CN103760810B - 一种远程遥测终端控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种远程遥测终端控制器，包括微处理器、通讯模块、数据采集控制模块、存储模块、硬件看门狗、电源模块，存储模块内存储有操作系统，其中，所述操作系统搭载有软PLC运行系统，所述软PLC运行系统包括输入输出接口驱动和虚拟机，所述输入输出接口驱动包括数据采集控制接口驱动、通讯接口驱动；所述虚拟机包括系统管理器、错误管理器、调试内核、编译器。本发明一种远程遥测终端控制器通过操作系统搭载软PLC运行系统，并通过PC端的开发系统所发送程序指令，针对改变很小的程序，在PC端只需将原有程序的需要改变部分进行更改即可，提高了程序代码的复用率。

Description

一种远程遥测终端控制器

技术领域

本发明涉及油气生产数字化建设现场数据采集领域，尤其涉及一种远程遥测终端控制器。

背景技术

随着油气生产规模的不断扩大和对生产过程自动化要求的不断提高，利用数据转换技术作为数据测量、采集处理和过程控制的基本手段，并与计算机技术、通讯技术相结合的分布式监控系统，已取代集中式系统成为操作系统硬件发展的趋势。其中，远程遥测终端控制器（RTU）作为分布式监控系统中常用的一种，其应用愈来愈普及。远程遥测终端控制器（RTU）作为体现“测控分散、管理集中”思路的产品在中国油气得到广泛的应用。

远程遥测终端控制器（RTU）是REMOTE TERMINAL UNIT的简称，用于监视、控制与数据采集的应用，集遥测、遥信、遥调、遥控功能于一体，并在各种数据采集与监视操作系统(Supervisory Control And Data Acquisit输入输出n，SCADA)中得到广泛的应用。

通常，远程遥测终端控制器（RTU）是通常由中央处理单元（MCU）、通信接口、存储单元、模拟信号输入输出单元、开关信号输入输出单元、数字信号输入输出单元、电源单元等几大部分组成。此外，根据实际应用需求，有的远程遥测终端控制器（RTU）产品也增加了一些特殊功能，如视频、硬件冗余等功能。

在工程建设现场，现有远程遥测终端控制器虽然根据不同应用场景其内部的操作系统已搭载不同的独立的程序，为行业提供方便，远程遥测终端控制器也随着技术的发展不断发展，服务于石油现场数据采集行业的远程遥测终端控制器大量安装，也广泛用在电力、水利、能源、环保、交通、地理信息系统等领域。目前，这些应用场合使用的远程遥测终端控制器基本都是根据应用场合编写单独的程序，每一个具体应用都需要编写一个独立的程序，即使改变很小，也需要重新编写程序，代码复用比较差，而且都不能在应用中升级程序，造成施工和维护成本比较大。

发明内容

本发明提供一种远程遥测终端控制器，以解决现有的远程遥测终端控制器的代码复用率复杂，不能在应用中升级程序。

本发明提供一种远程遥测终端控制器，包括微处理器、通讯模块、数据采集控制模块、存储模块、硬件看门狗、电源模块，存储模块内存储有操作系统，其中，所述硬件看门狗与微处理器相连，用于监控操作系统软件程序运行状况；所述存储模块与微处理器相连，用于存储操作系统、启动程序及保存系统重要数据；所述通讯模块包括通讯接口，通讯模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器与外界设备进行通信；所述数据采集控制模块包括数据采集控制接口，数据采集控制模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器对现场输入输出接口进行数据采集及控制；所述电源模块与微处理器相连；所述操作系统搭载有软PLC运行系统，所述软PLC运行系统包括输入输出接口驱动和虚拟机，所述输入输出接口驱动包括数据采集控制接口驱动、通讯接口驱动；所述虚拟机包括系统管理器、错误管理器、调试内核、编译器；所述系统管理器用于处理不同命令和协调程序的执行，并且需要从数据采集控制接口读取变量；错误管理器用于检测和处理程序执行期间发生的各种错误；调试内核用于为软PLC运行系统提供多个调试函数以进行调试工作；编译器用于将通讯接口接受到的程序编译成可执行文件。

根据以上技术方案，本发明所提供的远程遥测终端控制器通过操作系统搭载软PLC运行系统，并通过PC端的开发系统所发送程序指令，针对改变很小的程序，在PC端只需将原有程序的需要改变部分进行更改即可，提高了程序代码的复用率，且，需要RTU执行哪种功能只需在PC端将相应程序发送到RTU即可，简单方便操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种远程遥测终端控制器装置示意图；

