一種遠程遙測終端控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種遠程遙測終端控制器，包括微處理器、通訊模塊、數據采集控制模塊、存儲模塊、硬件看門狗、電源模塊，存儲模塊內存儲有操作系統(tǒng)，其中，所述操作系統(tǒng)搭載有軟PLC運行系統(tǒng)，所述軟PLC運行系統(tǒng)包括輸入輸出接口驅動和虛擬機，所述硬件看門狗與微處理器相連；所述存儲模塊與微處理器相連；所述通訊模塊包括通訊接口，通訊模塊與微處理器相連；所述數據采集控制模塊包括數據采集控制接口，數據采集控制模塊與微處理器相連；所述電源模塊與微處理器相連。本實用新型一種遠程遙測終端控制器操作簡單方便，可以更好的應用于工程現(xiàn)場，便于程序升級。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及油氣生產數字化建設現(xiàn)場數據采集領域，尤其涉及一種遠程遙測 終端控制器。 一種遠程遙測終端控制器

【背景技術】
[0002] 隨著油氣生產規(guī)模的不斷擴大和對生產過程自動化要求的不斷提高，利用數據轉 換技術作為數據測量、采集處理和過程控制的基本手段，并與計算機技術、通訊技術相結合 的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，已取代集中式系統(tǒng)成為操作系統(tǒng)硬件發(fā)展的趨勢。其中，遠程遙測終端 控制器（RTU)作為分布式監(jiān)控系統(tǒng)中常用的一種，其應用愈來愈普及。遠程遙測終端控制 器（RTU)作為體現(xiàn)"測控分散、管理集中"思路的產品在中國油氣得到廣泛的應用。
[0003] 遠程遙測終端控制器（RTU)是REMOTE TERMINAL UNIT的簡稱，用于監(jiān)視、控制與 數據采集的應用，集遙測、遙信、遙調、遙控功能于一體，并在各種數據采集與監(jiān)視操作系統(tǒng) (Supervisory Control And Data Acquisit 輸入輸出 n，SCADA)中得到廣泛的應用。
[0004] 通常，遠程遙測終端控制器（RTU)是通常由中央處理單元（MCU)、通信接口、存儲 單元、模擬信號輸入輸出單元、開關信號輸入輸出單元、數字信號輸入輸出單元、電源單元 等幾大部分組成。此外，根據實際應用需求，有的遠程遙測終端控制器（RTU)產品也增加了 一些特殊功能，如視頻、硬件冗余等功能。
[0005] 在工程建設現(xiàn)場，現(xiàn)有遠程遙測終端控制器雖然根據不同應用場景其內部的操作 系統(tǒng)已搭載不同的獨立的程序，為行業(yè)提供方便，遠程遙測終端控制器也隨著技術的發(fā)展 不斷發(fā)展，服務于石油現(xiàn)場數據采集行業(yè)的遠程遙測終端控制器大量安裝，也廣泛用在電 力、水利、能源、環(huán)保、交通、地理信息系統(tǒng)等領域。目前，這些應用場合使用的遠程遙測終端 控制器基本都是根據應用場合編寫單獨的程序，每一個具體應用都需要編寫一個獨立的程 序，即使改變很小，也需要重新編寫程序，代碼復用比較差，而且都不能在應用中升級程序， 造成施工和維護成本比較大。
[0006] 為克服上述缺陷，有必要提供一種新的遠程遙測終端控制器。 實用新型內容
[0007] 為解決現(xiàn)有遠程遙測終端控制器的現(xiàn)有缺陷，本實用新型提供一種遠程遙測終端 控制器。
