至自我優(yōu)化。為了提高效率，甚至提高現(xiàn)有工程的效率，沼氣工程的電力和天然氣生產(chǎn)技術(shù)不斷創(chuàng)新，新的流程優(yōu)化會(huì)常年發(fā)生。在這一方面，每個(gè)沼氣工程可與賽車(chē)相比擬。賽車(chē)會(huì)不斷地調(diào)整和優(yōu)化，電機(jī)控制不斷改善，以實(shí)現(xiàn)最佳的結(jié)果。Awite還需要應(yīng)對(duì)在操作過(guò)程中提供正確的專(zhuān)業(yè)技術(shù)的挑戰(zhàn)。

圖1：在德國(guó)，Schweinspoint像這樣的沼氣工程2008年生產(chǎn)約11億千瓦時(shí)的電力——足夠供應(yīng)約3萬(wàn)個(gè)家庭。

開(kāi)源和Linux

　　高效率的要求和對(duì)不斷創(chuàng)新發(fā)展的需要為開(kāi)放式基于電腦的控制以及記錄源代碼且可以免費(fèi)提供的開(kāi)源軟件提供了一種理想的氣候。開(kāi)源背后的基本思想是，一個(gè)大型社區(qū)與其他用戶(hù)（包括軟件開(kāi)發(fā)人員）永久合作開(kāi)發(fā)軟件，可以從任何發(fā)展中獲得利潤(rùn)。這樣，可以用較低的成本和較短的開(kāi)發(fā)時(shí)間有效地利用各種可用的知識(shí)和潛力。個(gè)人可以對(duì)軟件進(jìn)行快速調(diào)整，無(wú)需依賴(lài)任何許可方。具體而言，這意味著Awite的客戶(hù)得到了真正的貨幣效益，以及更高的總系統(tǒng)效率。除此之外，Awite驗(yàn)證過(guò)的任何進(jìn)一步發(fā)展都可以立刻供所有沼氣工程運(yùn)營(yíng)商使用。而且，因?yàn)樗械母膭?dòng)必須記錄下來(lái)，且Awite僅使用驗(yàn)證過(guò)的源代碼和二進(jìn)制文件，因此bug的風(fēng)險(xiǎn)絕對(duì)是最小的。有了這樣的效率和開(kāi)源理念，自動(dòng)化電腦應(yīng)在開(kāi)源操作系統(tǒng)下運(yùn)行——在本文中是嵌入式Linux。Awite信賴(lài)嵌入式Linux不僅在于它節(jié)約成本方面和許可免費(fèi)實(shí)施，還有其他原因：為了使自動(dòng)化計(jì)算機(jī)達(dá)到更高水平的可靠性和免維護(hù)操作，它規(guī)定使用CF模塊（它的存儲(chǔ)容易盡可能小，因此價(jià)格低廉）代替硬盤(pán)。專(zhuān)門(mén)為這種硬件編譯了Linux內(nèi)核，不需要圖形界面，所以操作系統(tǒng)（包括所有應(yīng)用程序）極其緊湊，內(nèi)存容量不超過(guò)64MB。

　　此外，開(kāi)源體系結(jié)構(gòu)和一個(gè)大型開(kāi)發(fā)人員社區(qū)是長(zhǎng)期驅(qū)動(dòng)支持的保證，這樣萬(wàn)一將來(lái)有任何軟件升級(jí)，多年來(lái)安裝的硬件基礎(chǔ)也絕對(duì)經(jīng)得起未來(lái)的考驗(yàn)。沼氣工程設(shè)計(jì)為運(yùn)行20年或更長(zhǎng)的時(shí)間是一個(gè)重要因素。甚至當(dāng)運(yùn)行其他軟件時(shí)，Linux和開(kāi)源也提供了更多優(yōu)勢(shì)：例如，不需要許可費(fèi)用，即可通過(guò)ISDN運(yùn)行應(yīng)用程序Voice-Call。Awite的系統(tǒng)解決方案為客戶(hù)節(jié)省幾百歐元的軟件費(fèi)用。解決方案的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是哪個(gè)方案是基于許可的。

