CN115202302A - 一种基于现场总线的分布式监控*** - Google Patents

一种基于现场总线的分布式监控*** Download PDF

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李蕃
荣宏伟
宋涛
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Abstract

本发明提供了一种基于现场总线的分布式监控***，包括：分布式数据采集模块，用于采集设备运行过程中，设备本身、设备辅助仪器仪表以及设备工作环境的相关参数；数据显示存储模块，用于将分布式数据采集模块采集到的相关参数进行存储以及显示；***供电模块，与上述各模块连接，数据显示存储模块通过RS485总线与分布式数据采集模块相连接，用于接收设备辅助仪器仪表以及设备工作环境的相关参数；数据显示存储模块通过工业以太网与分布式数据采集模块相连接，用于接收设备本身运行相关参数。基于现场总线的分布式监控***基于总线技术、OPC技术及分布式模块进行设计，***构成灵活，敷设线缆少、不受场地影响，成本低，扩展能力好。

Description

一种基于现场总线的分布式监控***
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，具体涉及一种基于现场总线的分布式监控***。
背景技术
工业现场监控***的主要功能是实现各类试验或工业化生产中设备运行参数的采集、监测、分析，是试验和生产的重要组成部分。早期的监控***多为集中控制，需要设立一定数量的柜体，***庞大、线缆敷设量大。后续发展为现在的集散控制***，采用多级计算机构成，应用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，实现了一定程度的分布式检测，但仍需要设立控制柜和敷设一定数量的信号线缆，成本高，施工量大，且要求场地不能太小。
随着总线技术和检测技术的发展，现有的集散控制***正在向现场总线控制***转化，采用基于开放式、标准化的现场总线通讯技术，全分布式***架构。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的基于现场总线的分布式监控***提供应用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，实现了一定程度的分布式检测，但仍需要设立控制柜和敷设一定数量的信号线缆，成本高，施工量大，且要求场地不能太小的缺陷，从而提供一种实现试验现场多种不同类型传感器、仪器仪表参数的采集，以及多种设备的启停控制，并提供数据显示、存储及查询、报警及报警屏蔽等功能的基于现场总线的分布式监控***。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于现场总线的分布式监控***，所述基于现场总线的分布式监控***包括：
分布式数据采集模块，用于采集设备运行过程中，设备本身、设备辅助仪器仪表以及设备工作环境的相关参数，相关参数包括：真空度、气压、流量、温度、湿度
数据显示存储模块，用于接收分布式数据采集模块采集到的相关参数进行存储、显示；
电磁阀控制模块，用于接收数据显示储存模块的发出的控制信号，用于关闭或开启设备上的对应电磁阀；
***供电模块，与上述各模块连接，用于为上述各模块进行供电；
其中，
数据显示存储模块通过RS485总线与分布式数据采集模块相连接，用于接收设备辅助仪器仪表以及设备工作环境的相关参数；
数据显示存储模块通过工业以太网与分布式数据采集模块相连接，用于接收设备本身运行相关参数。
可选地，所述基于现场总线的分布式监控***还包括：
冗余服务器模块，用于提供与数据显示存储模块相同的数据显示、存储、报警和屏蔽功能，
所述冗余服务器模块通过工业以太网与数据显示存储模块进行数据交互。
可选地，所述数据显示存储模块包括：
主服务器，所述主服务器连接通讯板卡以及工业交换机；
冗余服务器模块包括：
冗余服务器，所述冗余服务器通过工业以太网连接主服务器的工业交换机。
可选地，所述分布式数据采集模块包括：
设备运行参数采集模块，包括N个分布式模拟量采集模块，用于采集设备运行过程中设备本身的相关参数；
仪器仪表采集模块，包括M个通讯转换模块，用于直接相连现场仪器仪表获取仪器仪表的相关参数；
传感器采集模块，包括L个分布式模拟量采集模块，用于采集设备所在现场环境中的各相关参数：真空度、气压、流量、温度、湿度。
可选地，所述设备运行参数采集模块的N个分布式模拟量采集模块通过CAN总线与CAN转以太网模块连接，对设备运行参数进行实时采集，再经过工业交换机上传至主服务器；
