CN111464968A - 一种基于4g-dtu无线网络传输的多功能数据采集控制器 - Google Patents

一种基于4g-dtu无线网络传输的多功能数据采集控制器 Download PDF

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雷宏建
徐亮
高航
苏志禹
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Abstract

本发明公开了一种基于4G‑DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器，它涉及大数据处理技术领域。AI/AO采集模块采集外部传感器数据，DI/DO采集模块采集现场数字量信号数据，RS‑485/232总线对AI/AO采集模块、DI/DO采集模块及现场各类总线仪表的数据采集和控制，4G‑DTU数据无线网络传输模块将所有采集的数据通过4G无线网络上传至云服务器，云服务器接收4G‑DTU上传的数据、下发控制命令、对数据进行分类管理和存储。本发明采用4G无线网络及云服务器进行数据传输存储和控制，可同时进行模拟量、数字量、RS‑485/232总线式仪器仪表的数据采集和控制，安全性高，适用性广，应用前景广阔。

Description

一种基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器
技术领域
本发明涉及的是大数据处理技术领域，具体涉及一种基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器。
背景技术
当今社会已进入大数据和物联网时代，各行各业都在向大数据和物联网靠拢，希望建设自己的数据中心，依靠大数据和物联网提升企业现代化管理水平，提高企业工作效率及科技软实力，提升企业对外形象。但目前众多的传统工业、农业、化工等行业所使用的生产设备、管理模式还较为落后，生产数据的采集、定期的抄表、数据的汇总分析及报表依然依靠人的参与。
目前，绝大多数的企业进行自动化和现代化改造时，普遍使用的是模拟量仪表+PLC(可编程控制器)+HMI(人机界面)的有线的方式，也就是就地集中的方式，这种方式的施工量大，需要大量敷设信号电缆，信号易受干扰，HMI安装位置固定、数量也有限制，不能满足随时随地访问数据和设备状态。规模以上企业车间厂房众多，里面的仪器仪表和设备点数多、种类多、分布散、距离远，采用上述方式不方便进行实时数据的集中管理和集中控制。
为了解决上述问题，设计一种新型的基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集及控制器尤为必要。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器，结构简单，设计合理，采用4G无线网络及云服务器进行数据的传输存储和控制，功能全面，适用性广，通用性强，易于推广使用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器，包括有4G-DTU数据无线网络传输模块、AI/AO采集模块、DI/DO采集模块、RS-485/232总线、云服务器、微型断路器、DC 24V电源、接线端子，AI/AO采集模块采集外部传感器的数据，DI/DO采集模块采集现场数字量信号数据，RS-485/232总线对AI/AO采集模块、DI/DO采集模块及现场各类总线仪表的数据采集和控制，4G-DTU数据无线网络传输模块将所有采集的数据通过4G无线网络上传至云服务器，并将接收到的控制指令进行下发；云服务器接收4G-DTU上传的数据、下发控制命令、对数据进行分类管理和存储；PC客户端和手机APP通过有线或无线网络实时访问云服务器的云数据库；各现场仪器仪表的信号及总线通过接线端子接入，微型断路器对设备的供电进行控制，通过DC 24V电源对各电气元件及现场仪表进行电源供给。
作为优选，所述的4G-DTU数据无线网络传输模块与AI/AO采集模块、DI/DO采集模块及RS-485/232总线之间采用标准Modbus协议通讯，4G-DTU数据无线网络传输模块通过RS-485/232总线、Modbus-ASCII或Modbus-RTU协议将采集到的的所有数据上传给云服务器的云数据库，4G-DTU数据无线网络传输模块将控制命令通过RS-485/232总线、Modbus-ASCII或Modbus-RTU协议下发给AI/AO采集模块、DI/DO采集模块，实现对现场设备的远程控制。