[0008] 本實用新型所提供一種遠程遙測終端控制器，包括微處理器、通訊模塊、數據采集 控制模塊、存儲模塊、硬件看門狗、電源模塊，存儲模塊內存儲有操作系統(tǒng)，其中，所述硬件 看門狗與微處理器相連，用于監(jiān)控操作系統(tǒng)軟件程序運行狀況；所述存儲模塊與微處理器 相連，用于存儲操作系統(tǒng)、啟動程序及保存系統(tǒng)重要數據；所述通訊模塊包括通訊接口，通 訊模塊與微處理器相連，用于遠程遙測終端控制器與外界設備進行通信；所述數據采集控 制模塊包括數據采集控制接口，數據采集控制模塊與微處理器相連，用于遠程遙測終端控 制器對現(xiàn)場輸入輸出接口進行數據采集及控制；所述電源模塊與微處理器相連；所述操作 系統(tǒng)搭載有軟PLC運行系統(tǒng)，所述軟PLC運行系統(tǒng)包括輸入輸出接口驅動和虛擬機，所述輸 入輸出接口驅動包括數據采集控制接口驅動、通訊接口驅動；所述虛擬機包括系統(tǒng)管理器、 錯誤管理器、調試內核、編譯器；所述系統(tǒng)管理器用于處理不同命令和協(xié)調程序的執(zhí)行，并 且需要從數據采集控制接口讀取變量；錯誤管理器用于檢測和處理程序執(zhí)行期間發(fā)生的各 種錯誤；調試內核用于為軟PLC運行系統(tǒng)提供多個調試函數以進行調試工作；編譯器用于 將通訊接口接受到的程序編譯成可執(zhí)行文件。
[0009] 根據以上技術方案，本實用新型所提供的遠程遙測終端控制器通過操作系統(tǒng)搭載 軟PLC運行系統(tǒng)，并通過PC端的開發(fā)系統(tǒng)所發(fā)送程序指令，針對改變很小的程序，在PC端 只需將原有程序的需要改變部分進行更改即可，提高了程序代碼的復用率，且，需要RTU執(zhí) 行哪種功能只需在PC端將相應程序發(fā)送到RTU即可，簡單方便操作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下， 還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0011] 圖1是本實用新型一種遠程遙測終端控制器裝置示意圖；
[0012] 圖2是本實用新型一種遠程遙測終端控制器實施例裝置流程圖；
[0013] 圖3是本實用新型軟PLC運行系統(tǒng)架構組成示意圖。

【具體實施方式】
[0014] 下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0015] 以下將結合說明書附圖，詳細描述本實用新型。
[0016] 圖1是本實用新型提供一種遠程遙測終端控制器示意圖。如圖1所示，所述遠程 遙測終端控制器包括微處理器、通訊模塊、數據采集控制模塊、存儲模塊、硬件看門狗、電源 模塊，存儲模塊內存儲有操作系統(tǒng)，其中，所述硬件看門狗與微處理器相連，用于監(jiān)控操作 系統(tǒng)軟件程序運行狀況；所述存儲模塊與微處理器相連，用于存儲操作系統(tǒng)、啟動程序及保 存系統(tǒng)重要數據；所述通訊模塊包括通訊接口，通訊模塊與微處理器相連，用于遠程遙測終 端控制器與外界設備進行通信；所述數據采集控制模塊包括數據采集控制接口，數據采集 控制模塊與微處理器相連，用于遠程遙測終端控制器對現(xiàn)場輸入輸出接口進行數據采集及 控制；所述電源模塊與微處理器相連；所述操作系統(tǒng)搭載有軟PLC運行系統(tǒng)，所述操作系統(tǒng) 還搭載有用于軟PLC運行系統(tǒng)，所述軟PLC運行系統(tǒng)包括輸入輸出接口驅動和虛擬機，所述 輸入輸出接口驅動包括數據采集控制接口驅動、通訊接口驅動；所述虛擬機包括系統(tǒng)管理 器、錯誤管理器、調試內核、編譯器；所述系統(tǒng)管理器用于處理不同命令和協(xié)調程序的執(zhí)行， 并且需要從數據采集控制接口讀取變量；錯誤管理器用于檢測和處理程序執(zhí)行期間發(fā)生的 各種錯誤；調試內核用于為軟PLC運行系統(tǒng)提供多個調試函數以進行調試工作；編譯器用 于將通訊接口接受到的程序編譯成可執(zhí)行文件。
