涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，屬于水利自動化涵閘監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，主要特點(diǎn)是以AT91SAM9G20嵌入式微處理器為核心，包括flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片、嵌入式微控制器及開度與荷重傳感器，本實用新型與一臺觸摸屏和一臺上位監(jiān)控機(jī)通過以太網(wǎng)互連，在相關(guān)軟件的支持下，每臺裝置可對兩扇閘門進(jìn)行監(jiān)控管理。本實用新型構(gòu)建的涵閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、資金投入少、建設(shè)周期短、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，控制保護(hù)動作正確，響應(yīng)及時，滿足涵閘現(xiàn)代化控制管理應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)采集精度、控制保護(hù)性能、抗干擾能力等均滿足涵閘自動化控制應(yīng)用要求。
【專利說明】涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，屬于水利自動化涵閘監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]就涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置而言，目前業(yè)內(nèi)主要實現(xiàn)途徑有以下幾類:1)采用開度荷重儀、電量智能儀表實現(xiàn)(典型產(chǎn)品:徐州淮海電子傳感工程研究所ZHY-3型開度荷重儀)；2)采用數(shù)字式電動機(jī)保護(hù)測控裝置實現(xiàn)(典型產(chǎn)品:蘇州智能的PDM810MR數(shù)字式電動機(jī)保護(hù)測控裝置，國電南京自動化股份有限公司的PSM400數(shù)字式電動機(jī)保護(hù)測控裝置)；3)基于通用PLC控制器實現(xiàn)。由帶以太網(wǎng)接口的PLC、綜合顯示控制屏(觸摸屏)及其它自動化部件構(gòu)成。
[0003]開度荷重儀只實現(xiàn)開度與荷重的測控，缺少對電機(jī)與電源的監(jiān)控保護(hù)功能；保護(hù)測控裝置只實現(xiàn)對電機(jī)與電源的監(jiān)控保護(hù)，缺少對開度與荷重的有效測控；基于PLC的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置則所需配套設(shè)備繁多，實現(xiàn)成本較高，且二次開發(fā)工作量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，解決現(xiàn)有上述裝置、尤其是數(shù)字式電動機(jī)保護(hù)測控裝置不具備閘門開度監(jiān)測、荷重監(jiān)測保護(hù)及涵閘運(yùn)行管理調(diào)控等功能的不足，通過本實用新型實現(xiàn)具有閘門開度與荷重實時監(jiān)控、啟閉電機(jī)監(jiān)控保護(hù)等一體化功能，并以標(biāo)準(zhǔn)Modbus/TCP協(xié)議與上位機(jī)的通訊。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述裝置以AT91SAM9G20嵌入式微處理器為核心，包括flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片、嵌入式微控制器及開度與荷重傳感器；AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過數(shù)據(jù)總線或地址總線、控制總線連接flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片；模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片接開度與荷重傳感器轉(zhuǎn)換成的模擬量、外接電流互感器TA、電壓互感器TV經(jīng)變壓器隔離后的模擬量。
[0006]所述裝置還設(shè)置USB接口、RS-485串口、GPS校時脈沖輸入口 ；所述的AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過USB總線連接到面板的U盤口，RS-485串口接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的uart外備，GPS校時脈沖接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的時鐘外備。此外，嵌入式微控制器stm32f 103c8t6接至AT91SAM9G20的另一個uart外備口。
[0007]所述開度與荷重傳感器轉(zhuǎn)換成4_20ma模擬量后經(jīng)線性光藕隔離器件接模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片。
[0008]所述的flash存儲芯片采用S29GL128。
[0009]所述的同步動態(tài)RAM芯片采用MT48LC2M32。
[0010]所述的以太網(wǎng)接口芯片采用DM900EP及DP83620。
[0011]所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片MAXl 1056。
