專利名稱：一體化采集控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油化工的自動控制領(lǐng)域，特別涉及一體化采集控制設(shè)備。
背景技術(shù)：
在油氣田生產(chǎn)及其它石油工業(yè)的各個領(lǐng)域信息技術(shù)也逐步得到應(yīng)用。隨著“數(shù)字油田”、“數(shù)字石化”、“數(shù)字石油”等新的石油行業(yè)信息化理念被普遍接受，全球石油石化企業(yè)信息新一輪的信息化競賽已經(jīng)進入了實力較量階段。石油石化企業(yè)已經(jīng)發(fā)展到了離開信息系統(tǒng)就無法生存的地步，全面數(shù)字化已經(jīng)成為各石油企業(yè)逐鹿中原的重要戰(zhàn)略。一體化采集控制設(shè)備是一種遠程測控單元裝置，負責對現(xiàn)場信號、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，一體化采集控制設(shè)備通常要具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計算功能。正是由于一體化采集控制設(shè)備完善的功能。使得一體化采集控制設(shè)備產(chǎn)品在SCADA系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。一體化采集控制設(shè)備可以有幾個、幾十個或上百個組成，可以放置在測量點附近的現(xiàn)場。一體化采集控制設(shè)備至少具備以下兩種功能數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)據(jù)傳輸(網(wǎng)絡(luò)通信)，當然，許多一體化采集控制設(shè)備還具備PID控制功能或邏輯控制功能及各類專業(yè)的特殊算法和控制等等。一體化采集控制設(shè)備具有豐富的通信接口，支持多種通信方式，通信距離不受限制，在廣域分布式測控系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用。基于一體化采集控制設(shè)備技術(shù)的數(shù)據(jù)采集傳輸儀作為專業(yè)的工業(yè)產(chǎn)品，在安裝上更加集成化，且對環(huán)境要求低；采用嵌入式操縱系統(tǒng)，更高的網(wǎng)絡(luò)安全性能，適合長期運行免于維護的監(jiān)測系統(tǒng)使用。在生產(chǎn)過程自動化裝置中，DCS控制系統(tǒng)、PLC控制器是兩類應(yīng)用最廣泛的自動化控制產(chǎn)品，20世紀80年代之前，這些控制器的I/O卡件均集中在遠離現(xiàn)場的控制室內(nèi)，與現(xiàn)場裝置儀表(其中包括AI/A0模擬量輸入輸出裝置和DI/D0開關(guān)量輸入輸出裝置等)的連接線都是一對一直接接線，我們現(xiàn)在還可以在很多現(xiàn)場看到進出控制室的大量電纜和敷設(shè)電纜的大尺寸橋架。在80年代后期，PLC、DCS兩類控制系統(tǒng)先后推出遠離控制室安裝的遠程I/O卡件，它安裝在現(xiàn)場，可就近與現(xiàn)場裝置連線，而這些遠程I/O卡件與安裝在控制室的控制器是通過單根電纜的通信實現(xiàn)信息交換。但也同時遇到了受制于安裝地點的環(huán)境因素的影響，限制了其進行更大范圍的應(yīng)用。隨著一體化采集控制設(shè)備的出現(xiàn)這方面的問題也隨之得到了解決，一體化采集控制設(shè)備在遠端數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換及通信方面的優(yōu)勢明顯。90年代后期通信技術(shù)不斷發(fā)展帶動了 SCADA系統(tǒng)有了長足發(fā)展，一體化采集控制設(shè)備產(chǎn)品有了更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為自動化行業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用的一個重要分支。隨著中國的工業(yè)化水平和信息化水平不斷提高，SCADA系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。低碳經(jīng)濟、綠色環(huán)保的需求，更加使得市場對一體化采集控制設(shè)備產(chǎn)品的需求呈持續(xù)增加態(tài)勢，對產(chǎn)品性能的要求也越來越高，推動了行業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)業(yè)升級。在油氣行業(yè)生產(chǎn)方面，中國的三大石油生產(chǎn)集團已經(jīng)進入國際市場，正在承受著日益加大的來自國際石油行業(yè)的競爭壓力。