[0017] 進一步地，所述微處理器采用32位處理器，更具體的采用C〇rteX-M3處理器。
[0018] 進一步地，所述軟PLC運行系統(tǒng)采用ProConOS embedded CLR。
[0019] 進一步地，所述操作系統(tǒng)采用linux操作系統(tǒng)。
[0020] 在一個可行的實施例中，所述通訊接口包括以太網接口、RS232接口、RS485接 口，以實現(xiàn)遠程遙測終端控制器的與PC端及其他設備的通信功能。所述以太網接口采用 10/100M自適應網絡接口；所述RS232接口、RS485接口用于實現(xiàn)本實施例與其他工業(yè)設備 進行通信工作，所接收和發(fā)出符合Modbus協(xié)議的數據。
[0021] 進一步地，所述通訊接口包括3路RS485接口、2路RS232接口、1路以太網接口。
[0022] 進一步地，所述通訊模塊還包括無線通訊模塊，所述無線通訊模塊采用ZIGBEE通 訊模塊，所述ZIGBEE通訊模塊發(fā)送和接收符合ZIGBEE協(xié)議的數據，以便使遠程遙測終端控 制器（RTU)與其他無線儀表(如無線載荷、無線角位移等儀表）的互連、控制和數據交換。
[0023] 在一個具體的實施例中，所述數據采集控制接口包括DI接口、D0接口、AI接口、A0 接口、PI接口，以實現(xiàn)遠程遙測終端控制器進行現(xiàn)場輸入輸出接口的數據采集及控制工作。
[0024] 下面結合本實用新型一種遠程遙測終端控制器的一種具體實施例來詳細說明本 實用新型。
[0025] 圖2為本實用新型一種遠程遙測終端控制器裝置示意圖，如圖所示，所述本實施 例的遠程遙測終端控制器（RTU )包括設置在底板（PCB )上MCU、硬件看門狗、存儲器模塊、電 源模塊、無線通訊模塊、以太網接口、RS232接口、RS485接口、DI接口、D0接口、AI接口、A0 接口、PI接口。所述硬件看門狗、存儲器模塊、電源模塊、無線通訊模塊、以太網接口、RS232 接口、RS485接口、DI接口、D0接口、AI接口、A0接口、PI接口分別與MCU相連接。所述存 儲模塊與MCU相連，用于存儲操作系統(tǒng)、啟動程序及保存系統(tǒng)重要數據。
[0026] 所述硬件看門狗與MCU相連，用于監(jiān)控本實施例遠程遙測終端控制器操作系統(tǒng)軟 件程序運行狀況。電源模塊采用DC/DC隔離電源模塊。進一步具體的說，所述DC/DC隔離 電源的隔離電壓可以達到2KVDC，并允許18?36V DC輸入范圍，工作效率達到86%，支持反 接保護和短路保護，以降低本實施例遠程遙測終端控制器（RTU)系統(tǒng)的電磁干擾。
[0027] 本實施例遠程遙測終端控制器采用RS485接口、RS232接口與其他設備進行通訊， 也可以通過以無線通訊方式與其他設備通訊，還可以通過以太網接口與設備通訊，并使用 MCU完成控制、采集、運算、通訊處理等全部功能。
[0028] 所述RS485接口及RS232接口發(fā)送和接收符合Modbus協(xié)議的數據。接口所接收的 數據傳輸到操作系統(tǒng)中，接口所發(fā)送的數據傳輸到遠程遙測終端控制器（RTU)外的其他設 備。所述RS485接口、RS232接口均設有光電耦合器，所述光電耦合器用于在所述各個接口 在與外部進行信號傳輸時，一旦遭到強烈的浪涌沖擊，限制其破壞范圍在本功能單元內部， 其它功能單元不受影響，可繼續(xù)使遠程遙測終端控制器（RTU)工作，達到降低浪涌破壞的目 的。