[0012]所述的嵌入式微控制器采用stm32fl03c8t6,連接液晶顯示器和鍵盤。[0013]本實用新型具有閘門開度與荷重實時監(jiān)控、啟閉電機(jī)監(jiān)控保護(hù)等一體化功能，并以標(biāo)準(zhǔn)Modbus/TCP協(xié)議與上位機(jī)的通訊，基于國際最新智能器件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以最終產(chǎn)品形式提供高可靠性的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置。裝置既可組屏集中安裝，也可直接安裝于開關(guān)柜上進(jìn)行分散式控制，可直接應(yīng)用于大、中型集散型涵閘(或泵站)自動化監(jiān)控系統(tǒng)中。在監(jiān)控系統(tǒng)集成中使用該裝置不僅在于其功能與性能的優(yōu)勢，更以其功能一體化特征有效地降低工程總體造價和系統(tǒng)集成二次開發(fā)量。
[0014]本實用新型與一臺觸摸屏和一臺上位監(jiān)控機(jī)通過以太網(wǎng)互連，在相關(guān)軟件的支持下，每臺裝置可對兩扇閘門進(jìn)行監(jiān)控管理。其中，觸摸屏和上位監(jiān)控機(jī)分別提供本地和遠(yuǎn)程圖形化操作界面。應(yīng)用實踐證明，本實用新型構(gòu)建的涵閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、資金投入少、建設(shè)周期短、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，控制保護(hù)動作正確，響應(yīng)及時，滿足涵閘現(xiàn)代化控制管理應(yīng)用需求。依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，經(jīng)測試檢驗，本實用新型的數(shù)據(jù)采集精度、控制保護(hù)性能、抗干擾能力等均滿足涵閘自動化控制應(yīng)用要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0016]結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本實用新型，如圖1所示，本實用新型以AT91SAM9G20嵌入式微處理器為核心，包括flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片、嵌入式微控制器及開度與荷重傳感器；AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過數(shù)據(jù)總線或地址總線、控制總線連接flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片；強(qiáng)電中的電流互感器TA、電壓互感器TV經(jīng)變壓器隔離后的模擬量及開度與荷重傳感器轉(zhuǎn)換成的4-20ma模擬量接到模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片。還設(shè)置USB接口、RS-485串口、GPS校時脈沖輸入口 ；所述的AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過USB總線連接到面板的U盤口，RS-485串口接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的uart外備，GPS校時脈沖接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的時鐘外備。此外，嵌入式微控制器stm32f 103c8t6接至AT91SAM9G20的另一個uart外備口。
[0017]圖1中AT91SAM9G20為阿特梅爾公司的嵌入式微處理器，其內(nèi)核是arm926EJ_S；S29GL128是AMD公司的flash存儲芯片；MT48LC2M32是同步動態(tài)RAM芯片；DM900EP及DP83620為以太網(wǎng)接口芯片；MAX11056則為模數(shù)轉(zhuǎn)換接口片子。另外，圖中stm32f 103c8t6為一款嵌入式微控制器，用以管理液晶顯示和鍵盤輸入。
[0018]本實用新型的一體化功能:
[0019]a數(shù)據(jù)采集.裝置可實時采集反應(yīng)涵閘運(yùn)行狀況的閘位、啟閉機(jī)荷重、限位開關(guān)狀態(tài)、電機(jī)驅(qū)動電參數(shù)(包電壓、電流、功率、電度等)等信息。
[0020]b閘門啟閉控制.每臺裝置可同時控制兩扇閘門升/降/停操作及進(jìn)線電源的分/合，并支持閘門的定開度操作(按預(yù)先設(shè)定開度自動完成閘門啟閉操作)。
[0021]c保護(hù)功能.裝置支持速斷保護(hù)、熱繼保護(hù)、過壓過流保護(hù)、差動保護(hù)、荷重保護(hù)等功能，并支持故障錄波功能。[0022]d現(xiàn)地操作界面.裝置配有帶背光的漢字IXD (液晶顯示器)和小鍵盤，支持現(xiàn)地顯示、參數(shù)設(shè)定與涵閘啟閉操作。
[0023]e通訊聯(lián)網(wǎng)功能.裝置備用USB接口、RS-485串口、GPS校時脈沖輸入口、以太網(wǎng)口(兩個口)等通訊接口，可支持裝置程序升級、故障錄波數(shù)據(jù)導(dǎo)出、GPS校時以及與觸摸屏、上位控制計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等功能。
[0024]本實用新型關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)的采用(技術(shù)手段、技術(shù)方案、工作原理、結(jié)構(gòu)特征)包括:
[0025]a裝置核心器件采用Atmel公司基于ARM920T-S核的AT91SAM9G20嵌入式微處理器，AT91SAM9G20內(nèi)部集成豐富的外設(shè)資源，適用于要求外設(shè)資源豐富、功耗低、工作嚴(yán)格穩(wěn)定、實時性高的工業(yè)控制儀器。
[0026]b以太網(wǎng)采用DMA傳輸，保證通信穩(wěn)定可靠；采用查詢式的以太網(wǎng)訪問方式，避開了因為網(wǎng)絡(luò)風(fēng)爆導(dǎo)致裝置死機(jī)的弊端，與傳統(tǒng)的定時查詢方式不一樣，其只要有空閑時間就會去查詢以太網(wǎng)，加快了以太網(wǎng)的反應(yīng)速度，提高了數(shù)據(jù)通信的實時性。