图2是本发明一种远程遥测终端控制器实施例装置流程图；

图3是本发明软PLC运行系统架构组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下将结合说明书附图，详细描述本发明。

图1是本发明提供一种远程遥测终端控制器示意图。如图1所示，所述远程遥测终端控制器包括微处理器、通讯模块、数据采集控制模块、存储模块、硬件看门狗、电源模块，存储模块内存储有操作系统，其中，所述硬件看门狗与微处理器相连，用于监控操作系统软件程序运行状况；所述存储模块与微处理器相连，用于存储操作系统、启动程序及保存系统重要数据；所述通讯模块包括通讯接口，通讯模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器与外界设备进行通信；所述数据采集控制模块包括数据采集控制接口，数据采集控制模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器对现场输入输出接口进行数据采集及控制；所述电源模块与微处理器相连；所述操作系统搭载有软PLC运行系统，所述操作系统还搭载有用于软PLC运行系统，所述软PLC运行系统包括输入输出接口驱动和虚拟机，所述输入输出接口驱动包括数据采集控制接口驱动、通讯接口驱动；所述虚拟机包括系统管理器、错误管理器、调试内核、编译器；所述系统管理器用于处理不同命令和协调程序的执行，并且需要从数据采集控制接口读取变量；错误管理器用于检测和处理程序执行期间发生的各种错误；调试内核用于为软PLC运行系统提供多个调试函数以进行调试工作；编译器用于将通讯接口接受到的程序编译成可执行文件。

进一步地，所述微处理器采用32位处理器，更具体的采用Cortex-M3处理器。

进一步地，所述软PLC运行系统采用ProConOS embedded CLR。

进一步地，所述操作系统采用linux操作系统。

在一个可行的实施例中，所述通讯接口包括以太网接口、RS232接口、RS485接口，以实现远程遥测终端控制器的与PC端及其他设备的通信功能。所述以太网接口采用10/100M自适应网络接口；所述RS232接口、RS485接口用于实现本实施例与其他工业设备进行通信工作，所接收和发出符合Modbus协议的数据。

进一步地，所述通讯接口包括3路RS485接口、2路RS232接口、1路以太网接口。

进一步地，所述通讯模块还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块采用ZIGBEE通讯模块，所述ZIGBEE通讯模块发送和接收符合ZIGBEE协议的数据，以便使远程遥测终端控制器（RTU）与其他无线仪表（如无线载荷、无线角位移等仪表）的互连、控制和数据交换。

在一个具体的实施例中，所述数据采集控制接口包括DI接口、DO接口、AI接口、AO接口、PI接口，以实现远程遥测终端控制器进行现场输入输出接口的数据采集及控制工作。

下面结合本发明一种远程遥测终端控制器的一种具体实施例来详细说明本发明。

图2为本发明一种远程遥测终端控制器装置示意图，如图所示，所述本实施例的远程遥测终端控制器（RTU）包括设置在底板（PCB）上MCU、硬件看门狗、存储器模块、电源模块、无线通讯模块、以太网接口、RS232接口、RS485接口、DI接口、DO接口、AI接口、AO接口、PI接口。所述硬件看门狗、存储器模块、电源模块、无线通讯模块、以太网接口、RS232接口、RS485接口、DI接口、DO接口、AI接口、AO接口、PI接口分别与MCU相连接。所述存储模块与MCU相连，用于存储操作系统、启动程序及保存系统重要数据。

所述硬件看门狗与MCU相连，用于监控本实施例远程遥测终端控制器操作系统软件程序运行状况。电源模块采用DC/DC隔离电源模块。进一步具体的说，所述DC/DC隔离电源的隔离电压可以达到2KVDC，并允许18～36V DC输入范围，工作效率达到86%，支持反接保护和短路保护，以降低本实施例远程遥测终端控制器（RTU）系统的电磁干扰。

本实施例远程遥测终端控制器采用RS485接口、RS232接口与其他设备进行通讯，也可以通过以无线通讯方式与其他设备通讯，还可以通过以太网接口与设备通讯，并使用MCU完成控制、采集、运算、通讯处理等全部功能。

所述RS485接口及RS232接口发送和接收符合Modbus协议的数据。接口所接收的数据传输到操作系统中，接口所发送的数据传输到远程遥测终端控制器（RTU）外的其他设备。所述RS485接口、RS232接口均设有光电耦合器，所述光电耦合器用于在所述各个接口在与外部进行信号传输时，一旦遭到强烈的浪涌冲击，限制其破坏范围在本功能单元内部，其它功能单元不受影响，可继续使远程遥测终端控制器（RTU）工作，达到降低浪涌破坏的目的。