[0029] 所述以太網接口可以采用10/100M自適應網絡接口，用于進行遠程遙測終端控制 器（RTU)與網絡之間的數據交互。
[0030] 所述無線通訊模塊采用ZIGBEE通訊模塊，所述ZIGBEE通訊模塊發(fā)送和接收符合 ZIGBEE協(xié)議的數據，以便使遠程遙測終端控制器（RTU)與其他無線儀表(如無線載荷、無線 角位移等儀表）的互連、控制和數據交換。
[0031] 進一步說明本實施例，所述通訊模塊包括3路RS485接口、2路RS232接口 1路以 太網接口，1路ZIGBEE通訊接口。
[0032] 如圖2所示，所述AI接口包括AI接口、ADC裝置、光電耦合器。AI接口與ADC裝 置相連接，ADC裝置與MCU相連，并且，ADC裝置與MCU之間設置有光電耦合器。所述ADC裝 置(模擬信號轉數字信號裝置）用于將AI接口輸入的模擬信號轉換為數字信號輸入到MCU 中，光電耦合器用于避免AI接口受到強烈的浪涌沖擊，保護本單元內其他功能單元不受影 響。所述A0接口用于輸出模擬信號。A0接口包括A0接口、DAC裝置、光電耦合器。A0接 口與ADC裝置相連接，DAC裝置與MCU相連，并且，DAC裝置與MCU之間設置有光電耦合器。 所述DAC裝置(數字信號轉模擬信號裝置)用于MCU輸出的數字信號轉為模擬信號并傳送到 A0接口進行模擬信號輸出；光電耦合器用于避免A0接口受到強烈的浪涌沖擊，保護本單元 內其他功能單元不受影響。所述DI接口用于輸入數字信號，DI接口包括DI接口及光電耦 合器，DI接口與MCU相連，并且DI接口與MCU之間設置有光電耦合器，光電耦合器用于避 免DI接口受到強烈的浪涌沖擊，保護本單元內其他功能單元不受影響。所述D0接口用于 輸入數字信號，D0接口包括D0接口及光電耦合器，D0接口與MCU相連，并且D0接口與MCU 之間設置有光電耦合器，光電耦合器用于避免D0接口受到強烈的浪涌沖擊，保護本單元內 其他功能單元不受影響。所述PI接口用于輸入脈沖信號，PI接口包括PI接口及光電耦合 器，PI接口與MCU相連，并且PI接口與MCU之間設置有光電耦合器，光電耦合器用于避免 PI接口受到強烈的浪涌沖擊，保護本單元內其他功能單元不受影響。
[0033] AI接口、A0接口、DI接口和D0接口還設置有自恢復保險絲以及雙向瞬態(tài)電壓抑 制二極管（TVS管）進行防護，進一步提高接口傳輸數據的穩(wěn)定性。
[0034] 更加具體說明本實施例遠程遙測終端控制器（RTU)，所述AI接口采用8路模擬量 輸入；A0接口采用4路模擬量輸出；DI接口采用8路數字量輸入；D0接口采用4路數字量 輸出；PI接口采用4路高速脈沖計數輸入。這樣，遠程遙測終端控制器（RTU)同時可以采集 8路模擬量數據、8路數字量數據、4路脈沖輸入數據。
[0035] 所述操作系統(tǒng)還搭載有用于軟PLC運行系統(tǒng)，所述軟PLC運行系統(tǒng)負責解析和運 行PC端所開發(fā)的PLC程序，以實現(xiàn)本實施例RTU具有可編程性。相對應的，在PC端設置有 與所述軟PLC運行系統(tǒng)相對應的軟PLC開發(fā)系統(tǒng)。通過PC端的軟PLC開發(fā)系統(tǒng)，將編譯后 的程序文件通過所述通訊模塊發(fā)送到操作系統(tǒng)里，然后由所述軟PLC運行系統(tǒng)進行解析編 譯并通過所述數據收集控制模塊以及發(fā)送相關指令進行工作。
[0036] 進一步詳細的說，所述操作系統(tǒng)包括bootloader、kernel、rootfs，以構建一個基 本的嵌入式linux操作系統(tǒng)，為軟PLC運行系統(tǒng)提供運行環(huán)境。
