CN114727162A - 一种非一体化设计的全国产化数据采集终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，包括：HMI人机交互界面；数据采集终端设备，用于采集、存储、联动、运算和上传数据；硬盘录像机，采用数字记录技术，用于对配电室内实况进行长时间录像、录音、远程监视和控制；温湿度传感器，用于采集配电室环境温湿度；声光报警器；I/O模块，用于采集配电室内设备及各个传感器的信号，支持模拟量输入、数字量输入和数字量输出，本发明可以对配电站房全景监测，支持多种应用于综合能源场景的工业通信网络协议接入，满足高度的即插即用；采用全国产化硬件设计方案，对产品实现高度可控可管；采用5G通信技术，对于大带宽的视频流数据可以满足高速率、无延时传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，属于采集终 端技术领域。
背景技术
非一体化的数据采集终端设备作为面向综合能源服务的核心设备，需要满 足硬件全国产化、具备灵活的工业通信协议和本地化计算引擎技术，实现工业 园区、医院、学校和公共建筑等各类场合的综合能源监控服务，对各类分布式 能源(如光伏、三联供、风电、地热、蓄热、储能等)、智能仪表、动环设备 等进行数据采集及相应控制。面向综合能源服务的国产化数据采集终端主流厂 商的数据采集终端均采用嵌入式设计，内嵌TCP/IP协议栈，同时采用微处理芯 片，终端提供标准现场总线接口，可连接RTU、PLC、工控机等设备。结合当 下国网公司配网运维管理、客户体验提升、服务国家能源战略转型升级等多方 面因素，不难看出数据智能采集是能源互联网和数字电网必不可少的一环。由 此，数据智能采集设备在存储、多元化高效通信、计量范围、可靠性等方面有 了更高要求，以满足各类交互式用能设备的广泛接入，顺应国家电网公司发展 方向。
现有的采集终端存在的技术问题包括：
1.当前大部分数据采集终端类产品核心元器件例如CPU、Flash、电源芯片等 多依赖于国外进口，使得产品在可控可管上处于被动地位，对于全国产化迫切 需求；
2.当前大多数智能配电房还仅限于视频数据查看、各环境传感器数据查看等 传统意义上的智能，对于即插即用等主流技术几乎没有涉及，而该技术对于配 电房实现智能化运维具有重要意义；
3.当前大部分数据采集终端设备采用4G通信，普遍存在通信带宽低，数据 传输速率慢的缺点，不能满足当下对于大视频数据流的传输要求，以及对于配 电房内开关类设备的快速响应。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种非一体化设计的全国 产化数据采集终端设备，实现对配电站房全景监测。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
本发明提供了一种非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，包括：
HMI人机交互界面，用于智能终端和运维人员进行信息交互，实现对配电 室运行参数进行监控和设定；
数据采集终端设备，用于采集、存储、联动、运算和上传数据；
硬盘录像机，采用数字记录技术，用于对配电室内实况进行长时间录像、 录音、远程监视和控制；
温湿度传感器，用于采集配电室环境温湿度；
声光报警器，用于在数据采集终端设备检测到报警时进行报警；
I/O模块，用于采集配电室内设备及各个传感器的信号，支持模拟量输入、 数字量输入和数字量输出。
进一步的，还包括：水浸传感器，用于监测配电房能是否有进水。
进一步的，所述温湿度传感器、水浸传感器均安装于数据采集终端设备外 壳上。
进一步的，还包括：48V和12V输出***供电电源，用于为数据采集终端 设备各个模块进行供电。
进一步的，所述数据采集终端设备，包括：
SMA连接器，用于连接外置天线；
WiFi通信模组，用于产生WiFi信号与CPU通过USB进行通信；
Flash芯片，用于存储运行程序和***数据；
CPU处理器，用于信息处理和程序执行；
5G通信模组，该模组通过USB与CPU进行通信；
电源***，用于为***提供电源；
接口电路；用于CPU与外部设备连接；
数字信号的输入输出电路，用于数字信号的传输。
进一步的，所述接口电路包括：RS485接口电路、RS232接口电路、以太 网接口电路。
进一步的，所述数据采集终端设备采用全国产化元器件组成，包括：新塘 NUC972型号的CPU处理器、超易创新-NAND Flash型号的存储芯片、广和通 -FM650型号的GPRS通信模组、圣邦微的电源芯片、深圳天工测控-WG209型 号的WiFi模组、风华高科的阻容件。
