使用泓格 WinCE 可程式自動化控制器與 I-87K 系列高卡型 I/O 擴充模組，建立一個污水處理站外五座揚水站的監控系統。其中 WP-8441 為主控制器，I-87040W 模組接收泵浦、馬達、閥門等設備的數據，I-87017ZW 模組接收水位及壓力值，而 I-87057W 模組用於現場設備控制。NAPOPC DA 伺服器軟體再將這些數據作集中管理並回應給 SCADA 系統，以實現系統整合。
案例介紹
「水」是我們日常生活中不可或缺的資源，為了確保市民享有乾淨衛生的水資源，各國政府在城市中建立了污水下水道系統，將生活污水送往污水處理廠淨化，以實現水資源的永續利用。
在污水下水道系統中，揚水站扮演著關鍵角色。由於管路採用重力流方式輸送污水，中繼揚水站可發揮揚升水位的功能，增加水位高低差，以持續推動水流，協助克服山坡地、地下鐵路、河川等地形障礙。
揚水站智慧監控系統 都市污水輸送的隱藏功臣
揚水站的安裝方式分為濕井式和乾井式。主要區別在於，前者的泵浦沉置於污水中，而後者則將泵浦隔離於污水之外。設備包括單一或多個泵浦、馬達、逆止閥、攔渣裝置和除砂裝置等。
WP-8441 WinCE 5.0 控制器作為揚水站的控制核心，具備體積小、多樣通訊介面、4 個 I/O 擴充插槽等特色。此案例中，WP-8441 搭配支援 DCON 通訊協議的高效能 I-87K 系列串列 I/O 模組，包含 I-87040W 隔離型數位輸入模組、I-87017ZW 電壓/電流輸入模組、和 I-87057W 隔離型數位輸出模組，用以監控水井內的重要設備。
設備監測
I-87040W 隔離型數位輸入模組具備 32 通道濕接點 (Wet) 數位輸入，支援漏型/源型 (Sink/Source) 輸入接線及 3750 VDC 模組內部隔離保護。此案例中，I-87040W 用於接收設備狀態數據，如泵浦和馬達的運轉狀態和時數，以及逆止閥的狀態 (逆止閥為防止加壓過的污水再回流到井內的裝置)，相關數據再透過 DCON 通訊協議傳輸到 WP-8441 WinCE 5.0 控制器進行演算和控制。
設備控制
I-87057W 隔離型數位輸出模組透過 DCON 通訊協議接收 WP-8441 WinCE 5.0 控制器發送的指令，並經由數位輸出通道控制馬達和泵浦的啟閉。I-87057W 模組的特色包括 16 通道開集極 (Open Collector) 數位輸出，每通道最大負載電流為 100 mA，且具備 3750 Vrms 模組內部隔離保護。
I-87057W 提供具有過電壓、過載、短路保護功能的漏型 (Sink) 輸出接線，並可設定上電輸出值 (Power On Value) ，確保模組在剛上電或復電時處於預設的輸出狀態，從而提升揚水站控制系統的穩定性。
水位水壓監控
I-87017ZW 電壓/電流輸入模組負責接收污水井內液位計的數據。為防止惡臭氣味散發並降低濕井內泵浦的溫度，需保持井內最低水位；同時，為避免污水溢出影響周邊環境，須避免水位超過最高限度。因此，當液位計偵測到水位過低或過高時，數據會透過 DCON 通訊協議傳輸至 WP-8441 WinCE 5.0 控制器，進而透過 I-87057W 隔離型數位輸出模組控制馬達和泵浦的啟閉。
此外，I-87017ZW 電壓/電流輸入模組也會從壓力錶接收壓力數值。當壓力數值達到預設的最高限值時，加壓泵浦會自動停止運轉；當壓力數值降至預設的最低限值時，加壓泵浦則恢復運轉。
I-87017ZW 電壓/電流輸入模組具有10差動/20單端類比輸入通道，採樣率可分為一般模式 (10 Hz) 和高速模式 (50 Hz)。I-87017ZW 同時結合各項保護功能 4 kV ESD 保護、3000 VDC 模組內部隔離、+4~+20 mA 斷線檢知、過電流保護和過電壓保護，使其在工業環境場合能提供更佳的防雜訊干擾能力。
接著，WP-8441 WinCE 5.0 控制器透過 Modbus TCP 將數據傳輸到中控中心 SCADA 系統。當任一關鍵數據達到預設的上下限值時，SCADA 系統會即時向管理人員發出警報。同時，也可設定為透過 Email 或智慧型手機通知相關人員，以便能立即派人前往現場檢查並排除問題。
WP-8441 WinCE 5.0 控制器搭載 PXA270 CPU (520 MHz) 和 Windows CE.NET 5.0 作業系統，具備多種連接介面，如 Gigabit Ethernet、USB、RS-232 與 RS-485 等連接埠，可快速與其它設備連接。
