一種采用工業測控執行器的控制網絡系統的制作方法
【專利摘要】本發明的技術方案是提供了一種采用工業測控執行器的控制網絡系統，包括位于外圍設備層的各被監控設備，位于數據處理層的各控制器及位于中心應用層的監控工作站，監控工作站與各控制器建立數據通訊，其特征在于，還包括位于數據處理層與外圍設備層之間的測控執行層，在測控執行層布置多個上述的工業測控執行器。本發明是一種應用于復雜的工業控制系統中的數據采集和控制執行裝置，尤其適用于控制中心與被監控設備距離較遠、且布線不方便的場合。采用該發明裝置，可以極大地節約控制電纜，降低施工難度，促進施工進度，保障施工質量，提高運營維護水平。
【專利說明】
一種采用工業測控執行器的控制網絡系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種采用工業測控執行器后的控制網絡系統，主要應用于工業自動化控制系統，在涉及由控制中心與被監控設備組成的系統中都能廣泛運用，尤其適用于控制中心與被監控設備距離較遠、且布線不方便的場合，具體適用行業領域包括但不局限于道路隧道、地鐵、高鐵、城市地下綜合管廊、港口碼頭、電力、水利、石化、礦業、冶金、風電、太陽能，以及智能機械、智能工廠等。
【背景技術】
[0002]工業自動化技術是一種運用控制理論或算法，并結合控制器、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目標的綜合性技術，主要包括工業自動化軟件、控制中心設備和外圍被監控設備三大部分。
[0003]基于遠程監控的自動化系統方案，目前主要采用含中心應用層、數據處理層和外圍設備層的控制架構，如圖1所示。
[0004]其中，中心應用層主要包括操作計算機、通訊轉化設備、數據存儲服務器、以及上位應用軟件等。中心應用層是管理人員完成監測數據、控制設備、設置預案、維護系統等各類管理操作的平臺，一般一個項目或者一個系統配置一個監控室或者監控工作站。
[0005]數據處理層主要包括控制處理器、通訊設備、1模塊、繼電器、斷路器、端子排、防雷器、以及成套組裝的柜體等，根據每個系統的需要而配置。目前主流的控制處理器主要有PLC、PAC、DCS，以及基于單片機技術開發的各類控制器等。數據處理層主要是匯聚外圍設備層與中心應用層的各類數據，并作相關邏輯分析，從而向下端的外圍設備層發布控制指令，向上端的中心應用層反饋監控狀態。
[0006]外圍設備層是指所有被監控的對象，根據各類自控系統的功能要求而不同。比如隧道機電監控系統的外圍設備層主要包括風機、照明燈具、交通信號燈、車道指示器、橫洞卷簾門、光強檢測器、C0/VI檢測器等等。
[0007]目前，在中心應用層、數據處理層以及外圍設備層三個部分都各自比較分散的系統中，傳統控制網絡圖如2所示。
[0008]傳統控制網絡中，在被監控設備分散且距離較遠時，需要大量控制電纜，給項目施工和運營故障排查、維護改造都帶來極大困擾。
【發明內容】
[0009]本發明要解決的技術問題是:降低控制網絡中控制電纜的布線量。
[0010]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種采用工業測控執行器的控制網絡系統，包括位于外圍設備層的各被監控設備，位于數據處理層的各控制器及位于中心應用層的監控工作站，監控工作站與各控制器建立數據通訊，其特征在于，還包括位于數據處理層與外圍設備層之間的測控執行層，在測控執行層布置多個工業測控執行器，每個工業測控執行器包括用于與控制建立數據通訊的通訊模塊、用于與各被監控設備相連的接線端子排及處理器單元，接線端子排具有數量可配置的數字量控制輸出接口、模擬量控制輸出接口、數字量信號輸入接口及模擬量信號輸入接口，通過數字量信號輸入接口及模擬量信號輸入接口采集到的輸入信號經由光電隔離單元傳輸給處理器單元，由處理器單元輸出的模擬控制信號經由光電隔離單元傳輸給模擬量控制輸出接口，由處理器單元輸出的數字控制信號則經由繼電器組傳輸給數字量控制輸出接口，一個控制器與N個工業測控執行器通過通訊線纜串接，采用匹配的總線協議進行通訊，N多I，每個工業測控執行器與被監控設備一對一連接。
[0011]本發明公開的一種工業測控執行器是一種連接于控制器與被監控設備之間的裝置，能夠將被監控設備的數據傳輸給控制器，同時也執行控制器發布的控制指令。本發明是一種應用于復雜的工業控制系統中的數據采集和控制執行裝置，尤其適用于控制中心與被監控設備距離較遠、且布線不方便的場合。采用該發明裝置，可以極大地節約控制電纜，降低施工難度，促進施工進度，保障施工質量，提高運營維護水平。
【附圖說明】
[0012]圖1為傳統控制架構圖；
[0013]圖2為傳統控制網絡圖，圖中的虛線為光纖或總線，實線為控制電纜；
[0014]圖3為工業測控執行器組成示意圖；
[0015]圖4為采用工業測控執行器后的控制架構圖；
[0016]圖5為采用工業測控執行器后的控制網絡圖，圖中的實線為通訊電纜，雙實線為控制電纜。
【具體實施方式】
[0017]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
[0018]如圖3所示，本發明提供的一種工業測控執行器由電源、防浪涌保護模塊、通訊模塊、處理器芯片、光電隔離模塊、繼電器組、狀態顯示模塊、接線端子排等功能元器件組成。