所述仪器仪表采集模块的M个通讯转换模块通过RS485总线上传至通讯板卡，再经通讯板卡上传至主服务器；
所述传感器采集模块的L个分布式模拟量采集模块通过RS485总线上传至通讯板卡，再经通讯板卡上传至主服务器。
可选地，所述电磁阀控制模块包括：
K个分布式电磁阀控制器,K个所述分布式电磁阀控制器通过CAN总线与CAN转以太网模块连接，通过工业交换机获取主服务器的控制信号，完成电磁阀的远控开闭控制和状态反馈。
本发明还提供了一种适用于上述的基于现场总线的分布式监控***的监控方法，所述基于现场总线的分布式监控方法包括以下步骤：
S1：启动监控***；
S2：依次主服务器上的OPC服务器、主WinCC程序；
S3：启动冗余服务器上的辅助WinCC程序；
S4：通过各采集模块归集传感器、仪器仪表和设备的各项参数，同时根据操作人员的设置输出电磁阀开闭控制信号；
S5：在主服务器和冗余服务器的工业计算机上进行数据显示和存储；
S6：实时判断各个数据有无超过限值的情况发生，若有则产生报警；若没有报警产生，则回到步骤S4；
S7：若产生报警则输出声光颜色报警，并存储该报警产生时的各种状态和信息；
S8：报警确认。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6所述的基于现场总线的分布式监控方法。
本发明具有以下优点：
本发明采用总线控制***的基本设计思想，针对设备现场实际需求，设计了一种分布式监控***，实现试验现场多种不同类型传感器、仪器仪表参数的采集，以及多种设备的启停控制，并提供数据显示、存储及查询、报警及报警屏蔽等功能：
第一、传统监控***场地占用较大，需要设立多个控制柜才能满足需求。该***以能满足现场场地要求的***最佳配置和***硬件设施占用体积，实现了较大数量传感器、仪器仪表及设备的采集控制和***各项功能。
第二、该种监控***具备更好的扩展性和灵活性，能够满足今后***升级改造的需求。
与现有技术对比：
现场总线不同，本方案的***为CAN总线、RS485总线及工业以太网，现有可查阅及应用的该类***仅为RS485，CAN总线其在通信速率、稳定性和功能上都有着很大的优势，开发及应用难度更大。本***根据实际应用情况，同时应用多种总线，***功能更好。
自研模块设计方案优化：采用不同的设计方案，本***采用ARM芯片进行自研模块开发，现有技术一般采用FPGA及CPLD进行开发。
***规模优化，本***为工业应用较大规模***，其采集控制点数数量较大，整个***复杂程度更大，现有技术一般针对某装置个体的分布式监控，其***应为模块化设计思想，其分布式设计理念体现的不太准确。
***类型优化，本***为软硬件设施结合的工业运行参数监控***，对比文件纯粹基于计算机***，采用纯软件的分布式设计思想进行设计，区别性大。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中的基于分布式检测控制的设备监控***结构示意图；
图2为本发明中的数据显示存储模块示意图；
图3为本发明中的传感器采集模块示意图；
图4为本发明中的仪器仪表采集模块示意图；
图5为本发明中的冗余服务器模块示意图；
图6为本发明中的设备运行参数采集模块示意图；
图7为本发明中的电磁阀控制模块示意图；
图8为本发明中的***供电模块示意图；
图9为本发明中的分布式监控***主程序流程图；
附图标记说明：
1为数据显示存储模块； 2为传感器采集模块；
3为仪器仪表采集模块； 4为RS485总线；
5为冗余服务器模块； 6为设备运行参数采集模块；
7为电磁阀控制模块； 8为工业以太网；
9为***供电模块； 10为主服务器；
11为通讯板卡； 12为工业交换机；
13为工业计算机A； 14为主WinCC+OPC Server；
15为分布式模拟量采集模块； 16为通讯转换模块；
17为工业计算机B； 18为辅助WinCC程序；
19为CAN转以太网模块； 20为CAN总线；
21为分布式参数采集模块； 22为分布式电磁阀控制器；
23为24V供电模块； 24为±15V供电模块；
25、冗余服务器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
申请概述
主流的集散控制***，采用多级计算机构成，应用控制分散、操作和管理集中的基本设计思想，实现了一定程度的分布式检测，但仍需要设立控制柜和敷设一定数量的信号线缆，成本高，施工量大，且要求场地不能太小。
示例性基于现场总线的分布式监控***