NAPOPC DA Server 整合五座揚水站的監控系統
在這個應用案例中使用的 NAPOPC 是一款免費支援泓格科技 I/O 產品的 OPC DA Server 軟體，OPC DA 是基於微軟的 OLE COM（元件物件模型）以及 DCOM（分散式元件物件模型）技術的工業程序控制與資料存取規範。基於這些規範的 NAPOPC DA Server 提供了一整套標準的 OPC DA 物件、介面和方法，以方便與其他軟體系統進行程序控制和資料交換。
案例中的五座揚水站皆透過 NAPOPC DA Server 進行設備監控和資料交換。此系統適用於 PC 電腦和 PAC 控制器，能將設備端的資料集中，並提供給多個 SCADA 系統使用，以達到系統整合的目的。這樣不僅減少了設備端分別服務不同 SCADA 的負擔，還提高了系統的穩定性和可靠性。
NAPOPC DA Server 提供多執行緒通訊，可大幅提升設備資料採集速度，並且使用者可以根據設備需要被輪詢（Polling）的頻率來調整設備的通訊間隔時間。
此外，NAPOPC DA Server 在每個設備的閒置時間內，可以設定自動搜尋模組並自動構建出對應的 Device/Group/Tag 數據架構。這項功能支援泓格的 DCON I/O 模組及 I-7K、I-8K、I-87K、RU/USB-87Pn 遠端 I/O 模組；而在設備離線狀態下，使用者可以手動設定 NAPOPC 來構建相同的裝置數據架構。
Win-GRAF 解決方案讓系統整合變得更有效率
由於泓格 WP-8441 WinCE 控制器已停產，因此建議使用 WP-8428-CE7 Win-GRAF 控制器作為替代產品。使用 WP-8441 控制器時，需要利用較複雜的通訊方式進行資料交換。相較之下，使用 WP-8428-CE7 Win-GRAF 控制器時，只需在 Win-GRAF 軟體上將本機的變數設定成 Public，即可讓其他控制器讀取或寫入本機資料，控制器之間的資料交換因此變得更加容易。
WP-8428-CE7 Win-GRAF 控制器為軟邏輯 WinPAC 可程式自動控制器，搭載強固型 Cortex-A8 CPU (1.0 GHz) 來配合 Windows CE 7.0 作業系統，具備 VGA、USB、雙乙太網路、RS-232/485 等通訊埠和 4 個 I/O 模組擴充插槽，插槽可搭配 I-8K 系列並行式 I/O 模組和 I-87K 高卡系列串列式 I/O 模組使用。
WP-8428-CE7 Win-GRAF 控制器除了支援 Win-GRAF (IEC61131-3 標準) 軟體來開發控制程式，也支援使用 M.S. VS 2008 軟體 (VB .NET, C#) 來開發人機介面與資料管理應用程式，並且可以跟 Win-GRAF 應用程式互相交換資料，讓應用程式的設計更方便及實用。
此外，WP-8428-CE7 Win-GRAF 控制器內建雙看門狗功能 (Dual Watchdog Timer)。Module Watchdog 會在內建的韌體運作異常時自動重新啟動 CPU；Host Watchdog 則監控模組與主機間運作情況。管理者可設定安全值 (Safe Value) 作為 I/O 模組收不到主機命令時的應變機制（超過 Timeout 設定時間時），使模組恢復到預設的安全輸出狀態，保持正常運作或停止運作。此功能可提高揚水站控制系統的可靠性與穩定性，滿足工業級高需求，確保通訊順暢及揚水站現場的安全。
Win-GRAF 為一套功能強大的 PLC-like 軟邏輯開發軟體，可安裝於 Windows 7/8/10 (或以上) 的電腦，符合 IEC61131-3 標準 PLC 程式語法，包括階梯圖 (LD)、功能方塊圖 (FBD)、順序式功能圖 (SFC)、結構化文字 (ST) 編程語言。此外，Win-GRAF Workbench 可進行多任務編程，並將開發出來的應用程序下載到泓格科技所有支援 Win-GRAF 的 PAC 系列內運行。
