控創(chuàng)平板電腦用Awite開源軟件控制沼氣工程
開源自動化：注重長期可用性和不斷改進
為了使沼氣工程的順利運作并取得經(jīng)濟效益，具長期可用性的堅固耐用組件是必不可少的要素。此外，如果組件可以在運作過程中優(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)自動化電腦上使用的開源軟件。之所以決定使用控創(chuàng)的產(chǎn)品，是因為其硬件支持嵌入式Linux，具有Linux支持以及優(yōu)秀的載板支持包。
據(jù)2008年底的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，德國大約有4000個沼氣池，可生產(chǎn)11億千瓦時左右的電力，足夠300萬個家庭使用。用來產(chǎn)生電力的沼氣可以從幾乎所有類型的農(nóng)作物和有機廢物中獲得，大多數(shù)廠房靠近農(nóng)場和耕地，最大限度地降低運輸成本。Awite Bioenergie有限公司是一家專業(yè)自動化沼氣工程的公司。Awite的客戶都是沼氣工程的制造商和運營商。具有成本效益的系統(tǒng)設(shè)計以及高水平的效率、系統(tǒng)穩(wěn)定和自動化，對Awite來說是最為重要的。除了基質(zhì)的運輸和生產(chǎn)以及日常維護工作必須進行外，只要使用一個在操作過程中用模糊邏輯控制流程的可選專業(yè)系統(tǒng)，沼氣工程就可以完全自動化，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)化會常年發(fā)生。在這一方面，每個沼氣工程可與賽車相比擬。賽車會不斷地調(diào)整和優(yōu)化，電機控制不斷改善，以實現(xiàn)最佳的結(jié)果。Awite還需要應(yīng)對在操作過程中提供正確的專業(yè)技術(shù)的挑戰(zhàn)。
圖1：在德國，Schweinspoint像這樣的沼氣工程2008年生產(chǎn)約11億千瓦時的電力——足夠供應(yīng)約3萬個家庭。
開源和Linux
高效率的要求和對不斷創(chuàng)新發(fā)展的需要為開放式基于電腦的控制以及記錄源代碼且可以免費提供的開源軟件提供了一種理想的氣候。開源背后的基本思想是，一個大型社區(qū)與其他用戶（包括軟件開發(fā)人員）永久合作開發(fā)軟件，可以從任何發(fā)展中獲得利潤。這樣，可以用較低的成本和較短的開發(fā)時間有效地利用各種可用的知識和潛力。個人可以對軟件進行快速調(diào)整，無需依賴任何許可方。具體而言，這意味著Awite的客戶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驗證過的任何進一步發(fā)展都可以立刻供所有沼氣工程運營商使用。而且，因為所有的改動必須記錄下來，且Awite僅使用驗證過的源代碼和二進制文件，因此bug的風(fēng)險絕對是最小的。有了這樣的效率和開源理念，自動化電腦應(yīng)在開源操作系統(tǒng)下運行——在本文中是嵌入式Linux。Awite信賴嵌入式Linux不僅在于它節(jié)約成本方面和許可免費實施，還有其他原因：為了使自動化計算機達到更高水平的可靠性和免維護操作，它規(guī)定使用CF模塊（它的存儲容易盡可能小，因此價格低廉）代替硬盤。專門為這種硬件編譯了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64MB。
此外，開源體系結(jié)構(gòu)和一個大型開發(fā)人員社區(qū)是長期驅(qū)動支持的保證，這樣萬一將來有任何軟件升級，多年來安裝的硬件基礎(chǔ)也絕對經(jīng)得起未來的考驗。沼氣工程設(shè)計為運行20年或更長的時間是一個重要因素。甚至當(dāng)運行其他軟件時，Linux和開源也提供了更多優(yōu)勢：例如，不需要許可費用，即可通過ISDN運行應(yīng)用程序Voice-Call。Awite的系統(tǒng)解決方案為客戶節(jié)省幾百歐元的軟件費用。解決方案的一個明顯優(yōu)勢是哪個方案是基于許可的。
使用嵌入式Linux基于x86的平板電腦