[0027]c實現(xiàn)modbus以太網(wǎng)通信。Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。Modbus/TCP則是運(yùn)行在TCP/IP上的Modbus報文傳輸協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間通過網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。Modbus/TCP協(xié)議已經(jīng)成為一通用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)，可兼容國內(nèi)流行采用的工業(yè)組態(tài)軟件，不需要專門的規(guī)約轉(zhuǎn)換器，順應(yīng)了現(xiàn)場總線發(fā)展趨勢。
[0028]d裝置采用線性光藕隔離器件與開度與荷重等傳感器連接；電壓與電流回路均采用電磁隔離技術(shù)。如此，可有效地提高裝置的可靠性和高抗擾度。
[0029]e采用14位雙極性逐次逼近型AD，保證采樣的高精度，采樣頻率為1KHZ，計算周期為1KHZ，使開度和荷重數(shù)據(jù)充足，有利于濾除錯誤的荷重和開度數(shù)據(jù)；電流、電壓、功率、的測量值不僅反映基波，還可正確反映2-13次諧波，從而使測量結(jié)果與專用測量表計一致。這些技術(shù)措施的采用，可有效地提高裝置數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度。
[0030]f采用全圖形化編程技術(shù)以及穩(wěn)定、可靠的保護(hù)繼電器庫，提高裝置程序的可靠性及正確性。
[0031]本實用新型軟件包括裝置通信、存儲、顯示等事務(wù)功能由查詢方式完成；門控制、故障保護(hù)及數(shù)據(jù)采樣等實時性要求高的功能則由中斷方式完成。
[0032]基于本裝置組建的涵閘自動化系統(tǒng)相當(dāng)簡單。系統(tǒng)實施者只要根據(jù)涵閘規(guī)模，適當(dāng)配置幾臺本裝置(每臺本裝置可控制兩扇閘門)并將其與上位機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)即可。圖中觸摸屏系選件，可提供現(xiàn)地圖形化操作界面。實施者只要根據(jù)系統(tǒng)要求對上位機(jī)軟件進(jìn)行簡單組態(tài)開發(fā)就可完成涵閘自動化系統(tǒng)組建工作。
[0033]本實用新型中的開度與荷重傳感器采用現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器，開度傳感器型號為GAX60-DHS13/12，荷重傳感器型號為 QCX-P-6.25T。
【權(quán)利要求】
1.一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述裝置以AT91SAM9G20嵌入式微處理器為核心，包括flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片、嵌入式微控制器及開度與荷重傳感器；AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過數(shù)據(jù)總線或地址總線、控制總線連接flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片；模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片接開度與荷重傳感器轉(zhuǎn)換成的模擬量、外接電流互感器TA、電壓互感器TV經(jīng)變壓器隔離后的模擬量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述裝置還設(shè)置USB接口、RS-485串口、GPS校時脈沖輸入口 ；所述的AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過USB總線連接到面板的U盤口，RS-485串口接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的uart外備，GPS校時脈沖接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的時鐘外備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述開度與荷重傳感器轉(zhuǎn)換成4-20ma模擬量后經(jīng)線性光藕隔離器件接模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的flash存儲芯片采用S29GL128。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的同步動態(tài)RAM芯片采用MT48LC2M32。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的以太網(wǎng)接口芯片采用DM900EP 及 DP83620。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片MAX11056。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的嵌入式微控制器采用stm32f 103c8t6，連接液晶顯示器和鍵盤。
【文檔編號】G05B19/418GK203705926SQ201420045388
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】錢鈞, 孫勇, 黃振富, 馬劍波, 傅捷, 吳皓明, 夏正創(chuàng), 胡彥明, 徐明波, 梁甜, 宦鴻興 申請人:江蘇省秦淮河水利工程管理處