[0037] 所述軟PLC運行系統(tǒng)主要完成輸入程序、執(zhí)行程序、輸出指令等工作，其架構包括 輸入輸出接口驅動和虛擬機。虛擬機執(zhí)行PLC程序，創(chuàng)建任務，在每個任務的開始從輸入區(qū) 獲取輸入狀態(tài)，經過運算后，將結果存放在輸出區(qū)。輸入輸出接口驅動的任務是按照PLC程 序的需要將對應的輸入輸出接口狀態(tài)存放在輸入區(qū)，并將輸出區(qū)的結果輸出到輸入輸出接 口中。所述軟PLC運行系統(tǒng)架構組成具體如圖3所示。
[0038] 所述輸入輸出接口驅動包括數據采集控制接口驅動、通訊接口驅動；所述虛擬機 包括系統(tǒng)管理器、錯誤管理器、調試內核、編譯器；所述系統(tǒng)管理器用于處理不同命令和協(xié) 調程序的執(zhí)行，并且需要從數據采集控制接口讀取變量；錯誤管理器用于檢測和處理程序 執(zhí)行期間發(fā)生的各種錯誤；調試內核用于為軟PLC運行系統(tǒng)提供多個調試函數以進行調試 工作；編譯器用于將通訊接口接受到的程序編譯成可執(zhí)行文件。
[0039] 所述輸入輸出接口驅動包括本地輸入輸出接口的驅動和非本地輸入輸出接口的 驅動。本地輸入輸出接口指本地RTU的輸入輸出端口，包括數據采集控制接口（AI接口、A0 接口、DI接口、D0接口、PI接口）。非本地輸入輸出接口是指通過Modbus等協(xié)議與RTU進 行通訊的通訊接口，包括RS232接口、RS485接口、ZIGBEE無線通訊接口。
[0040] 更具體的說，本實施例RTU內的操作系統(tǒng)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，并且所述操 作系統(tǒng)搭載的為KW software公司的ProConOS embedded CLR的軟PLC運行系統(tǒng)。該軟PLC 運行系統(tǒng)符合IEC61131標準，而在PC端，采用KW software的Multiprog集成開發(fā)環(huán)境， 所述Multiprog集成開發(fā)環(huán)境同樣基于IEC61131-3標準，可以對指令表（IL)、結構化語言 (ST)、功能塊圖（SBD)、梯形圖（LD)、順序功能圖（SFC) 5種工控編程語言進行編譯，編譯后 的程序文件可以通過以太網（Ethernet)接口移植到本實施例RTU的操作系統(tǒng)里，然后操作 系統(tǒng)中的軟PLC運行系統(tǒng)會解析編譯并將編譯后的文件通過指令發(fā)出。
[0041] 在PC端通過以太網與本實施例RTU連接，在Multiprog開發(fā)環(huán)境下利用程序交 互可以獲取當前RTU各個輸入輸出接口的工作狀況和有關數據信息，實現(xiàn)對RTU的實時監(jiān) 測；同時，通過編譯程序可以實現(xiàn)對RTU進行配置管理等操作，這樣不僅提高了工程應用的 靈活性和開放性，還實現(xiàn)了 RTU的二次開發(fā)能力。
[0042] 本實施例遠程遙測終端控制器通過操作系統(tǒng)搭載軟PLC運行系統(tǒng)，并通過PC端的 開發(fā)系統(tǒng)所發(fā)送程序指令，針對改變很小的程序，在PC端只需將原有程序的需要改變部分 進行更改即可，提高了程序代碼的復用率，且，需要RTU執(zhí)行哪種功能只需在PC端將相應程 序發(fā)送到RTU即可，簡單方便操作。并且，通過由于所述軟PLC運行系統(tǒng)所對應的開發(fā)系統(tǒng) 支持多種編程語言，用戶可以根據自己熟悉的編程語言進行編制程序。
