CN202025227U - 热力站can总线监控*** - Google Patents

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孙旭
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Beijing Thermal Intelligent Control Technology Co., Ltd.
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Abstract

本实用新型公开了一种热力站CAN总线监控***，包括CAN总线、模拟量IO模块、数字量IO模块、交互模块和通信模块；模拟量IO模块采集热力站内温度、压力、电动调节阀实际开度的数值，自动控制电动调节阀的开度；数字量IO模块采集热力站内各种泵的信号，采集液位标志，自动控制各种泵的起停；交互模块采集热表数据，显示各种数据和设置控制参数；通信模块将本地数据上传到数据中心，接收数据中心的指令，与热力站内其它***的信息交互。本实用新型采用分布式体系结构，将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，提高了热力站监控的可靠性。

Description

热力站CAN总线监控***
技术领域
本实用新型涉及自动控制领域，特别涉及一种热力站的监控***。
背景技术
热力站是集中供热***的末端换热场所，热力站管道中流过热水的温度、压力、流量等参数，以及管道上安装的电动调节阀门的状态对于保证最终用户的供热质量有着十分重要的参考价值。目前，热力站中都有监控***对这些参数和状态进行自动采集，同时为了提高供热效率，较为先进的***中也带有自动控制电动调节装置的功能。现有的热力站监控***都是采用集中式控制器，但由于热力站内环境较为恶劣(高温、高湿、电磁干扰大)，同时由于待采集的参数点过多且十分分散，导致成本过高、且稳定性和可维护性普遍不强，需要新的控制***才能更好的适应热力站内的控制现状。
CAN总线是德国BOSCH公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，芯片已经商品化，非常适用于分布式测控***之间的数据通讯。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。
实用新型内容
为解决集中式监控的确定，本实用新型旨在提供一种成本低廉、可靠性高、易于维护的分布式热力站监控***。
本实用新型的热力站CAN总线监控***的技术方案如下：
本实用新型的热力站CAN总线监控***包括CAN总线和连接在所述CAN总线上的模拟量IO模块、数字量IO模块、交互模块和通信模块；所述模拟量IO模块，主要用于采集热力站内温度、压力、电动调节阀实际开度的数值，自动控制电动调节阀的开度；所述数字量IO模块，主要用于采集热力站内各种泵的信号，采集液位标志，自动控制各种泵的起停；所述交互模块，主要用于采集热表数据，显示各种数据和设置控制参数；所述通信模块，主要用于将本地数据上传到数据中心，接收数据中心的指令，与热力站内其它***的信息交互；所述CAN总线，主要用于所述模拟量IO模块、数字量IO模块、交互模块和通信模块之间的数据通讯。
优选的，所述模拟量IO模块、数字量IO模块、交互模块和通信模块中都包括用于控制模块功能实现的CPU，和用于通过所述CAN总线与其他模块进行通信的CAN总线通信单元。
优选的，所述CAN总线通信单元包括控制电路、总线驱动电路和CAN接口；所述控制电路，负责将数据拆分和打包，将所述CAN总线上的数据组合成连续的数据传递给所述CPU；所述总线驱动电路，负责所述CAN总线的bit电平的产生或解调；所述CAN接口，负责将打包好的数据以所述CAN总线的bit流方式发送出去，或者接收所述CAN总线的bit流数据。