作为优选，所述的AI/AO采集模块对现场各类仪器仪表的模拟量数据采集和控制，具备包括但不限于8路AI通道、4路AO通道，AI/AO采集模块采集温度传感器、压力传感器、液位传感器、变频器、比例阀的模拟量传感器数据，并转换为标准数字信号。
作为优选，所述的DI/DO采集模块对现场各类设备的开关量数据采集和控制，具备包括但不限于16路DI通道、16路DO通道，DI/DO采集模块采集风机、水泵、机组的设备运行状态、控制命令，将数字量状态信号转换为标准数字信号。
作为优选，所述的RS-485/232总线采集和控制数据的仪表包括有流量计、热量表、多功能电表、远传水表、远传燃气表、积算仪、水质监测仪表、环境监测仪表、水文气象监测仪表、农业监测仪表。
本发明的有益效果：本装置功能全面，采用4G无线网络及云服务器进行数据的传输存储和控制，可同时进行模拟量、数字量、RS-485/232总线式仪器仪表的数据采集和控制，实用性强，安全性高，适用性广，通用性强，适用于工业、农业、环保、气象、能源等众多领域及行业，应用前景广阔。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的***示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-3，本具体实施方式采用以下技术方案：一种基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器，包括有4G-DTU数据无线网络传输模块1、AI/AO采集模块2、DI/DO采集模块3、RS-485/232总线4、云服务器5、微型断路器6、DC 24V电源7、接线端子8，AI/AO采集模块2负责对现场各类仪器仪表模拟量数据的采集和控制，具备包括但不限于8路AI通道、4路AO通道，DI/DO采集模块3负责对现场各类设备开关量数据的采集和控制，具备包括但不限于16路DI通道、16路DO通道，RS-485/232总线4对AI/AO采集模块2、DI/DO采集模块3及现场各类总线仪表的数据采集和控制，支持Modbus-ASCII协议和Modbus-RTU协议，4G-DTU数据无线网络传输模块1将所有采集的数据通过4G无线网络上传至云服务器5，并将接收到的控制指令进行下发；云服务器5接收4G-DTU上传的数据、下发控制命令、对数据进行分类管理和存储；各现场仪器仪表的信号及总线通过接线端子8接入，微型断路器6对设备的供电进行控制，通过DC 24V电源7对各电气元件及现场仪表进行电源供给。
值得注意的是，PC客户端9和手机APP 10可通过有线或无线网络实时访问云服务器5的云数据库11，查看授权范围内所有所需要的实时的、历史的数据报表和状态，并可对相应的设备进行控制；云服务器5对所采集到的数据进行连续对比和分析，一旦数据和设备状态出现异常状况，立即进行异常报警提示并将报警信息推送给相关的维护及管理人员，同时云服务器5配置相关的安全防护模块，数据库定期进行本地化备份，有效抵御网络不法侵害和恶意攻击，确保数据安全。
值得注意的是，所述的4G-DTU数据无线网络传输模块1与AI/AO采集模块2、DI/DO采集模块3及RS-485/232总线4之间采用标准Modbus协议通讯，4G-DTU数据无线网络传输模块1与云服务器5之前采用4G无线网络传输方式。
此外，所述的AI/AO采集模块2采集温度传感器、压力传感器、液位传感器、变频器、比例阀的模拟量传感器数据，并转换为标准数字信号；所述的DI/DO采集模块3采集风机、水泵、机组的设备运行状态、控制命令，将数字量状态信号转换为标准数字信号；所述的RS-485/232总线4采集和控制数据的仪表包括有流量计、热量表、多功能电表、远传水表、远传燃气表、积算仪、水质监测仪表、环境监测仪表、水文气象监测仪表、农业监测仪表。
本具体实施方式的实施步骤为：(1)将现场各类型的传感器、设备运行状态信号、仪器仪表等按照对应的功能通道接线端子接入；
(2)模拟量传感器数据由AI/AO采集模块2转换为标准数字信号，数字量状态信号由DI/DO采集模块3转换为标准数字信号；
(3)4G-DTU数据无线网络传输模块1通过RS-485/232总线4、Modbus-ASCII或Modbus-RTU协议将采集到的的所有数据上传给云服务器5的云数据库11；
(4)4G-DTU数据无线网络传输模块1将控制命令通过RS-485/232总线4、Modbus-ASCII或Modbus-RTU协议下发给AI/AO采集模块2、DI/DO采集模块3，实现对现场设备的远程控制。
本具体实施方式的技术优势在于：(1)可同时进行模拟量、数字量、RS-485/232总线式仪器仪表数据采集和控制；
(2)通过4G无线网络进行数据传输；
