CN100468247C - 一种监控系统的采集端装置 - Google Patents

Abstract

一种监控系统的采集端装置，包括控制量接口、串口、开关量接口、电源口和模拟量采集端口，所述的采集端装置还包括与前端机的第二RS485接口连接的第一RS485接口、用于通过所述第一RS485接口接收前端机的控制的数据处理模块，数据处理模块包括：参数配置模块，参数定义模块，设置参数模块。本发明提供一种基于现场总线的方案，采用RS485总线，能把不同厂家的、不同型号的产品进行整合，具有通用性好、并能进行有效的系统扩展的监控系统的采集端装置。

Description

一种监控系统的采集端装置

技术领域

本发明涉及监控系统，尤其是一种采集端装置。

背景技术

监控系统主要针对设备运行中的异常变化，特别是设备在连续的运行过程中出现的各种突发性故障，及时发现设备运行过程中的故障现象并对故障进行分析和诊断以确保设备始终处于良好的工作状态。涉及设备运行中各个参数的检测、变化幅度的辨识、变化机理的诊断、故障影响的分析以及针对故障应该采取的处理措施等。

对大多数连续运行的设备而言，监控通常包括以下四个方面的内容：

1.异常变化检测：监视设备运行状态，检测设备运行规律或演化趋势是否在某时间点或者该时间点之后发生了异常变化，并推断出发生变化的起始时间；

2.异常变化辨识：如果设备发生了异常变化，识别变化类型和变化的幅度，以便对故障程度进行评估；

3.故障设备分离：判断设备的异常变化是由哪个部件或设备运行过程的哪个环节引起的，以查明故障形成的原因；

4.设备故障对策：根据故障可能带来的不利影响，制定相应的处理对策，以确保设备能正常运行或避免整个系统发生灾难性故障。

无线干放监控是随着计算机控制技术以及网络通讯技术的发展而逐步发展起来的监控领域的前沿技术，主要有远程监控与集中监控，集中监控即监控中心设在某些干放周围，数据采集控制器与干放设备通过自制接口电路板实现通讯，数据采集控制器通过网络与监控主站相连，实现数据传输，对干放的运行状态进行动态实时监控管理，可随时掌握干放的运行状态、统计运行数据；远程监控一般是通过电话网或无线网络进行数据传输的，干放监控系统采集端经过自制接口电路板与电话网或无线网络连接，监控主站直接与电话网或无线网络相连。双方通过各自的无线网络或电话线与电话网相连实现数据交换，传输数据时需拨叫对方电话号码连接或登陆无线网络，接通后方可传输数据。

集中监控通过网络进行数据传输，数据传输稳定，实时数据传输速度快，可同时监控附近的多个干放设备，而远程监控通过电话网或无线网传输数据，受网络状况的影响，数据传输不可靠，需要纠错处理，而且通讯速度较慢，只能逐个查看干放的运行数据。

对于监控系统的采集端而言，不同厂家的、不同型号的干放设备的数据采集端往往不相同，不具有通用性，限制了系统的扩展。

发明内容

为了克服的监控系统的采集端的不具有通用性、限制系统的扩展的不足，本发明提供一种基于现场总线的方案，采用RS485总线，能把不同厂家的、不同型号的产品进行整合，具有通用性好、并能进行有效的系统扩展的监控系统的采集端装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种监控系统的采集端装置，包括控制量接口、串口、开关量接口、电源口和模拟量采集端口，所述的采集端装置还包括与前端机的第二RS485接口连接的第一RS485接口、用于通过所述第一RS485接口接收前端机的控制的数据处理模块，所述的数据处理模块包括：参数配置模块，用于判断采集端内部是否有FLASH配置信息，如没有，则采集端一直等待来自第一RS232接口的配置命令；如有，每次启动后在预设时间内等待重新配置命令，如超过预设时间按照内部的配置信息工作；所述的配置信息包括：配置参数版本号、线路编号、前端机编号、采集端地址、输入数字开关量状态正常值、输入数字开关量有效位、输出数字开关量有效位、输出数字开关量状态正常值、模拟量端口有效个数；参数定义模块，设置采集端的数字开关量、模拟量的个数以及每个量与实际物理含义的对应关系；设置参数模块，用于设置输出数字开关量、输入开关量状态量或全部参数配置时，接收前端机发送的数据配置帧，并保存，并向前端机回复采集端地址以及设置成功或失败标志的帧。

作为优选的一种方案：所述的采集端装置还包括告警指示灯，所述的数据处理模块包括：告警模块，用于判断输入数字开关量和输出数字开关量是否正常，判断后输出到前端机；对模拟量进行采集和模数转换，判断模拟量是否在设定的合理范围内，选择性地的将告警信号输出到前端机；如发出告警信号，向告警指示灯发出接通指令。