优选的，所述模拟量IO模块还包括模拟量采集单元和模拟量输出单元；所述模拟量采集单元，包括采集端口部分、信号调理部分和A/D转换部分；所述采集端口部分负责4-20mA信号的供电和接收，并具有防短接功能；所述信号调理部分，负责将采集的信号进行整理和变换；所述A/D转换部分负责将模拟信号转变为数字信号并传递给所述模拟量IO模块的CPU；所述模拟量输出单元，包括D/A转换部分、驱动电路部分和输出端口部分；所述D/A转换部分，负责将CPU计算出数字信号模拟化；所述驱动电路部分，负责将输出信号进行放大和调理；所述输出端口部分，负责将输出信号安全的发送出去。
优选的，所述数字量IO模块还包括数字量采集单元和数字量输出单元；所述数字量采集单元，包括采集端口部分、信号调理部分和采集信号数字滤波部分；所述采集端口部分负责信号的采集；所述信号调理部分，负责将采集的信号进行整理和变换；所述采集信号数字滤波部分负责过滤采集的数字量信号的非正常跳变和异动；所述数字量输出单元，包括输出端口部分、驱动电路部分和输出信号数字滤波部分；所述输出端口部分负责将输出信号安全的发送出去；所述驱动电路部分负责将输出信号进行调理和功率放大；所述输出信号数字滤波部分负责过滤输出数字量信号的非正常跳变和异动。
优选的，交互模块还包括RS232接口、RS485接口和控制终端；所述RS232接口负责连接热表，读取热表数据；所述RS485接口负责连接控制终端，用于与用户交互；所述控制终端用于接收用户的指令。
优选的，所述控制终端为显示屏和键盘，或者为触摸屏。
优选的，所述通信模块还包括RS232接口和RS485接口；所述RS234接口负责连接DTU用于数据无线通信；所述RS485接口负责连接热力站内其它控制***用于数据交换。
优选的，所述CAN总线为双绞线、同轴电缆或光导纤维中的一种。
本实用新型的有益效果如下：
本实用新型的热力站CAN总线监控***，将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，从根本上改变了现有集中监控的缺陷，简化了***结构，提高了***的可靠性和可维护性。采用的CAN总线作为工厂网络底层的现场总线，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能够适应恶劣的现场环境。CAN总线还能采用两线制实现送电与通信，可满足基本安全防爆要求。
附图说明
图1：热力站CAN总线监控***结构图
图2：模拟量IO模块的组成
图3：模拟量IO模块程序流程图
图4：数字量IO模块的组成
图5：数字量IO模块程序流程图
图6：通信模块的组成
图7：通信模块程序流程图
图8：交互模块的组成
图9：交互模块程序流程图
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的技术内容进行说明。
一般来说，热力站自动控制***应该主要完成如下工作：
1)采集热力站内模拟量参数(温度、压力、电动调节阀实际开度)
2)自动控制电动调节阀的开度
3)采集热力站内各种泵的信号(循环泵、补水泵)
4)采集一些必要的液位标志(水箱液位高低)
5)自动控制各种泵的起停
6)采集热表数据
7)显示各种数据和提供设置控制参数的功能
8)将本地数据上传到数据中心，并接收数据中心的指令与热力站内其它***的信息交互
9)与热力站内其它***的信息交互
10)自动报警和运行状态记录
通过简单分析，我们把1)、2)项功能需求规划到一类智能节点，称之为模拟量IO模块；3)、4)、5)项功能需求规划到一类智能节点，称之为数字量IO模块；6)、7)项功能需求规划到一类智能节点，称之为交互模块；8)、9)项功能需求规划到一类智能节点，称之为通信模块；第10)项功能融入到前边4类智能节点当中。如图1所示，上述4类模块都由CAN总线连接起来，实现信息共享。
一、模拟量IO模块的设计与实现
模拟量IO模块需要实现的功能如下：通过传感器变送器出来的4-20mA信号，采集热力站内模拟量参数；根据控制策略，输出电压或者电流控制阀门自动控制电动调节阀的开度；进行CAN总线通信。
图2为模拟量IO模块的组成，包括模拟量采集单元、模拟量输出单元、CAN总线通信单元和CPU。