[0043] 本實用新型中應用了具體實施例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以 上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領域的 一般技術人員，依據本實用新型的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜 上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
【權利要求】
1. 一種遠程遙測終端控制器，其特征在于，包括微處理器、通訊模塊、數據采集控制模 塊、存儲模塊、硬件看門狗、電源模塊，存儲模塊內存儲有操作系統(tǒng)，其中，所述硬件看門狗 與微處理器相連，用于監(jiān)控操作系統(tǒng)軟件程序運行狀況；所述存儲模塊與微處理器相連，用 于存儲操作系統(tǒng)、啟動程序及保存系統(tǒng)重要數據；所述通訊模塊包括通訊接口，通訊模塊與 微處理器相連，用于遠程遙測終端控制器與外界設備進行通信；所述數據采集控制模塊包 括數據采集控制接口，數據采集控制模塊與微處理器相連，用于遠程遙測終端控制器對現(xiàn) 場輸入輸出接口進行數據采集及控制；所述電源模塊與微處理器相連；所述操作系統(tǒng)搭載 有軟PLC運行系統(tǒng)，所述軟PLC運行系統(tǒng)包括輸入輸出接口驅動和虛擬機，所述輸入輸出接 口驅動包括數據采集控制接口驅動、通訊接口驅動；所述虛擬機包括系統(tǒng)管理器、錯誤管理 器、調試內核、編譯器；所述系統(tǒng)管理器用于處理不同命令和協(xié)調程序的執(zhí)行，并且需要從 數據采集控制接口讀取變量；錯誤管理器用于檢測和處理程序執(zhí)行期間發(fā)生的各種錯誤； 調試內核用于為軟PLC運行系統(tǒng)提供多個調試函數以進行調試工作；編譯器用于將通訊接 口接受到的程序編譯成可執(zhí)行文件。
2. 如權利要求1所述的一種遠程遙測終端控制器，其特征在于，所述微處理器采用32 位處理器。
3. 如權利要求1所述的一種遠程遙測終端控制器，其特征在于，所述軟PLC運行系統(tǒng)采 用 ProConOS embedded CLR。
4. 如權利要求1所述的一種遠程遙測終端控制器，其特征在于，所述操作系統(tǒng)采用 linux操作系統(tǒng)。
5. 如權利要求1所述的一種遠程遙測終端控制器，其特征在于，所述通訊模塊包括以 太網接口、RS232 接口、RS485 接口。
6. 如權利要求5所述的一種遠程遙測終端控制器，其特征在于，所述以太網接口采用 10/100兆自適應網絡接口；所述RS232接口、RS485接口用于接收和發(fā)出符合Modbus協(xié)議 的數據。
7. 如權利要求5所述的一種遠程遙測終端控制器，其特征在于，所述通訊模塊還包括 無線通訊模塊。
8. 如權利要求7所述的一種遠程遙測終端控制器，其特征在于，所述無線通訊模塊采 用ZIGBEE通訊模塊，所述ZIGBEE通訊模塊發(fā)送和接收符合ZIGBEE協(xié)議的數據。
9. 如權利要求1所述的一種遠程遙測終端控制器，其特征在于，所述數據采集控制接 口包括DI接口、DO接口、AI接口、A0接口、PI接口。
10. 如權利要求2所述的一種遠程遙測終端控制器，其特征在于，微處理器采用 Cortex_M3 處理器。
【文檔編號】G05B19/05GK203909545SQ201420058285
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年1月30日 優(yōu)先權日:2014年1月30日
【發(fā)明者】郭月明, 劉守會, 黃兵 申請人:中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司, 北京中油瑞飛信息技術有限責任公司