作为优选的另一种方案：所述的数据处理模块还包括：设备查询模块，用于接收前端机的查询命令，定时扫描采集端，向前端机回复数据采集帧。

进一步，所述的前端机的第二RS485接口与采集端的第一RS485接口的数据传输通过RS485半双工，多机通信方式。

本发明的有益效果主要表现在：1、基于现场总线的方案，采用RS485总线，能把不同厂家的、不同型号的产品进行整合，具有通用性好、并能进行有效的系统扩展；2、现场总线把通信网络一直延伸到每个干放设备中，构成用于监控自动化的现场设备的互连，信号传输全数字化，提高了信号转换的精度和可靠性，避免了模拟信号传输过程中所存在的信号衰减、精度下降、干扰信号的引入等长期难以解决的问题；3、现场总线是开放式的互联网络，既可以与同层网络互联，也可与不同层网络互联，不同制造商的网络产品也应能互联。

附图说明

图1为本发明的采集端装置的原理框图。

图2为本发明的初始化任务流程图。

图3为本发明的时钟任务流程图。

图4为本发明的通信任务流程图。

图5为本发明的数据采集流程图。

图6为本发明的读取配置文件流程图。

图7为本发明的写入配置文件流程图。

图8为本发明的查询配置文件是否正确流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图8，一种监控系统的采集端装置，包括控制量接口1、串口2、开关量接口3、电源口4和模拟量采集端口5，所述的采集端装置还包括与前端机的第二RS485接口连接的第一RS485接口6、用于通过所述第一RS485接口接收前端机的控制的数据处理模块7，所述的数据处理模块7包括：参数配置模块8，用于判断采集端内部是否有FLASH配置信息，如没有，则采集端一直等待来自第一RS232接口的配置命令；如有，每次启动后在预设时间内等待重新配置命令，如超过预设时间按照内部的配置信息工作；所述的配置信息包括：配置参数版本号、线路编号、前端机编号、采集端地址、输入数字开关量状态正常值、输入数字开关量有效位、输出数字开关量有效位、输出数字开关量状态正常值、模拟量端口有效个数；参数定义模块9，设置采集端的数字开关量、模拟量的个数以及每个量与实际物理含义的对应关系；设置参数模块10，用于设置输出数字开关量、输入开关量状态量或全部参数配置时，接收前端机发送的数据配置帧，并保存，并向前端机回复采集端地址以及设置成功或失败标志的帧。

所述的采集端装置还包括告警指示灯11，所述的数据处理模块7包括：告警模块12，用于判断输入数字开关量和输出数字开关量是否正常，判断后输出到前端机；对模拟量进行采集和模数转换，判断模拟量是否在设定的合理范围内，选择性地的将告警信号输出到前端机；如发出告警信号，向告警指示灯发出接通指令。

所述的数据处理模块7还包括：设备查询模块13，用于接收前端机的查询命令，定时扫描采集端，向前端机回复数据采集帧。

所述的前端机的第二RS485接口与采集端的第一RS485接口的数据传输通过RS485半双工，多机通信方式。

本实施例的采集端装置包括控制量接口1、串口2、开关量接口3、电源口4、第一RS485接口6、模拟量采集端口5、告警指示灯11、通信指示灯14、运行指示灯15，其中开关量接口与模拟量采集接口分别采集数据的开关量和模拟量。第一RS485接口连接前端机的第二RS485接口，前端机通过此接口可以配置采集端的地址、输入开关量正常态的值、输入开关量的有效端口、输入控制量有效端口、输出控制量的初始值、模拟量端口有效个数以及各模拟量的上限值与下限值。同时也可以通过RS235接口与电脑相连达到配置采集端的目的。

如果采集端内部FLASH没有配置信息，则采集端一直等待来自RS232的配置命令。规定在参数配置和与前端机通信时串口的方式不同。参数配置时为“38400bps，N，8，1”，与前端机通信时为多机通信方式，“38400bps，M/S，9，1”。配置命令为“10，02，长度(1字节)，0A(命令)，配置内容，CRC，10，03”。采集端得到正确配置后，应答ACK信号；接收到错误配置后，应答NAK信号；超时为5s。正确配置后，复位重启。