进一步的，所述数据采集终端设备采用多种通信协议，实现数据采集终端 设备对智能配电房中的多种应用设备即插即用，包括：Modbus协议、Hart协议、 PROFIBUS协议、DLT645协议、IEC101协议、104协议、OPCUA协议。
进一步的，还包括：使用基于5G的高速率通信板，替换电路板上原有的 4G通信板，并在硬件上采用全国产化的基带芯片和模组。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供一种非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，通过设置全 国产化数据采集终端、温湿度传感器、声光报警器、I/O模块、HMI和硬盘录像 机，可以对配电站房全景监测，支持多种应用于综合能源场景的工业通信网络 协议接入，满足高度的即插即用；采用全国产化硬件设计方案，对产品实现高 度可控可管；采用5G通信技术，对于大带宽的视频流数据可以满足高速率、无 延时传输。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种非一体化设计的全国产化数据采集终端设 备的***结构图；
图2是本发明实施例提供的数据采集终端设备的硬件部分原理图框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明 本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例介绍一种非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，由全国产化 数据采集终端、温湿度传感器、声光报警器、I/O模块、HMI和硬盘录像机几部 分组成。具体为下图1所示：
标号1为HMI人机交互界面，主要用于智能终端和运维人员进行信息交互， 实现对配电室运行参数进行监控和设定等功能；标号2为全国产化数据采集终 端，它是整个***的核心，负责采集、存储、联动、运算和上传；标号3为声 光报警器，当智能终端检测到报警时会触发声光报警器进行报警，比如：强行 闯入配电室会触发报警；标号4为硬盘录像机，采用数字记录技术，主要用于 对配电室内实况进行长时间录像、录音、远程监视和控制。标号5和6分别为48V和12V输出***供电电源。标号7为温湿度传感器，安装在智能终端外壳外，负责采集配电室环境温湿度；标号8为I/O模块，用于采集配电室内设备 及传感器的信号，支持模拟量输入、数字量输入和数字量输出；标号9为水浸 传感器，用于监测配电房能是否有进水。
其中核心部分1：
数据采集终端设备，采用全国产化元器件的产品硬件设计方案，产品技术高 度自主可控，具体替代实施方案表1所示。采集器的操作***采用开源嵌入式 linux操作***，编译环境和调试器均采用国产化的方案，***的调试维护软件 采用自有C++库进行开发，实现高度可控，深度国产化。
表1
具体的硬件部分主要原理图框图如图2所示。标号1为SMA连接器用于连接外 置天线；标号2为WiFi通信模组，用于产生WiFi信号与CPU通过USB进行通信； 标号3为Flash芯片，主要存储运行程序和***数据；标号4为CPU，该CPU具有 丰富的外设接口，较高的运行主频；标号5为5G通信模组，该模组通过USB与CPU 进行高速通信；标号6和7为电源***部分，主要为***提供电源；标号8和9为 RS485接口电路和RS232接口电路；标号10为以太网接口电路；标号11为数字信 号的输入输出部分。
核心部分2：适用于综合能源多业务场景的即插即用接入技术
相对于传统的智能配电房，其智能程度仅限于视频数的查看，而本专利开拓 了一种更加深度智能的技术方案，通过开发丰富的通讯接口，对各类分布式能 源(如光伏、三联供、风电、地热、蓄热、储能等)、智能仪表、动环设备、 非电能源(水、气、热等)等进行数据采集及相应控制，真正实现了即插即用。
具体实施方案，通过开发以下通讯协议，详见表2，实现数据采集终端对智 能配电房中的多种应用设备即插即用，为后续多源数据融合和大数据视觉技术 等高级应用奠定基础。
表2
| 序号 | 通信协议名称 | 详解 |
| 1 | Modbus | 包含RTU和TCP两种协议 |
| 2 | Hart | 工业仪表常用协议 |
| 3 | PROFIBUS等协议 | 西门子PLC设备多种协议 |