[0019]關于該發明裝置的供電說明:工業測控執行器既能接受120?250VAC供電，也能接受10?48VDC供電。可以根據現場供電條件自由選擇，增強了工業現場的適用性。供電線路采用了防浪涌保護措施。
[0020]關于該發明裝置的通訊說明:不同系列的工業測控執行器分別采用不同方式的通訊協議，包括有線通訊和無線通訊。其中有線通訊包括但不限于Ethernet、Modbus，Profibus，Interbus，Prof inet，DeviceNet，CAN，CC-Link，HART以及自有開發的協議等；無線通訊包括但不限于無線局域網802.11 (W1-Fi)，ZigBee ,Bluetooth以及自有開發的協議等。可以根據對接的控制器類型和現場環境所具備的條件進行選擇。采用通訊方式的工業測控執行器可以實現將相關被控設備用一根通訊線纜串在一起，極大的簡化了布線，提高了系統的穩定性。
[0021]關于該發明裝置的測控功能說明:工業測控執行器將監測和控制的功能集成一體。其中監測功能是指采集被控設備的輸入信號，包括數字量輸入信號DI和模擬量輸入信號Al;控制功能是指輸出信號給被控設備，實現對被控設備的控制功能，包括數字量控制信號DO和模擬量控制信號A0。輸入信號(DI\AI)和模擬量控制信號AO都采取光電隔離措施，防止外部信號干擾，實現信號的穩定。每路數字量控制信號DO通過繼電器輸出，能夠擴大控制范圍、轉換控制電路、實現電路保護等，比如可以直接控制220V高壓電路通斷。每個工業測控執行器裝置的D1、D0、A1、A0點數可以根據實際應用需求配置，比如某被控設備有4個狀態輸入(DI)，2路數字量控制輸出(DO)，4路模擬量信號輸入(Al)，則對應的工業測控執行器選用4DI\2D0\4AI的規格。
[0022]關于該發明裝置的顯示功能說明:工業測控執行器帶有顯示面板，可以是指示燈面板，也可以是液晶屏面板。主要顯示包括但不限于電源狀態、通訊狀態、各種輸入輸出點位狀態等。通過顯示功能，可以直觀的了解該裝置的各種工作狀態信息。
[0023]關于該發明裝置的處理器說明:工業測控執行器可以采用多種處理器實現功能，包括但不限于嵌入式微控制器，如8051、？51乂4、1?^-251等;嵌入式微處理器，如41?1^1186/88、CPLD/FPGA，等；嵌入式數字信號處理器(DSP)，如TMS320，MCS-296，DSP56000等；嵌入式片上系統(S0C)。針對不同的處理器，開發相適應的軟件實現通訊、監測、控制、預案等功能。
[0024]關于該發明裝置的防護等級說明:根據使用環境場合，工業測控執行器可以采用低防護等級(IP20)至高防護等級(IP68)間的不同規格。
[0025]工業測控執行器的發明是上述內容的智能集成，是一種應用于復雜的工業控制系統中的數據采集和控制執行裝置，尤其適用于控制中心與被監控設備距離較遠、且布線不方便的場合。采用該發明裝置，可以極大地節約控制電纜，降低施工難度，促進施工進度，保障施工質量，提高運營維護水平。
[0026]據圖5所示，工業測控執行器是應用于數據處理層和外圍設備層之間的一種裝置，在圖5中，MCA-1至MAC-N表示N個工業測控執行器。
[0027]在控制系統中，工業測控執行器與控制器之間采用匹配的總線協議進行通訊，一個控制器下所有的工業測控執行器通過通訊線纜串接，不需要重復布線接線，極大的簡化了系統線路。
[0028]工業測控執行器與外圍設備是一對一聯接，不需要配置繼電器、斷路器、電源等附件，并且就近放置于被控設備附近，極大的節省控制電纜，不會導致接線錯誤，也大大提高了系統的集成度，現場不再需要額外的控制柜等設施。
[0029]工業測控執行器內置處理器，可以實現各種控制預案。例如，當控制器損壞或通訊線路中斷，能自動啟動預設方案，確保被控狀態，從而極大地提高了整體控制系統的穩定性和智能化。
[0030]通過采用本發明提供的裝置，在傳統的控制系統中實現了技術創新，能夠實現節省造價、簡化施工、利于維護等多方面的優化升級。尤其適用于公路隧道、城市地下綜合管廊、地鐵、高鐵、港口碼頭等各種存在被監控設備分散且距離遠的場合。
【主權項】
1.一種采用工業測控執行器的控制網絡系統，包括位于外圍設備層的各被監控設備，位于數據處理層的各控制器及位于中心應用層的監控工作站，監控工作站與各控制器建立數據通訊，其特征在于，還包括位于數據處理層與外圍設備層之間的測控執行層，在測控執行層布置多個工業測控執行器，每個工業測控執行器包括用于與控制建立數據通訊的通訊模塊、用于與各被監控設備相連的接線端子排及處理器單元，接線端子排具有數量可配置的數字量控制輸出接口、模擬量控制輸出接口、數字量信號輸入接口及模擬量信號輸入接口，通過數字量信號輸入接口及模擬量信號輸入接口采集到的輸入信號經由光電隔離單元傳輸給處理器單元，由處理器單元輸出的模擬控制信號經由光電隔離單元傳輸給模擬量控制輸出接口，由處理器單元輸出的數字控制信號則經由繼電器組傳輸給數字量控制輸出接口，一個控制器與N個工業測控執行器通過通訊線纜串接，采用匹配的總線協議進行通訊，N多I，每個工業測控執行器與被監控設備一對一連接。
【文檔編號】G05B19/042GK105911930SQ201610452703
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】李宏亮, 白亮
【申請人】上海吞山智能科技有限公司