使用者可透過 Ethernet 網路埠 (LAN1 與 LAN2)，讓最多 32 台的泓格 Win-GRAF PAC 之間進行資料交換，資料以事件觸發方式 (Data Binding) 傳遞，比傳統的輪詢 (Polling) 方式更有效率。此外，使用者還可以透過軟體設定備援的 Data Binding，當其中一條網路斷線時，另一條網路將繼續維持資料交換，進一步提升揚水站監控系統的可靠性。
此外，當使用者需要對原始程式進行小幅更新且不允許程式停止運行時，Win-GRAF 的即時線上更新 (On Line Change) 功能可讓使用者在不中斷運行的情況下進行線上除錯與監控，使用起來非常便利。
泓格產品為此案例帶來的效益
I-87040W 32通道隔離型數位輸入模組和 I-87057W 16通道隔離型數位輸出模組具備每個通道的 LED 指示燈，方便人員監控各通道的狀態。此外，這兩款模組的接點皆具有 4 kV 的靜電 (ESD) 防護，使其在工業環境中能更有效地防止通訊受雜訊干擾。
透過 I-87040W 隔離型數位輸入模組蒐集每台泵浦的運轉時數，可推算出泵浦已揚升的污水量。管理人員可根據運泵浦馬達運轉時數，安排零組件的維修或汰換，從而降低泵浦和馬達突然故障的風險。當監測到的揚升污水量大幅減少時，可能是零件過度磨損、葉輪阻塞或損壞所致，管理人員可藉由 SCADA 系統的數據趨勢圖進行判斷並採取相應行動。
當 I-87017ZW 電壓/電流輸入模組接收到的壓力數值過高時，可能表示揚水站出水口管內累積了過多的油垢或是髒污碎片。此時，可立即安排清潔人員清除污水井內的雜物，以避免出水口堵塞而造成污水回流。
NAPOPC DA Server 系列產品支援多種作業系統：
NAPOPC_ST DA Server 適用於 PC 電腦 Windows XP/7/10 OS
NAPOPC_XPE DA Server 適用於 PAC 控制器 Windows WES OS
NAPOPC_CE5 DA Server 適用於 PAC 控制器 Windows CE.NET 5.0 OS
NAPOPC_CE6 DA Server 適用於 PAC 控制器 Windows CE.NET 6.0 OS。
NAPOPC_CE5 和 NAPOPC_CE6 DA Server 提供主動資料發送機制：裝有NAPOPC_CE5 和 NAPOPC_CE6 DA Server 軟體的設備端 PAC 控制器以優異的傳輸速度主動發送資料給 SCADA；設備端發生的緊急事件也能迅速回傳到中控中心的 SCADA，以通知管理人員。
WP-8428-CE7 Win-GRAF 控制器支援備援輸入電源，可同時輸入2組電源。當其中一組電源出現故障時，系統會立即切換至備用電源，提高揚水站控制系統的可靠性。此外，WP-8428-CE7 也支援繼電器輸出；繼電器可外接聲光警報器，當備用電源啟動後，聲光警報器即可發出聲響讓維修人員進行維修工作準備。
WP-8428-CE7 Win-GRAF 控制器支援多種通訊協定，包括 Modbus TCP/IP 主站和從站、Modbus RTU/ASCII 主站、Modbus RTU 從站、DCON、HART 主站等等，與其他廠牌裝置間的相容性佳。
WP-8428-CE7 Win-GRAF 控制器支援多國語系，包含英文、德文、法文、俄文、韓文、西班牙文、義大利文、簡體中文、繁體中文，為各國使用者提供友善的操作介面。
WP-8428-CE7 Win-GRAF 控制器支援 Windows CE 7.0 作業系統，優點包括具有硬即時功能、高效能精確控制、以及讓控制器具備視窗顯示與操作環境。
透過 Win-GRAF Workbench 開發軟體，使用者只需將控制器本機的變數設定成 Public，即可讓其他 4 座揚水站的控制器讀取或寫入本機資料，讓系統整合更有效率。
結語
- 功能：結合了 PLC 的可靠性和 IPC 的靈活性、支援複雜的運算和大規模的數據處理、提供多種通訊協議，適合集成不同設備。
- 應用：適用於需要高度靈活性和擴展性的應用，如大型工廠自動化系統、以及各類監控系統。
- 其他優勢：高度靈活，易於編程和擴展，並支援多種開放式標準和通訊協議。
一旦揚水站發生故障，可能導致諸多問題：污水可能回流至上游污水管，並從孔蓋溢出，造成惡臭四處飄散，嚴重影響居民生活品質。另一方面，污水若流入河川或溪流，可能破壞自然生態，導致大量魚群因缺氧而死亡，或是間接影響農民的灌溉用水。
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