如果采集端内部FLASH有配置信息，则每次启动后的10s的时间内等待重新配置命令。超过10s之后，按照内部的配置信息工作。

如果采集端正常工作，也可以通过前端机来修改配置，此时按照通信协议来处理(注：凡保留字节都不再给予支持)。

采集端内部FLASH的配置内容规定为：配置参数版本号(2字节、保留)、线路编号(1字节、保留)、前端机编号(1字节、保留)、采集端地址(1字节)、输入数字开关量状态正常值(1字节)、输入数字开关量有效位(1字节)、输出数字开关量有效位(1字节)、输出数字开关量状态正常值(1字节)、模拟量端口有效个数(1字节)、模拟量告警上下限值。

数字开关量：采集端的开关状态(如设备的电压告警)，包括输入数字开关量和输出数字开关量。数字开关量的告警，由采集端来判断，前端机来发送。

模拟量：采集端对设备的某些模拟量进行采集和模数转换，范围为0x00～0xFF。采集端判别模拟量是否在合理的范围内，告警由前端机来发送。

PC机和采集端双方都清楚知道采集端的数字开关量、模拟量的个数，以及每个量与实际物理含义的对应关系。每个采集端的地址由线路编号+前端机编号+采集端地址来唯一确定。开关量的排列顺序KG7...KG0(一个字节表示)；模拟量的排列顺序An0...An7。每个模拟量用一个字节表示。线路编号、前端机编号、采集端地址编号均为1～32，0xFF为广播地址。

数据的传输通过RS485半双工，多机通信方式。前端机作为主机，采集端作为从机。每一帧报文，首字节是从机地址(SM2＝1，TB8＝1)，然后是报文内容(SM2＝0，TB8＝0)，发送完毕后等待接收端应答ACK/NAK。如果ACK，则发送报文成功；如果NAK，则重发，重发最多3次；如果在0.5s内没有收到应答，则发送失败，不重发。发送完毕后发送端重新处于多机通信方式。发送成功后，则等待接收端的应答，等待时间最长为0.5s。RS485半双工从发送状态切换到接收状态时间为0(几个机器周期)，从接收状态切换到发送状态时间最长为0.1s，以保证正确接收。

当正常数据查询时，前端机向采集端发送命令编号为0x11，当采集单个采集端的数据时，采集端个数为0x01，内容为1～32，表示采集端的地址。采集端向前端机回复命令编号为0x81的数据采集帧。帧内容为采集端地址、输入数字开关量告警标志、8个输入数字开关量、8个输出数字控制量、模拟量告警标志、模拟量有效端口位以及各模拟量值。前端机定时扫描采集端，并把数据采集帧保存在前端机中。

当设置采集端输出数字开关量时，前端机向采集端发送命令标号位0x02的参数配置帧，并保存到采集端中。参数配置帧的内容为采集端地址、输出数字开关量有效位、置1寄存器以及置0寄存器。例如：要对控制量0、3、4设置为1，控制量2、6设置为0，则置1寄存器为B00011001，置0寄存器为B01000100。相应地，参数配置内容的“输出数字开关量状态正常值”、“输出数字开关量有效位”要作修改。

当设置采集端告警上下值时，前端机向采集端发送命令编号为0x04的参数配置帧，并保存到采集端。帧内容为采集端地址、模拟量有效端口位以及各模拟量的上限与下限。采集端向前端机回复命令编号位0x84的帧，内容位采集端地址以及成功或失败标志。成功标志内容位0x01，失败标志内容位0xFF。

当设置采集端输入开关量状态量时，前端机向采集端发送命令编号为0x99的参数配置帧，帧内容为采集端地址、输入数字开关量有效端口位以及输入数字开关量正常值。采集端向前端机回复命令编号为0x89，内容为采集端地址以及成功或者失败标志的帧。

当设置采集端全部参数配置时，前端机向采集端发送命令编号为0x0A的数据配置帧，并保存在采集端中。配置内容为配置参数版本(2字节，保留)、线路编号、前端机编号、采集端地址、输入数字开关量状态正常值、输入数字开关量有效位、输出数字开关量有效位、输出数字开关量状态正常值、模拟量端口有效个数以及模拟量告警上限值与下限值。采集端向前端机回复命令编号位0x8A的帧，内容位采集端地址以及成功或者失败标志。

接线顺序和检测方法：在图1中，首先接好采集开关量和模拟量的接口(暂且不支持控制量)；其次用RS232连接线连接好配置电脑与采集端，配置好相关参数(注：不能在同一个前端机下面配置2个相同的采集端地址)，请仔细检查配置参数是否正确。上电采集端，并在其上电的前15秒内点击配置软件中的配置按钮，在配置期间采集端运行灯快闪。配置软件提示配置成功后，等待采集端运行指示灯配置快闪结束，观察告警指示灯是否亮，如果亮表示参数配置错误或者监控设备不符合该配置参数，如果不亮进行下一步，否则重复以上配置操作。断开电源和RS232线，连接RS485线(注：左边为RS485线中A线，右边为B线，不能接反)。开启电源，等待采集端正常运行后(15秒快闪结束)，观察通信指示灯是否有瞬时闪亮，如果闪亮表示该采集端已经正确连接到网络上。