其中：模拟量采集单元，包括采集端口部分、信号调理部分和A/D转换部分；所述采集端口部分负责4-20mA信号的供电和接收，并具有防短接功能；所述信号调理部分，负责将采集的信号进行整理和变换；所述A/D转换部分负责将模拟信号转变为数字信号并传递给所述模拟量IO模块的CPU。
模拟量输出单元，包括D/A转换部分、驱动电路部分和输出端口部分；所述D/A转换部分，负责将CPU计算出数字信号模拟化；所述驱动电路部分，负责将输出信号进行放大和调理；所述输出端口部分，负责将输出信号安全的发送出去。
CAN总线通信单元包括控制电路、总线驱动电路和CAN接口；控制电路，负责将数据拆分和打包，将CAN总线上的数据组合成连续的数据传递给CPU；总线驱动电路，负责CAN总线的bit电平的产生或解调；CAN接口，负责将打包好的数据以所述CAN总线的bit流方式发送出去，或者接收所述CAN总线的bit流数据
CPU内运行的控制程序负责完成模拟量IO模块的所有功能，程序的整体流程如图3所示。
此模块的程序较为简单，这正是分散化的好处。其中最为核心的程序是实现控制策略部分，目前采用的是带有先验知识的模糊PID控制算法。极端情况下，在所有***模块中，哪怕只有此模块正常运行，依然能保证供热的正常进行(阀门开度控制)，这正是风险分散的结果。
二、数字量IO模块的设计与实现
数字量IO模块需要实现的功能如下：通过继电器触点采集热力站内各种泵(循环泵、补水泵)的信号；通过继电器触点采集一些必要的液位标志(水箱液位高低)；通过继电器触点自动控制各种泵的起停；进行CAN总线通信。
图4所示为数字量IO模块的组成，包括数字量采集单元、数字量输出单元、CAN总线通信单元和CPU。
其中：数字量采集单元，包括采集端口部分、信号调理部分和采集信号数字滤波部分；所述采集端口部分负责信号的采集；所述信号调理部分，负责将采集的信号进行整理和变换；所述采集信号数字滤波部分负责过滤采集的数字量信号的非正常跳变和异动；
数字量输出单元，包括输出端口部分、驱动电路部分和输出信号数字滤波部分；所述输出端口部分负责将输出信号安全的发送出去；所述驱动电路部分负责将输出信号进行调理和功率放大；所述输出信号数字滤波部分负责过滤输出数字量信号的非正常跳变和异动。
CAN总线通信单元与模拟量IO模块中的CAN总线通信单元一样。
CPU内运行的控制程序负责完成数字量IO模块的所有功能，程序的整体流程如图5所示。
此模块的程序较为简单，这正是分散化的好处。其中最为核心的程序是实现控制策略部分，需要根据实际情况进行处理。
三、通信模块需要实现的功能如下：通过DTU和CDMA网络将本地数据上传到数据中心，并接收数据中心的指令；与热力站内智能卡用热***、变频机组等等其它***进行信息交互；进行CAN总线通信。
图6为通信模块的组成，其中RS232接口负责连接DTU用于数据无线通信。RS485接口负责连接热力站内其它控制***用于数据交换。CAN总线通信单元与模拟量IO模块中的CAN总线通信单元一样。
CPU内运行的控制程序负责完成通信模块的所有功能，程序的整体流程如图7所示。
此模块的程序较为简单，这正是分散化的好处。其中最为核心的程序是打包数据部分，需要根据上位机的通信协议来进行；同时当上位机有指令要发给本地控制***时，也是需要在此处进行解析和处理。
四、交互模块的设计与实现
交互模块需要实现的功能如下：通过MBUS总线采集热表数据；通过显示屏和键盘或者触摸屏显示各种数据，提供设置控制参数的功能；进行CAN总线通信。
图8为交互模块的组成，其中RS232接口负责连接热表模块用于读取热表数据。RS485接口负责连接控制终端用于与用户交互。控制终端为显示屏和键盘，或者为触摸屏。CAN总线通信单元与模拟量IO模块中的CAN总线通信单元一样。
CPU内运行的控制程序负责完成交互模块的所有功能，程序的整体流程图9所示。
此模块的程序较为简单，这正是分散化的好处。其中最为核心的程序是读取热表数据部分。此外，为了便于调试，此模块还提供通过串口配置整个控制***参数的接口。

Claims (9)