以低勞務(wù)成本取勝不會是永遠的優(yōu)勢。數(shù)字石油建設(shè)對提高油氣開發(fā)與生產(chǎn)能力和管理決策水平、降低經(jīng)營風險具有重大意義。另外，數(shù)字油田和數(shù)字石化也是石油石化企業(yè)全面升級與再造的需要。這些需求越來越迫切，越來越復(fù)雜，越來越苛亥IJ，只有建設(shè)全面數(shù)字化的油田和企業(yè)才是最終的解決之道。而組成數(shù)字油田最基本單元就是一體化采集控制設(shè)備控制器。長輸管線和城市管網(wǎng)以及市政供水領(lǐng)域是SCADA系統(tǒng)運用最為廣泛的行業(yè)，是一體化采集控制設(shè)備應(yīng)用最為密集的行業(yè)，也是應(yīng)用最為成熟的行業(yè)。在其它眾多行業(yè)中，一體化采集控制設(shè)備都是可以得到廣泛應(yīng)用的，因此，市場前景非常廣闊。由此吸引了更多的國際知名自動化公司參與到一體化采集控制設(shè)備的研發(fā)制造中來。現(xiàn)有的技術(shù)是有線一體化采集控制設(shè)備和無線一體化采集控制設(shè)備分開設(shè)計的，是兩個單獨的產(chǎn)品。1、有線一體化采集控制設(shè)備一體化采集控制設(shè)備是現(xiàn)場儀表與上位機系統(tǒng)的連接器。一體化采集控制設(shè)備通過數(shù)字通道、模擬通道、開關(guān)量通道采集監(jiān)測儀表的檢測數(shù)據(jù)、狀態(tài)等信息，然后通過傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)、狀態(tài)傳輸至上位機。如圖1所示，有線一體化采集控制設(shè)備由主控制器CPU、FRAM存儲器、RS232、RS485、供電電路、復(fù)位電路、模擬量輸入組成。本方案設(shè)計中，采用RS485進行通訊，使用的是MODBUS通訊協(xié)議；使用主控制器CPU完成控制、采集、運算、通訊處理等全部功能；復(fù)位電路避免因掉電或者電壓不穩(wěn)定造成單片機程序錯誤或者程序執(zhí)行錯誤。2、無線一體化采集控制設(shè)備如圖2所示，無線一體化采集控制設(shè)備由主控制器CPU、FRAM存儲器、RS232、RS485、供電電路、復(fù)位電路、GPRS模塊以及RF無線傳輸模塊組成。本方案設(shè)計中，采用RS485進行通訊，使用的是MODBUS通訊協(xié)議；使用主控制器CPU完成控制、采集、運算、通訊處理等全部功能；復(fù)位電路避免因掉電或者電壓不穩(wěn)定造成單片機程序錯誤或者程序執(zhí)行錯誤；通過RF無線傳輸模塊將采集到的參數(shù)通過RS232或者無線傳輸至上位機?，F(xiàn)有技術(shù)的主要缺點是對于有線一體化采集控制設(shè)備來說，現(xiàn)場布線時有些地方布線不方便，甚至無法布線；對于無線一體化采集控制設(shè)備來說，帶寬低、傳輸?shù)木嚯x有限(一般不超過30公里)、通信容易受天氣和電磁干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有無線一體化采集控制設(shè)備和有線一體化采集控制設(shè)備雙重功能的一體化采集控制設(shè)備，使用無線配置可以解決一些地方布線的問題，使用有線配置同時又解決了信號受天氣影響和電磁干擾嚴重地區(qū)的通信問題。本發(fā)明提供了一體化采集控制設(shè)備，其包括主控制器CPU、存儲器、第一通信接口、第二通信接口、無線通訊裝置、供電電路和復(fù)位電路，其中，所述供電電路和所述復(fù)位電路分別與所述主控制器CPU連接，所述存儲器、所述第一通信接口、所述第二通信接口和無線通訊裝置分別與所述主控制器CPU通信，所述第一通信接口和所述無線通訊裝置還與主控系統(tǒng)通信，所述第二通信接口和所述無線通訊裝置還與現(xiàn)場設(shè)備通信，所述第一通信接口和所述第二通信接口還與所述存儲器通信。本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，所述第一通信接口是RS232，所述第二通信接口是 RS485。本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，所述無線通訊裝置包括GPRS模塊和RF無線傳輸模塊，所述RF模塊用于與現(xiàn)場的設(shè)備通信，所述GPRS無線傳輸模塊用于將一體化采集控制設(shè)備所采集到的參數(shù)傳輸至主控系統(tǒng)。本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，一體化采集控制設(shè)備還包括模擬模擬輸入接口和低通有源模擬濾波器，所述模擬模擬輸入接口的輸出端與低通有源模擬濾波器的輸入端連接，所述低通有源模擬濾波器的輸出端與所述主控制器CPU連接。