在图2中，数据初始化任务时，需要初始化系统变量，创建时钟任务，创建通信任务。在图3中，创建时钟任务时，刷新看门狗，如果有配置数据则进行配置，如果没有配置数据则延迟后继续等待是否有配置数据。在图4中，创建通信任务，初始化串口，查看配置文件是否更新，如果配置文件被更新则重新启动系统，否则时间到配置文件没有更新则读取原配置文件。配置文件被更新后更新串口通信模式为多机通信模式并启动数据采集任务，接收来自前端机发送来的报文。查看接收到的前端机数据包是否正确，如果不正确则返回包错误，如果正确则进行数据包判断。如果数据包是查询则组建数据报文；如果数据包是设置数据输出开关量，则保存并配置报文组建应答包；如果是设置模拟量相关信息，则保存至配置文件，组建应答包；如果设置全部相关信息，则保存至配置文件，组建应答包，最终返回值给前端机。

在图5中，数据采集任务开始时，初始化采集任务，查看配置文件是否有效。如果无效则延迟1s准备下一次采集，如果有效，则读取输入数字量，逐个读取输入模拟量，刷新输出控制量，更新采集数据，根据配置文件分析处理采集数据，保存处理结果并准备下一次采集。

在图6中，采集端读取配置文件时，首先读取指定扇区的数据，判断数据是否有标志位。如果没有则读取失败，如果读取正确，读取校验字节，检查CRC检验是否正确，CRC校验错误则返回读取失败，如果读取正确，则读取数据到配置文件并返回配置文件读取成功。在图7中，写入配置文件时，读取配置文件，写入数据有效标志，计算CRC数据校验，并在指定扇区写入数据，如果写入成功，则返回成功标志，否则返回失败标志。在图8中，查看配置文件是否正确时，如果读取主配置文件成功，则备份主配置文件，否则读取副配置文件，使用副配置文件更新主配置文件。再次读取主配置文件，判断主配置文件中数据地址是否有效，判断配置文件中数据模拟量个数是否有效，判断配置文件中模拟量的上下限，如果有效则返回成功，否则返回失败。

Claims (4)

1、一种监控系统的采集端装置，包括控制量接口、串口、开关量接口、电源口和模拟量采集端口，其特征在于：所述的采集端装置还包括与前端机的第二RS485接口连接的第一RS485接口、用于通过所述第一RS485接口接收前端机的控制的数据处理模块，配置电脑的第一RS232接口通过RS232连接线与所述串口连接，所述的数据处理模块包括：

参数配置模块，用于判断采集端内部的FLASH是否有配置信息，如没有，则采集端一直等待来自配置电脑的第一RS232接口的配置命令；如有，每次启动后在预设时间内等待重新配置命令，如超过预设时间按照内部的配置信息工作；

所述的配置信息包括：配置参数版本号、线路编号、前端机编号、采集端地址、输入数字开关量状态正常值、输入数字开关量有效位、输出数字开关量有效位、输出数字开关量状态正常值、模拟量端口有效个数；

参数定义模块，设置采集端的数字开关量、模拟量的个数以及每个量与实际物理含义的对应关系；

设置参数模块，用于设置输出数字开关量、输入数字开关量状态量或全部参数配置时，接收前端机发送的数据配置帧，并保存，并向前端机回复采集端地址以及设置成功或失败标志的帧。

2、如权利要求1所述的一种监控系统的采集端装置，其特征在于：所述的采集端装置还包括告警指示灯，所述的数据处理模块包括：

告警模块，用于判断输入数字开关量和输出数字开关量是否正常，判断后输出到前端机；对模拟量进行采集和模数转换，判断模拟量是否在设定的合理范围内，选择性地的将告警信号输出到前端机；如发出告警信号，向告警指示灯发出接通指令。

3、如权利要求1或2所述的一种监控系统的采集端装置，其特征在于：所述的数据处理模块还包括：

设备查询模块，用于接收前端机的查询命令，定时扫描采集端，向前端机回复数据采集帧。

4、如权利要求3所述的一种监控系统的采集端装置，其特征在于：所述的前端机的第二RS485接口与采集端的第一RS485接口的数据传输通过RS485半双工多机通信方式。

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