| 4 | DLT645 | 智能电表协议 |
| 5 | IEC101、104 | 电力主流规约 |
| 6 | OPCUA协议 | 应用于跨平台的协议 |
核心部分3：基于5G通信技术的大带宽、高速率功能在数据采集终端的落地 实现
通过应用最新的5G技术，将上行带宽由传统的4G通信技术百兆Hz提升至5G 通信技术的1.2GHz，实现了多通道高清视频数据的实时传输，并在满足规定延 时条件下完成海量传感器的数据上传。
具体实施：开发基于5G的高速率通信板，替换原来电路板上的4G通信板， 并在硬件上采用全国产化的基带芯片和模组厂家，实现高度自主可控。
本发明的有益效果是，可以对配电站房全景监测，支持多种应用于综合能源 场景的工业通信网络协议接入，满足高度的即插即用；采用全国产化硬件设计 方案，对产品实现高度可控可管；采用5G通信技术，对于大带宽的视频流数据 可以满足高速率、无延时传输。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变 形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，其特征在于，包括：
HMI人机交互界面，用于智能终端和运维人员进行信息交互，实现对配电室运行参数进行监控和设定；
数据采集终端设备，用于采集、存储、联动、运算和上传数据；
硬盘录像机，采用数字记录技术，用于对配电室内实况进行长时间录像、录音、远程监视和控制；
温湿度传感器，用于采集配电室环境温湿度；
声光报警器，用于在数据采集终端设备检测到报警时进行报警；
I/O模块，用于采集配电室内设备及各个传感器的信号，支持模拟量输入、数字量输入和数字量输出。
2.根据权利要求1所述的非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，其特征在于，还包括：水浸传感器，用于监测配电房能是否有进水。
3.根据权利要求1所述的非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，其特征在于，所述温湿度传感器、水浸传感器均安装于数据采集终端设备外壳上。
4.根据权利要求1所述的非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，其特征在于，还包括：48V和12V输出***供电电源，用于为数据采集终端设备各个模块进行供电。
5.根据权利要求1所述的非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，其特征在于，所述数据采集终端设备，包括：
SMA连接器，用于连接外置天线；
WiFi通信模组，用于产生WiFi信号与CPU通过USB进行通信；
Flash芯片，用于存储运行程序和***数据；
CPU处理器，用于信息处理和程序执行；
5G通信模组，该模组通过USB与CPU进行通信；
电源***，用于为***提供电源；
接口电路；用于CPU与外部设备连接；
数字信号的输入输出电路，用于数字信号的传输。
6.根据权利要求5所述的非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，其特征在于，所述接口电路包括：RS485接口电路、RS232接口电路、以太网接口电路。
7.根据权利要求1所述的非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，其特征在于，所述数据采集终端设备采用全国产化元器件组成，包括：新塘NUC972型号的CPU处理器、超易创新-NAND Flash型号的存储芯片、广和通-FM650型号的GPRS通信模组、圣邦微的电源芯片、深圳天工测控-WG209型号的WiFi模组、风华高科的阻容件。
8.根据权利要求1所述的非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，其特征在于，所述数据采集终端设备采用多种通信协议，实现数据采集终端设备对智能配电房中的多种应用设备即插即用，包括：Modbus协议、Hart协议、PROFIBUS协议、DLT645协议、IEC101协议、104协议、OPCUA协议。
9.根据权利要求1所述的非一体化设计的全国产化数据采集终端设备，其特征在于，还包括：使用基于5G的高速率通信板，替换电路板上原有的4G通信板，并在硬件上采用全国产化的基带芯片和模组。
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