本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，所述RS485為半雙工的，所發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)符合MODBUS協(xié)議，所述RS485的波特率和奇偶校驗設(shè)置保存在flash中；所述RS232為全雙工的，所發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)符合MODBUS協(xié)議，所述RS232的波特率、奇偶校驗設(shè)置保存在flash中。本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，還包括10M/100M以太網(wǎng)，所述的RS232和網(wǎng)口共用CPU的一個UART接口。本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，所述現(xiàn)場設(shè)備包括儀表、流量計和變頻器。本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，所述存儲器為FRAM，其接口為SPI接口。本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，還包括硬件看門狗、RTC實時時鐘、DI信號輸入端、PI電路、晶體管輸出DO和Al接線方式的輸入端，所述供電電路的輸出端與所述硬件看門狗的一端連接，所述硬件看門狗的另一端與所述主控制器CPU連接，RTC實時時鐘、DI信號輸入端、PI電路、晶體管輸出DO和Al接線方式的輸入端分別與所述主控制器CPU連接。本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，在主動系統(tǒng)的控制下，所述一體化采集控制設(shè)備存儲轉(zhuǎn)發(fā)與之連接的其它一體化采集控制設(shè)備的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的技術(shù)效果在于，本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，同時具有無線和有線一體化采集控制設(shè)備，使用無線可以解決一些地方布線的問題，使用有線同時又解決了信號受天氣影響和電磁干擾嚴重地區(qū)的通信問題，既節(jié)省了成本又能可靠的接收和傳輸數(shù)據(jù)。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一個具體實施例的示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中另一個具體實施例的示意圖；圖3為本發(fā)明一個具體實施例的示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。以下將結(jié)合說明書附圖，詳細描述本發(fā)明。本發(fā)明提供了一種一體化采集控制設(shè)備，其包括主控制器CPU、存儲器、第一通信接口、第二通信接口、無線通訊裝置、供電電路和復(fù)位電路，其中，所述供電電路和所述復(fù)位電路分別與所述主控制器CPU連接，所述存儲器、所述第一通信接口、所述第二通信接口和無線通訊裝置分別與所述主控制器CPU通信，所述第一通信接口和所述無線通訊裝置還與主控系統(tǒng)通信，所述第二通信接口和所述無線通訊裝置還與現(xiàn)場設(shè)備通信，所述第一通信接口和所述第二通信接口還與所述存儲器通信。主控系統(tǒng)運行在監(jiān)控中心的上位機中。作為本發(fā)明的一個具體實施例，如圖3所示，其包括主控制器CPU、FRAM存儲器、RS232、RS485、無線通訊部分、供電電路、IOM/1OOM以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)部分、濾波電路和復(fù)位電路，另外還包括硬件看門狗，RTC實時時鐘，脈沖輸入，模擬輸入和數(shù)字輸入/輸出。本發(fā)明的一體化采集控制設(shè)備，采用RS485進行通訊，采用RS232與主機通訊；也可以通過無線通訊與主機通訊；還可以通過可選的以太網(wǎng)模塊與主機通訊；使用主控制器MCU完成控制、采集、運算、通訊處理等全部功能；為了避免外部干擾信號干擾采集的有用信號，在模擬輸入端加入低通有源模擬濾波器，濾除沒有用的高頻噪聲，保留低頻信號，把這個低頻信號加入單片機的ADC內(nèi)，進行采集。復(fù)位電路避免因掉電或者電壓不穩(wěn)定造成單片機程序錯誤或者程序執(zhí)行錯誤。本發(fā)明的一體化采集控制設(shè)備，通過半雙工的RS485現(xiàn)場的流量計和變頻器通訊，發(fā)送和接收符合MODBUS協(xié)議的數(shù)據(jù)，可以通過RS232 (或者網(wǎng)口)把采集的信息發(fā)送到上位控制系統(tǒng)中，或者需要的數(shù)據(jù)發(fā)送給變頻器。