1.热力站CAN总线监控***，其特征在于：包括CAN总线和连接在所述CAN总线上的模拟量IO模块、数字量IO模块、交互模块和通信模块；
所述模拟量IO模块，主要用于采集热力站内温度、压力、电动调节阀实际开度的数值，自动控制电动调节阀的开度；
所述数字量IO模块，主要用于采集热力站内各种泵的信号，采集液位标志，自动控制各种泵的起停；
所述交互模块，主要用于采集热表数据，显示各种数据和设置控制参数；
所述通信模块，主要用于将本地数据上传到数据中心，接收数据中心的指令，与热力站内其它***的信息交互；
所述CAN总线，主要用于所述模拟量IO模块、数字量IO模块、交互模块和通信模块之间的数据通讯。
2.根据权利要求1所述的热力站CAN总线监控***，其特征在于：所述模拟量IO模块、数字量IO模块、交互模块和通信模块中都包括用于控制模块功能实现的CPU，和用于通过所述CAN总线与其他模块进行通信的CAN总线通信单元。
3.根据权利要求2所述的热力站CAN总线监控***，其特征在于：所述CAN总线通信单元包括控制电路、总线驱动电路和CAN接口；
所述控制电路，负责将数据拆分和打包，将所述CAN总线上的数据组合成连续的数据传递给所述CPU；
所述总线驱动电路，负责所述CAN总线的bit电平的产生或解调；
所述CAN接口，负责将打包好的数据以所述CAN总线的bit流方式发送出去，或者接收所述CAN总线的bit流数据。
4.根据权利要求2所述的热力站CAN总线监控***，其特征在于：所述模拟量IO模块还包括模拟量采集单元和模拟量输出单元；
所述模拟量采集单元，包括采集端口部分、信号调理部分和A/D转换部分；所述采集端口部分负责4-20mA信号的供电和接收，并具有防短接功能；所述信号调理部分，负责将采集的信号进行整理和变换；所述A/D转换部分负责将模拟信号转变为数宇信号并传递给所述模拟量IO模块的CPU；
所述模拟量输出单元，包括D/A转换部分、驱动电路部分和输出端口部分；所述D/A转换部分，负责将CPU计算出数字信号模拟化；所述驱动电路部分，负责将输出信号进行放大和调理；所述输出端口部分，负责将输出信号安全的发送出去。
5.根据权利要求2所述的热力站CAN总线监控***，其特征在于：所述数字量IO模块还包括数字量采集单元和数字量输出单元；
所述数字量采集单元，包括采集端口部分、信号调理部分和采集信号数字滤波部分；所述采集端口部分负责信号的采集；所述信号调理部分，负责将采集的信号进行整理和变换；所述采集信号数字滤波部分负责过滤采集的数字量信号的非正常跳变和异动；
所述数字量输出单元，包括输出端口部分、驱动电路部分和输出信号数字滤波部分；所述输出端口部分负责将输出信号安全的发送出去；所述驱动电路部分负责将输出信号进行调理和功率放大；所述输出信号数字滤波部分负责过滤输出数字量信号的非正常跳变和异动。
6.根据权利要求2所述的热力站CAN总线监控***，其特征在于：所述交互模块还包括RS232接口、RS485接口和控制终端；
所述RS232接口负责连接热表，读取热表数据；所述RS485接口负责连接控制终端，用于与用户交互；所述控制终端用于接收用户的指令。
7.根据权利要求6所述的热力站CAN总线监控***，其特征在于：所述控制终端为显示屏和键盘，或者为触摸屏。
8.根据权利要求2所述的热力站CAN总线监控***，其特征在于：所述通信模块还包括RS232接口和RS485接口；
所述RS234接口负责连接DTU用于数据无线通信；所述RS485接口负责连接热力站内其它控制***用于数据交换。
9.根据权利要求1所述的热力站CAN总线监控***，其特征在于：所述CAN总线为双绞线、同轴电缆或光导纤维中的一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103901886A (zh) * 2012-12-28 2014-07-02 中国科学院沈阳自动化研究所 分布式农机导航控制***通用can节点
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