(3)数据采集不受时间、地域限制，数据采集自动进行，无需人工干预；
(4)启用心跳包机制，确保数据采集安全稳定，且数据云存储、云处理，客户端可随时随地访问数据库，装置标准化、模块化。
本具体实施方式采用4G无线网络传输及云服务器的方式进行数据的传输存储和控制，使其能够对现场安装位置相对集中的各类设备和仪器仪表的数据进行实时采集和控制，解决各种类型仪器仪表数据统一集中采集控制问题及数据采集现场布线施工问题；能够适应各种不同的行业、不同的现场、不同的需求，能够对设备和数据进行集中统一管理，解决不同车间、不同分厂、不同省市、甚至不同国家的相关仪器仪表数据和设备的集中管理和控制的问题；能够随时随地远程访问并获取所需数据报表、查看设备状态、下发控制命令，解决企业定期人工抄表问题、庞大的生产数据汇总及报表以及大数据集中存储问题，功能全面。
本具体实施方式可同时进行模拟量、数字量、RS-485/232总线式仪器仪表的数据采集和控制，安装使用简单，该装置通过4G无线网络传输大大降低现场布线施工工作量，具备实用性；数据存储于云服务器，并定期进行本地化备份，安全性高，且具备实时性，启用心跳包机制，确保4G-DTU全天候在线，通用性强，可与其他相关平台兼容，支持二次开发，适应性广，适用于工业、农业、环保、气象、能源等众多领域及行业，具有广阔的市场应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器，其特征在于，包括有4G-DTU数据无线网络传输模块(1)、AI/AO采集模块(2)、DI/DO采集模块(3)、RS-485/232总线(4)、云服务器(5)、微型断路器(6)、DC 24V电源(7)、接线端子(8)，AI/AO采集模块(2)采集外部传感器的数据，DI/DO采集模块(3)采集现场数字量信号数据，RS-485/232总线(4)对AI/AO采集模块(2)、DI/DO采集模块(3)及现场各类总线仪表的数据采集和控制，4G-DTU数据无线网络传输模块(1)将所有采集的数据通过4G无线网络上传至云服务器(5)，并将接收到的控制指令进行下发；云服务器(5)接收4G-DTU上传的数据、下发控制命令、对数据进行分类管理和存储；PC客户端(9)和手机APP(10)通过有线或无线网络实时访问云服务器(5)的云数据库(11)；各现场仪器仪表的信号及总线通过接线端子(8)接入，微型断路器(6)对设备的供电进行控制，通过DC 24V电源(7)对各电气元件及现场仪表进行电源供给。
2.根据权利要求1所述的一种基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器，其特征在于，所述的4G-DTU数据无线网络传输模块(1)与AI/AO采集模块(2)、DI/DO采集模块(3)及RS-485/232总线(4)之间采用标准Modbus协议通讯，4G-DTU数据无线网络传输模块(1)通过RS-485/232总线(4)、Modbus-ASCII或Modbus-RTU协议将采集到的的所有数据上传给云服务器(5)的云数据库(11)，4G-DTU数据无线网络传输模块(1)将控制命令通过RS-485/232总线(4)、Modbus-ASCII或Modbus-RTU协议下发给AI/AO采集模块(2)、DI/DO采集模块(3)，实现对现场设备的远程控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器，其特征在于，所述的AI/AO采集模块(2)对现场各类仪器仪表的模拟量数据采集和控制，具备包括但不限于8路AI通道、4路AO通道，AI/AO采集模块(2)采集温度传感器、压力传感器、液位传感器、变频器、比例阀的模拟量传感器数据，并转换为标准数字信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器，其特征在于，所述的DI/DO采集模块(3)对现场各类设备的开关量数据采集和控制，具备包括但不限于16路DI通道、16路DO通道，DI/DO采集模块(3)采集风机、水泵、机组的设备运行状态、控制命令，将数字量状态信号转换为标准数字信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于4G-DTU无线网络传输的多功能数据采集控制器，其特征在于，所述的RS-485/232总线(4)采集和控制数据的仪表包括有流量计、热量表、多功能电表、远传水表、远传燃气表、积算仪、水质监测仪表、环境监测仪表、水文气象监测仪表、农业监测仪表。
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