RS485的波特率、奇偶校驗設(shè)置保存在flash中，在下一次上電是保存為上一次的設(shè)置值，沒有設(shè)置值時采用默認波特率和奇偶校驗通訊。通過全雙工的RS232與主控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)模擬輸入的采集、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、脈沖輸入功能，同時把數(shù)據(jù)上傳到主控系統(tǒng)。協(xié)議為MODBUS。RS232的波特率、奇偶校驗設(shè)置保存在flash中，在下一次上電是保存為上一次的設(shè)置值，沒有設(shè)置值時采用默認波特率和奇偶校驗通訊。通過10M/100M的以太網(wǎng)與主控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)模擬輸入的采集、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、脈沖輸入功能，同時把數(shù)據(jù)上傳到主控系統(tǒng)。協(xié)議為M0DBUS/TCP或者M0DBUS/UDP。無線模塊用于與現(xiàn)場儀表通訊，通過ZIGBEE無線與現(xiàn)場的溫度、壓力、一體化示功儀通訊，再通過RS232 (或者網(wǎng)口)發(fā)送到上位控制系統(tǒng)中。所述的RS232和網(wǎng)口共用CPU的一個UART接口，即使用RS232就不能使用網(wǎng)口。FRAM使用SPI接口，F(xiàn)RAM產(chǎn)品結(jié)合了 ROM的非易性數(shù)據(jù)存儲性能和RAM的優(yōu)勢，具有幾乎無限次的讀寫次數(shù)、高速讀寫周期和低功耗特點。FRAM用于存儲一些掉電保存，并需要經(jīng)常寫入、讀出的數(shù)據(jù)。如總的運行時間、運行配置參數(shù)等。電源具有反向保護功能。所述的DI采用光耦與單片機隔離，DI信號的是基于一個參考端的。DI信號可以為繼電器的輸出。還有2路PI電路用于接高速的脈沖信號。DO是晶體管輸出，需要外部供電，與單片機的電源隔離。Al接線方式支持兩線制方式儀表。可以對模擬輸入的采集通道，把載荷和角位移傳感器的輸入信號進行功圖分析，然后把功圖存入到FRAM中。同時可以采集8路模擬通道的數(shù)據(jù)，采集6路數(shù)字輸入，采集2路的脈沖輸入，可以輸出數(shù)字FET型輸出。輸入信號可以通過通訊讀出；輸出可以通過通訊設(shè)置，而且輸出在下一次上電時保存為上一次的設(shè)置值。8路模擬輸入通道可以通過軟件校準由采樣電阻等外圍器件造成的采集精度不高。RTC具有后備電源，工業(yè)鋰電池。本發(fā)明的一體化采集控制設(shè)備具有通訊功能，可以通過RS232或者100M網(wǎng)口與上位采集系統(tǒng)進行數(shù)字通訊，通過配置可以直接和GPRS電臺，或轉(zhuǎn)接后和無線網(wǎng)橋連接進行遠程數(shù)據(jù)通信；具有存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能，即監(jiān)控中心無法直接與邊遠油井采集點通訊，可以任意制定中間位置的一體化采集控制設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；具有模塊擴展功能，多余一個模塊的輸入容量時，可以方便并列模塊進行擴展；多通道輸入輸出功能模擬量輸入、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出；具有遠程診斷功能，即一體化采集控制設(shè)備模塊與連接的變送器的故障不僅直接在面板上以指示燈的方式顯示，同時也可以在監(jiān)控中心計算機巡檢獲得模塊故障信息(變送器故障，變送器線路，系統(tǒng)溫度，電源，工作電流，存儲器，通信故障)；具有故障自動停機功能，如設(shè)定的最小載荷、最大載荷、井口溫度、井口壓力超限自動停機控制，再比如對電機的缺相、過流、過載的保護停機等；具有功圖數(shù)據(jù)存儲功能，可以存儲1000套示功圖數(shù)據(jù)(單獨采集功圖時)；具有編程控制抽油機運行的功能，自動間隔抽油控制等。一體化采集控制設(shè)備，將有線一體化采集控制設(shè)備和無線一體化采集控制設(shè)備集成到一個PCB上，不但節(jié)省了成本，還增強了一體化采集控制設(shè)備的功能。不僅使施工方便，在有線一體化采集控制設(shè)備無法布線的地方可以使用無線，在無線信號有局限性的地方可以使用有線，這個方案將是有線一體化采集控制設(shè)備和無線一體化采集控制設(shè)備的一個互補方案，充分發(fā)揮了各自的優(yōu)點。