Awite選擇可清晰地進行本地可視化顯示所對應(yīng)的屏幕尺寸的平板電腦作為自動化電腦時，有兩個主要標(biāo)準(zhǔn)：支持嵌入式Linux和較低的購買價格。通常還需要滿足進一步要求：比如抗熱(0-40℃)和抗機械沖擊能力，前端有足夠的IP保護，以及良好的電磁兼容性——根據(jù)工程的類型，因為頻率轉(zhuǎn)換器可能是集成在控制柜中的大量干擾的來源?？貏?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為其第一個平臺選擇一款控創(chuàng)平板電腦：Intel Celeron 650處理器，15’’屏幕尺寸，以及在一個128MB的緊湊閃存上裝有嵌入式Linux作為強勁的存儲介質(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（以及板級支持包）控創(chuàng)還為已經(jīng)改編和編譯的eLinux提供運行時圖像?？貏?chuàng)的客戶由于減少了開發(fā)所需的時間和精力，以及降低了總擁有成本(TCO)，從而獲得了利潤。目前，Awite還在評估流行的OpenSuse Linux發(fā)行版的簡化版本和控創(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)動機控制，是通過總線控制器連接到控制柜中的WAGO夾具，以及通過Modbus-TCP連接到平板電腦。在總線控制器上（取決于具體工程類型）只運行硬實時請求，因為只需要運行它們。工程和過程控制由開源軟件AWIControl進行，它是Awite用C++寫的，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)，同時起流程可視化服務(wù)器的作用。
“對我們來說，選擇自動化計算機最重要的標(biāo)準(zhǔn)是完全支持Linux，以及應(yīng)用開源軟件的可能性。當(dāng)時，控創(chuàng)平板電腦是以有吸引力的價格提供這種廣泛支持的少數(shù)幾個系統(tǒng)之一。”Awite有限公司總經(jīng)理Ernst Murnleitner博士解釋道。“后繼機型控創(chuàng)V平板Express現(xiàn)在還提供了集成遠程維護的可能性，包括防火墻和通過自動化計算機上的ISDN實現(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一步的系統(tǒng)。對于僅使用遠程維護和操作的客戶，這種系統(tǒng)配置是理想選擇，因為現(xiàn)場不再需要面板，使我們的自動化解決方案的設(shè)計更加緊湊和更有效率。”
圖4在操作過程中用模糊邏輯控制流程的可選專業(yè)系統(tǒng)
開源解決方案的詳細視圖
使用AwiControl可以訪問所有沼氣工程參數(shù)。此外，在沼氣生產(chǎn)過程中，一個可選的模糊邏輯系統(tǒng)不斷評估不同的參數(shù)，即PH值、氣體成份和進度表，并在運營商指定的范圍內(nèi)進行自我優(yōu)化。為了提高效率和節(jié)省時間，系統(tǒng)具備通過ISDN和/或DSL遠程維護和操作的能力，這意味著操作人員可以從任何地方進行遠程數(shù)據(jù)檢索和調(diào)整運行參數(shù)，不需要親臨現(xiàn)場。為了實現(xiàn)這一點，Awite使用開放源碼Processview服務(wù)器。通過Processview客戶端，可以在世界上任何有互聯(lián)網(wǎng)接入的地方從通過LAN或WAN連接的系統(tǒng)上查看相同的用戶界面，登錄服務(wù)器后即可對服務(wù)器進行訪問，可以對系統(tǒng)進行遠程操作。它甚至可以容納多名用戶同步登錄，各用戶分別使用各自的母語。由于精細分級的用戶管理，可以授予各個用戶不同的權(quán)限。集成的軟件防火墻可保護自動化電腦免受來自網(wǎng)絡(luò)的威脅?？梢赃x擇在系統(tǒng)上安裝報警功能，當(dāng)測量值超出設(shè)定范圍或者發(fā)生故障時可以向運營商發(fā)出警報。通過一個PCIISDN卡（Fritz!卡），Awicontrol通過Voice-Call上的開源軟件V-Box將不同報警信號傳輸給運營商設(shè)定的一個或多個固定電話或手機號碼。如果安裝了相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)，還可以在DSL上使用VoIP。另外，可以通過電子郵件或SMS網(wǎng)關(guān)發(fā)送短信。已沒有必要再進行流程可視化的定期控制，因為任何緊急問題運營商都會得到通知，進一步降低了整體維護時間和沼氣工程的運營成本。
沼氣工程的運營方法
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)）進行厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。發(fā)酵罐中攪拌裝置連續(xù)運行，確保產(chǎn)生受熱發(fā)酵基質(zhì)的理想混合物。然而，千萬不要讓機械沖擊影響微生物體。沼氣在氣站收集，在那里進行脫硫。沼氣中的能量循環(huán)在一個連接塊熱電廠發(fā)生。這里用一個氣體操作的內(nèi)燃機驅(qū)動發(fā)電機。電力輸送到全國電網(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），或者用來為建筑物供熱。