使用嵌入式Linux基于x86的平板電腦

　　Awite選擇可清晰地進(jìn)行本地可視化顯示所對(duì)應(yīng)的屏幕尺寸的平板電腦作為自動(dòng)化電腦時(shí)，有兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)：支持嵌入式Linux和較低的購(gòu)買(mǎi)價(jià)格。通常還需要滿(mǎn)足進(jìn)一步要求：比如抗熱(0-40℃)和抗機(jī)械沖擊能力，前端有足夠的IP保護(hù)，以及良好的電磁兼容性——根據(jù)工程的類(lèi)型，因?yàn)轭l率轉(zhuǎn)換器可能是集成在控制柜中的大量干擾的來(lái)源。控創(chuàng)是提供充分Linux支持的基于x86的平板電腦的少數(shù)幾家公司之一。Awite為其第一個(gè)平臺(tái)選擇一款控創(chuàng)平板電腦：Intel Celeron 650處理器，15’’屏幕尺寸，以及在一個(gè)128MB的緊湊閃存上裝有嵌入式Linux作為強(qiáng)勁的存儲(chǔ)介質(zhì)。在其最近的工程里，Awite使用最新的后繼版本控創(chuàng)V平板Express 150，1.5GHz的Intel Celeron處理器，1GB的RAM和1GB的CF卡，其中（以及板級(jí)支持包）控創(chuàng)還為已經(jīng)改編和編譯的eLinux提供運(yùn)行時(shí)圖像?？貏?chuàng)的客戶(hù)由于減少了開(kāi)發(fā)所需的時(shí)間和精力，以及降低了總擁有成本(TCO)，從而獲得了利潤(rùn)。目前，Awite還在評(píng)估流行的OpenSuse Linux發(fā)行版的簡(jiǎn)化版本和控創(chuàng)V平板Express的Ubuntu Linux。至少95%的各種控制任務(wù)都在控創(chuàng)平板電腦上運(yùn)行，它們還起到流程可視化服務(wù)器的作用。各種傳感器和執(zhí)行器，例如，生物反應(yīng)器中混合物的填充水平指示器，氣體和溫度傳感器及發(fā)動(dòng)機(jī)控制，是通過(guò)總線(xiàn)控制器連接到控制柜中的WAGO夾具，以及通過(guò)Modbus-TCP連接到平板電腦。在總線(xiàn)控制器上（取決于具體工程類(lèi)型）只運(yùn)行硬實(shí)時(shí)請(qǐng)求，因?yàn)橹恍枰\(yùn)行它們。工程和過(guò)程控制由開(kāi)源軟件AWIControl進(jìn)行，它是Awite用C++寫(xiě)的，而且在不斷地發(fā)展，以便提高沼氣工程的盈利能力。

圖2：控創(chuàng)平板電腦至少執(zhí)行95%的控制任務(wù)，同時(shí)起流程可視化服務(wù)器的作用。

　　“對(duì)我們來(lái)說(shuō)，選擇自動(dòng)化計(jì)算機(jī)最重要的標(biāo)準(zhǔn)是完全支持Linux，以及應(yīng)用開(kāi)源軟件的可能性。當(dāng)時(shí)，控創(chuàng)平板電腦是以有吸引力的價(jià)格提供這種廣泛支持的少數(shù)幾個(gè)系統(tǒng)之一。”Awite有限公司總經(jīng)理Ernst Murnleitner博士解釋道。“后繼機(jī)型控創(chuàng)V平板Express現(xiàn)在還提供了集成遠(yuǎn)程維護(hù)的可能性，包括防火墻和通過(guò)自動(dòng)化計(jì)算機(jī)上的ISDN實(shí)現(xiàn)Voicecall。此外，使用ThinkIO，控創(chuàng)還在包括這種支持的投資組合中提供了進(jìn)一步的系統(tǒng)。對(duì)于僅使用遠(yuǎn)程維護(hù)和操作的客戶(hù)，這種系統(tǒng)配置是理想選擇，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)不再需要面板，使我們的自動(dòng)化解決方案的設(shè)計(jì)更加緊湊和更有效率。”