图1为一种基于现场总线的分布式监控***的连接示意图，该基于现场总线的分布式监控***包括：分布式数据采集模块，用于采集设备运行过程中，设备本身、设备辅助仪器仪表以及设备工作环境的相关参数，相关参数包括：真空度、气压、流量、温度、湿度；数据显示存储模块1，用于接收分布式数据采集模块采集到的相关参数进行存储、显示以及发送控制信号；电磁阀控制模块7，用于接收数据显示储存模块1的发出的控制信号，用于关闭或开启设备上的对应电磁阀；***供电模块9，与上述各模块连接，用于为上述各模块进行供电；其中，数据显示存储模块1通过RS485总线4与分布式数据采集模块相连接，用于接收设备辅助仪器仪表以及设备工作环境的相关参数；数据显示存储模块1通过工业以太网8与分布式数据采集模块相连接，用于接收设备本身运行相关参数。
可选的，如图8所示，***供电模块9包括24V供电模块23和±15V供电模块24，均采用朝阳线性电源，主要完成分布式监控***中各模块的电源供电。
可选地，所述基于现场总线的分布式监控***还包括：冗余服务器模块5，用于提供与数据显示存储模块1相同的数据显示、存储、报警和屏蔽功能，所述冗余服务器模5块通过工业以太网8与数据显示存储模块1进行数据交互。
可选地，如图2所示，所述数据显示存储模块1包括：主服务器10，所述主服务器10连接通讯板卡11以及工业交换机12；冗余服务器模块5包括：冗余服务器25，所述冗余服务器25通过工业以太网8连接主服务器的工业交换机12，需要进一步指出的是，主服务器10包含工业计算机A13，工业计算机A13内安装在该工业计算机A13上的主WinCC+OPC Server的软件14。主WinCC+OPC Server的软件14中的WinCC主程序主要提供数据显示、存储及查询、报警及报警屏蔽等功能，主WinCC+OPC Server的软件14中OPC Server提供数据接口服务，将通过通讯板卡11和工业交换机12获取的数据转换成WinCC主程序能够使用的标准数据格式；
如图5所示，冗余服务器25包括工业计算机B17和辅助WinCC程序18。通过工业交换机12与主服务器10相连，实时读取主WinCC程序14上的工程***工程文件，从而实现显示冗余、存储冗余等功能。
可选地，如图6所示，所述分布式数据采集模块包括：设备运行参数采集模块6，包括N个分布式模拟量采集模块21，用于采集设备运行过程中设备本身的相关参数；仪器仪表采集模块3，包括M个通讯转换模块16，用于直接相连现场仪器仪表获取仪器仪表的相关参数；传感器采集模块2，包括L个分布式模拟量采集模块15，用于采集设备所在现场环境中的各相关参数：真空度、气压、流量、温度、湿度。
可选地，如图所述设备运行参数采集模块6的N个分布式模拟量采集模块21通过CAN总线20与CAN转以太网模块19连接，对设备运行参数进行实时采集，再经过工业交换机上传至主服务器，需要进一步指出的是，设备运行参数采集模块6中的CAN转以太网模块19采用CANET-2E-U数据转换设备。分布式参数采集模块21采用STM32F407主控芯片自研，主要完成反应设备运行状态的主要参数1和主要参数2数据采集处理。
如图4所示，所述仪器仪表采集模块3的M个通讯转换模块通过RS485总线4上传至通讯板卡11，再经通讯板卡上传至主服务器10，需要进一步指出的是，需要进一步指出的是，将基于RS232通讯的仪器仪表的数据通过RS485总线4上传。其中，通讯转换模块16由泓格I-7522、金属外壳、内部电源和航空插头组成，可为与现场仪器仪表直接相连获取数据。
如图3所示，所述传感器采集模块2的L个分布式模拟量采集模块15通过RS485总线4上传至通讯板卡11，再经通讯板卡11上传至主服务器10，需要进一步指出的是，RS485总线4的一端与通讯板卡11相连，另一端连接一定数量的分布式模拟量采集模块15。分布式模拟量采集模块15主要由泓格M-7017、金属外壳、内部电源转换和航空插头组成，可为现场传感器直接供电和采集模拟量参数。
可选地，如图7所示，所述电磁阀控制模块7包括：K个分布式电磁阀控制器22，K个所述分布式电磁阀控制器22通过CAN总线20与CAN转以太网模块19连接，通过工业交换机12获取主服务器10的控制信号，完成电磁阀的远控开闭控制和状态反馈。
本发明还提供了一种适用于上述的基于现场总线的分布式监控***的监控方法，如图9所示，所述基于现场总线的分布式监控方法包括以下步骤：
S1：启动***时，首先开启整个***的供电，然后启动工业计算机A13和工业计算机B17。
S2：主服务器上的OPC服务器启动然后主WinCC程序启动。
S3：冗余服务器上的辅助WinCC程序启动。
S4：通过各采集模块归集传感器、仪器仪表和设备的各项参数，同时根据操作人员的设置输出电磁阀开闭控制信号。
S5：在主服务器和冗余服务器的工业计算机上进行数据显示和存储。
S6：实时判断各个数据有无超过限值的情况发生，若有则产生报警。若没有报警产生，则回到步骤S4。
S7：若产生报警则输出声光颜色报警，并存储该报警产生时的各种状态和信息。
S8：报警确认。
示例性计算机可读存储介质