所述以太网接口可以采用10/100M自适应网络接口，用于进行远程遥测终端控制器（RTU）与网络之间的数据交互。

所述无线通讯模块采用ZIGBEE通讯模块，所述ZIGBEE通讯模块发送和接收符合ZIGBEE协议的数据，以便使远程遥测终端控制器（RTU）与其他无线仪表（如无线载荷、无线角位移等仪表）的互连、控制和数据交换。

进一步说明本实施例，所述通讯模块包括3路RS485接口、2路RS232接口1路以太网接口，1路ZIGBEE通讯接口。

如图2所示，所述AI接口包括AI接口、ADC装置、光电耦合器。AI接口与ADC装置相连接，ADC装置与MCU相连，并且，ADC装置与MCU之间设置有光电耦合器。所述ADC装置（模拟信号转数字信号装置）用于将AI接口输入的模拟信号转换为数字信号输入到MCU中，光电耦合器用于避免AI接口受到强烈的浪涌冲击，保护本单元内其他功能单元不受影响。所述AO接口用于输出模拟信号。AO接口包括AO接口、DAC装置、光电耦合器。AO接口与ADC装置相连接，DAC装置与MCU相连，并且，DAC装置与MCU之间设置有光电耦合器。所述DAC装置（数字信号转模拟信号装置）用于MCU输出的数字信号转为模拟信号并传送到AO接口进行模拟信号输出；光电耦合器用于避免AO接口受到强烈的浪涌冲击，保护本单元内其他功能单元不受影响。所述DI接口用于输入数字信号，DI接口包括DI接口及光电耦合器，DI接口与MCU相连，并且DI接口与MCU之间设置有光电耦合器,光电耦合器用于避免DI接口受到强烈的浪涌冲击，保护本单元内其他功能单元不受影响。所述DO接口用于输入数字信号，DO接口包括DO接口及光电耦合器，DO接口与MCU相连，并且DO接口与MCU之间设置有光电耦合器,光电耦合器用于避免DO接口受到强烈的浪涌冲击，保护本单元内其他功能单元不受影响。所述PI接口用于输入脉冲信号，PI接口包括PI接口及光电耦合器，PI接口与MCU相连，并且PI接口与MCU之间设置有光电耦合器,光电耦合器用于避免PI接口受到强烈的浪涌冲击，保护本单元内其他功能单元不受影响。

AI接口、AO接口、DI接口和DO接口还设置有自恢复保险丝以及双向瞬态电压抑制二极管（TVS管）进行防护，进一步提高接口传输数据的稳定性。

更加具体说明本实施例远程遥测终端控制器（RTU），所述AI接口采用8路模拟量输入；AO接口采用4路模拟量输出；DI接口采用8路数字量输入；DO接口采用4路数字量输出；PI接口采用4路高速脉冲计数输入。这样，远程遥测终端控制器（RTU）同时可以采集8路模拟量数据、8路数字量数据、4路脉冲输入数据。

所述操作系统还搭载有用于软PLC运行系统，所述软PLC运行系统负责解析和运行PC端所开发的PLC程序，以实现本实施例RTU具有可编程性。相对应的，在PC端设置有与所述软PLC运行系统相对应的软PLC开发系统。通过PC端的软PLC开发系统，将编译后的程序文件通过所述通讯模块发送到操作系统里，然后由所述软PLC运行系统进行解析编译并通过所述数据收集控制模块以及发送相关指令进行工作。

进一步详细的说，所述操作系统包括bootloader、kernel、rootfs，以构建一个基本的嵌入式linux操作系统，为软PLC运行系统提供运行环境。

所述软PLC运行系统主要完成输入程序、执行程序、输出指令等工作，其架构包括输入输出接口驱动和虚拟机。虚拟机执行PLC程序，创建任务，在每个任务的开始从输入区获取输入状态，经过运算后，将结果存放在输出区。输入输出接口驱动的任务是按照PLC程序的需要将对应的输入输出接口状态存放在输入区，并将输出区的结果输出到输入输出接口中。所述软PLC运行系统架构组成具体如图3所示。

所述输入输出接口驱动包括数据采集控制接口驱动、通讯接口驱动；所述虚拟机包括系统管理器、错误管理器、调试内核、编译器；所述系统管理器用于处理不同命令和协调程序的执行，并且需要从数据采集控制接口读取变量；错误管理器用于检测和处理程序执行期间发生的各种错误；调试内核用于为软PLC运行系统提供多个调试函数以进行调试工作；编译器用于将通讯接口接受到的程序编译成可执行文件。