應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明而非限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1.一體化采集控制設(shè)備，其特征在于，其包括主控制器CPU、存儲器、第一通信接口、第二通信接口、無線通訊裝置、供電電路和復(fù)位電路，其中，所述供電電路和所述復(fù)位電路分別與所述主控制器CPU連接，所述存儲器、所述第一通信接口、所述第二通信接口和無線通訊裝置分別與所述主控制器CPU通信，所述第一通信接口和所述無線通訊裝置還與主控系統(tǒng)通信，所述第二通信接口和所述無線通訊裝置還與現(xiàn)場設(shè)備通信，所述第一通信接口和所述第二通信接口還與所述存儲器通信。
2.如權(quán)利要I所述的一體化采集控制設(shè)備，其特征在于，所述第一通信接口是RS232，所述第二通信接口是RS485。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一體化采集控制設(shè)備，其特征在于，所述無線通訊裝置包括GPRS模塊和RF無線傳輸模塊，所述RF無線傳輸模塊用于與現(xiàn)場的設(shè)備通信，所述GPRS模塊用于將一體化采集控制設(shè)備所采集到的參數(shù)傳輸至主控系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要3所述的一體化采集控制設(shè)備，其特征在于，一體化采集控制設(shè)備還包括模擬模擬輸入接口和低通有源模擬濾波器，所述模擬模擬輸入接口的輸出端與低通有源模擬濾波器的輸入端連接，所述低通有源模擬濾波器的輸出端與所述主控制器CPU連接。
5.如權(quán)利要4所述的一體化采集控制設(shè)備，其特征在于，所述RS485為半雙工的，所發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)符合MODBUS協(xié)議，所述RS485的波特率和奇偶校驗設(shè)置保存在flash中；所述RS232為全雙工的，所發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)符合MODBUS協(xié)議，所述RS232的波特率、奇偶校驗設(shè)置保存在flash中。
6.如權(quán)利要3所述的一體化采集控制設(shè)備，其特征在于，還包括10M/100M以太網(wǎng)，所述的RS232和網(wǎng)口共用一個UART接口。
7.如權(quán)利要3所述的一體化采集控制設(shè)備，其特征在于，所述現(xiàn)場設(shè)備包括儀表、流量計和變頻器。
8.如權(quán)利要3所述的一體化采集控制設(shè)備，其特征在于，所述存儲器為FRAM，其接口為SPI 接口。
9.如權(quán)利要3所述的一體化采集控制設(shè)備，其特征在于，還包括硬件看門狗、RTC實時時鐘、DI信號輸入端、PI電路、晶體管輸出DO和Al接線方式的輸入端，所述供電電路的輸出端與所述硬件看門狗的一端連接，所述硬件看門狗的另一端與所述主控制器CPU連接，RTC實時時鐘、DI信號輸入端、PI電路、晶體管輸出DO和Al接線方式的輸入端分別與所述主控制器CPU連接。
10.如權(quán)利要3所述的一體化采集控制設(shè)備，其特征在于，在主控系統(tǒng)的控制下，所述一體化采集控制設(shè)備存儲轉(zhuǎn)發(fā)與之連接的其它一體化采集控制設(shè)備的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一體化采集控制設(shè)備，其包括主控制器CPU、存儲器、第一通信接口、第二通信接口、無線通訊裝置、供電電路和復(fù)位電路，其中，供電電路和復(fù)位電路分別與主控制器CPU連接，存儲器、第一通信接口、第二通信接口和無線通訊裝置分別與主控制器CPU通信，第一通信接口和無線通訊裝置還與主控系統(tǒng)通信，第二通信接口和無線通訊裝置還與現(xiàn)場設(shè)備通信，第一通信接口和/或第二通信接口還與存儲器通信。本發(fā)明所提供的一體化采集控制設(shè)備，同時具有無線和有線傳輸功能，使用無線可以解決一些地方布線的問題，使用有線同時又解決了信號受天氣影響和電磁干擾嚴重地區(qū)的通信問題，既節(jié)省了成本又能可靠的接收和傳輸數(shù)據(jù)。
文檔編號G05B19/418GK103034202SQ20121053244
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者郭月明, 劉守會, 邊飛, 蘭蘭, 王雨 申請人:北京中油瑞飛信息技術(shù)有限責任公司, 中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司