该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于现场总线的分布式监控方法。
上述的计算机可读存储介质能够实现上述任一实施例中的基于现场总线的分布式监控方法的步骤，且能达到相同的技术效果，因而具有上述任一实施例所具有的一切有益效果，在此不再赘述。
本实施例中的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Rand om AccessMemory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
根据上述描述，本申请具有以下优点：
1、基于总线技术、OPC技术及分布式模块进行设计，***构成灵活，敷设线缆少、不受场地影响，成本低，扩展能力好。
2、可同时采集不同类型传感器、仪器仪表以及设备本身运行参数，有效监控运行状态及判断异常，有效预预防备云顶过程中的安全隐患。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种基于现场总线的分布式监控***，其特征在于，所述基于现场总线的分布式监控***包括：
分布式数据采集模块，用于采集设备运行过程中，设备本身、设备辅助仪器仪表以及设备工作环境的相关参数，相关参数包括：真空度、气压、流量、温度、湿度；
数据显示存储模块，用于接收分布式数据采集模块采集到的相关参数进行存储、显示；
电磁阀控制模块，用于接收数据显示储存模块的发出的控制信号，用于关闭或开启设备上的对应电磁阀；
***供电模块，与上述各模块连接，用于为上述各模块进行供电；
其中，
数据显示存储模块通过RS485总线与分布式数据采集模块相连接，用于接收设备辅助仪器仪表以及设备工作环境的相关参数；
数据显示存储模块通过工业以太网与分布式数据采集模块相连接，用于接收设备本身运行相关参数。
2.根据权利要求1所述的基于现场总线的分布式监控***，其特征在于，所述基于现场总线的分布式监控***还包括：
冗余服务器模块，用于提供与数据显示存储模块相同的数据显示、存储、报警和屏蔽功能，
所述冗余服务器模块通过工业以太网与数据显示存储模块进行数据交互。
3.根据权利要求2所述的基于现场总线的分布式监控***，其特征在于，所述数据显示存储模块包括：
主服务器，所述主服务器连接通讯板卡以及工业交换机；
冗余服务器模块包括：
冗余服务器，所述冗余服务器通过工业以太网连接主服务器的工业交换机。
4.根据权利要求3所述的基于现场总线的分布式监控***，其特征在于，所述分布式数据采集模块包括：
设备运行参数采集模块，包括N个分布式模拟量采集模块，用于采集设备运行过程中设备本身的相关参数；
仪器仪表采集模块，包括M个通讯转换模块，用于直接相连现场仪器仪表获取仪器仪表的相关参数；
传感器采集模块，包括L个分布式模拟量采集模块，用于采集设备所在现场环境中的各相关参数：真空度、气压、流量、温度、湿度。
5.根据权利要求3所述的基于现场总线的分布式监控***，其特征在于，所述设备运行参数采集模块的N个分布式模拟量采集模块通过CAN总线与CAN转以太网模块连接，对设备运行参数进行实时采集，再经过工业交换机上传至主服务器；
所述仪器仪表采集模块的M个通讯转换模块通过RS485总线上传至通讯板卡，再经通讯板卡上传至主服务器；
所述传感器采集模块的L个分布式模拟量采集模块通过RS485总线上传至通讯板卡，再经通讯板卡上传至主服务器。
6.根据权利要求3所述的基于现场总线的分布式监控***，其特征在于，所述电磁阀控制模块包括：
K个分布式电磁阀控制器,K个所述分布式电磁阀控制器通过CAN总线与CAN转以太网模块连接，通过工业交换机获取主服务器的控制信号，完成电磁阀的远控开闭控制和状态反馈。
7.适用于根据权利要求1-6任一所述的基于现场总线的分布式监控***的监控方法，其特征在于，所述基于现场总线的分布式监控方法包括以下步骤：
S1：启动监控***；
S2：依次主服务器上的OPC服务器、主WinCC程序；
S3：启动冗余服务器上的辅助WinCC程序；
S4：通过各采集模块归集传感器、仪器仪表和设备的各项参数，同时根据操作人员的设置输出电磁阀开闭控制信号；
S5：在主服务器和冗余服务器的工业计算机上进行数据显示和存储；
S6：实时判断各个数据有无超过限值的情况发生，若有则产生报警；若没有报警产生，则回到步骤S4；
S7：若产生报警则输出声光颜色报警，并存储该报警产生时的各种状态和信息；
S8：报警确认。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7所述的基于现场总线的分布式监控方法。
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