圖4在操作過(guò)程中用模糊邏輯控制流程的可選專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)

開(kāi)源解決方案的詳細(xì)視圖

　　使用AwiControl可以訪(fǎng)問(wèn)所有沼氣工程參數(shù)。此外，在沼氣生產(chǎn)過(guò)程中，一個(gè)可選的模糊邏輯系統(tǒng)不斷評(píng)估不同的參數(shù)，即PH值、氣體成份和進(jìn)度表，并在運(yùn)營(yíng)商指定的范圍內(nèi)進(jìn)行自我優(yōu)化。為了提高效率和節(jié)省時(shí)間，系統(tǒng)具備通過(guò)ISDN和/或DSL遠(yuǎn)程維護(hù)和操作的能力，這意味著操作人員可以從任何地方進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)檢索和調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，不需要親臨現(xiàn)場(chǎng)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，Awite使用開(kāi)放源碼Processview服務(wù)器。通過(guò)Processview客戶(hù)端，可以在世界上任何有互聯(lián)網(wǎng)接入的地方從通過(guò)LAN或WAN連接的系統(tǒng)上查看相同的用戶(hù)界面，登錄服務(wù)器后即可對(duì)服務(wù)器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。它甚至可以容納多名用戶(hù)同步登錄，各用戶(hù)分別使用各自的母語(yǔ)。由于精細(xì)分級(jí)的用戶(hù)管理，可以授予各個(gè)用戶(hù)不同的權(quán)限。集成的軟件防火墻可保護(hù)自動(dòng)化電腦免受來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的威脅?？梢赃x擇在系統(tǒng)上安裝報(bào)警功能，當(dāng)測(cè)量值超出設(shè)定范圍或者發(fā)生故障時(shí)可以向運(yùn)營(yíng)商發(fā)出警報(bào)。通過(guò)一個(gè)PCIISDN卡（Fritz!卡），Awicontrol通過(guò)Voice-Call上的開(kāi)源軟件V-Box將不同報(bào)警信號(hào)傳輸給運(yùn)營(yíng)商設(shè)定的一個(gè)或多個(gè)固定電話(huà)或手機(jī)號(hào)碼。如果安裝了相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)，還可以在DSL上使用VoIP。另外，可以通過(guò)電子郵件或SMS網(wǎng)關(guān)發(fā)送短信。已沒(méi)有必要再進(jìn)行流程可視化的定期控制，因?yàn)槿魏尉o急問(wèn)題運(yùn)營(yíng)商都會(huì)得到通知，進(jìn)一步降低了整體維護(hù)時(shí)間和沼氣工程的運(yùn)營(yíng)成本。

沼氣工程的運(yùn)營(yíng)方法

　　由密閉生物反應(yīng)器中切碎的生物質(zhì)（所謂的發(fā)酵基質(zhì)）進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。發(fā)酵罐中攪拌裝置連續(xù)運(yùn)行，確保產(chǎn)生受熱發(fā)酵基質(zhì)的理想混合物。然而，千萬(wàn)不要讓機(jī)械沖擊影響微生物體。沼氣在氣站收集，在那里進(jìn)行脫硫。沼氣中的能量循環(huán)在一個(gè)連接塊熱電廠(chǎng)發(fā)生。這里用一個(gè)氣體操作的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。電力輸送到全國(guó)電網(wǎng)。余熱服務(wù)于各種加熱回路，即用于維持發(fā)酵罐的溫度、烘干發(fā)酵殘留物或者其他物質(zhì)（比如木屑），或者用來(lái)為建筑物供熱。