所述输入输出接口驱动包括本地输入输出接口的驱动和非本地输入输出接口的驱动。本地输入输出接口指本地RTU的输入输出端口，包括数据采集控制接口（AI接口、AO接口、DI接口、DO接口、PI接口）。非本地输入输出接口是指通过Modbus等协议与RTU进行通讯的通讯接口，包括RS232接口、RS485接口、ZIGBEE无线通讯接口。

更具体的说，本实施例RTU内的操作系统采用嵌入式Linux操作系统，并且所述操作系统搭载的为KW software公司的ProConOS embedded CLR的软PLC运行系统。该软PLC运行系统符合IEC61131标准，而在PC端，采用KW software的Multiprog集成开发环境，所述Multiprog集成开发环境同样基于IEC61131-3标准，可以对指令表（IL）、结构化语言（ST）、功能块图（SBD）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）5种工控编程语言进行编译，编译后的程序文件可以通过以太网（Ethernet）接口移植到本实施例RTU的操作系统里，然后操作系统中的软PLC运行系统会解析编译并将编译后的文件通过指令发出。

在PC端通过以太网与本实施例RTU连接，在Multiprog开发环境下利用程序交互可以获取当前RTU各个输入输出接口的工作状况和有关数据信息，实现对RTU的实时监测；同时，通过编译程序可以实现对RTU进行配置管理等操作，这样不仅提高了工程应用的灵活性和开放性，还实现了RTU的二次开发能力。

本实施例远程遥测终端控制器通过操作系统搭载软PLC运行系统，并通过PC端的开发系统所发送程序指令，针对改变很小的程序，在PC端只需将原有程序的需要改变部分进行更改即可，提高了程序代码的复用率，且，需要RTU执行哪种功能只需在PC端将相应程序发送到RTU即可，简单方便操作。并且，通过由于所述软PLC运行系统所对应的开发系统支持多种编程语言，用户可以根据自己熟悉的编程语言进行编制程序。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种远程遥测终端控制器，其特征在于，包括微处理器、通讯模块、数据采集控制模块、存储模块、硬件看门狗、电源模块，存储模块内存储有操作系统，其中，所述硬件看门狗与微处理器相连，用于监控操作系统软件程序运行状况；所述存储模块与微处理器相连，用于存储操作系统、启动程序及保存系统重要数据；所述通讯模块包括通讯接口，通讯模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器与外界设备进行通信；所述数据采集控制模块包括数据采集控制接口，数据采集控制模块与微处理器相连，用于远程遥测终端控制器对现场输入输出接口进行数据采集及控制；所述电源模块与微处理器相连；所述操作系统搭载有软PLC运行系统，所述软PLC运行系统包括输入输出接口驱动和虚拟机，所述输入输出接口驱动包括数据采集控制接口驱动、通讯接口驱动；所述虚拟机包括系统管理器、错误管理器、调试内核、编译器；所述系统管理器用于处理不同命令和协调程序的执行，并且需要从数据采集控制接口读取变量；错误管理器用于检测和处理程序执行期间发生的各种错误；调试内核用于为软PLC运行系统提供多个调试函数以进行调试工作；编译器用于将通讯接口接受到的程序编译成可执行文件。

2.如权利要求1所述的一种远程遥测终端控制器，其特征在于，所述微处理器采用32位处理器。

3.如权利要求1所述的一种远程遥测终端控制器，其特征在于，所述软PLC运行系统采用ProConOS embedded CLR。

4.如权利要求1所述的一种远程遥测终端控制器，其特征在于，所述操作系统采用linux操作系统。

5.如权利要求1所述的一种远程遥测终端控制器，其特征在于，所述通讯模块包括以太网接口、RS232接口、RS485接口。

6.如权利要求5所述的一种远程遥测终端控制器，其特征在于，所述以太网接口采用10/100兆自适应网络接口；所述RS232接口、RS485接口用于接收和发出符合Modbus协议的数据。

7.如权利要求5所述的一种远程遥测终端控制器，其特征在于，所述通讯模块还包括无线通讯模块。

8.如权利要求7所述的一种远程遥测终端控制器，其特征在于，所述无线通讯模块采用ZIGBEE通讯模块，所述ZIGBEE通讯模块发送和接收符合ZIGBEE协议的数据。

9.如权利要求1所述的一种远程遥测终端控制器，其特征在于，所述数据采集控制接口包括DI接口、DO接口、AI接口、AO接口、PI接口。

10.如权利要求2所述的一种远程遥测终端控制器，其特征在于，微处理器采用Cortex-M3处理器。