CN105511342A - 一种机场机坪设备生产状态感知数据集中器 - Google Patents

一种机场机坪设备生产状态感知数据集中器 Download PDF

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Abstract

一种机场机坪设备生产状态感知数据集中器。其由前端数据采集单元和现场主控单元组成,用于实现对机坪地面设备的状态和环境参量进行安全监控、设备管理和设备维护;前端数据采集单元通过现场机坪设备数据接口的输出端连接机坪地面设备,输出端与现场主控单元连接,现场主控单元与管理服务器相连。本发明集成数据采集模块和主控单元,快速地采集、存放、处理和转发数据,数据采集单元自带操作系统进一步解放主板工况,使其有更多的资源去执行网络传输,满足远端服务器实时监控。进一步可以实现工况现场设备的实时维护。前端数据采集单元自带操作系统,可以分别采集模拟信号、无线信号和智能设备传输信号,并且能够进行一定的预处理。

Description

一种机场机坪设备生产状态感知数据集中器
技术领域
本发明属于机坪智能设备技术领域,特别是涉及一种机场机坪设备生产状态感知数据集中器。
背景技术
目前,在各大机场机坪现场,大部分机坪设备是依靠总线传输或者单机显示工况信息,机坪的各个设备信息独立分开,信息采集也是相互分开。而且目前机坪上的设备繁多,各种数据种类也多,因此对于设备布线存在很大的困难,同时数据采集面临传感器多、地域宽广和干扰大等问题。另外,在现有的机场设备监控方式下,设备布线复杂会使数据实时性变得较差,大部分工作人员需要在单机的数据抄录汇总对比之后才能了解设备的工作情况,从而对设备的实时维修造成了很大的困难。而且这样的工作方式必然会牺牲设备的使用时间以及可维护性,从而影响到设备运行的可靠性,也不利于保障地面设备的安全运行。目前部分机场采用的设备生产状态感知监控设备功能单一,处理能力一般,对于复杂的机坪工况设备布局需要配置多套设备,且不能完全保证数据的实时性,而且系统稳定性也不够。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种机场机坪设备生产状态感知数据集中器。
为了达到上述目的,本发明提供的机场机坪设备生产状态感知数据集中器由前端数据采集单元和现场主控单元组成,用于实现对机坪地面设备的状态和环境参量进行安全监控、设备管理和设备维护;其中:前端数据采集单元通过现场机坪设备数据接口的输出端连接机坪地面设备,输出端与现场主控单元连接,现场主控单元与管理服务器相连接。
所述的前端数据采集单元由处理模块、采集数据集中接口模块、系统管理模块、UI显示模块、通信接口和转换模块组成;其中:处理模块分别与通信采集数据集中接口模块、系统管理模块、UI显示模块和通信接口连接;采集数据集中接口模块与现场机坪设备数据接口连接,通信接口与转换模块相连接;转换模块与现场主控单元连接。
所述的处理模块为具备数据智能处理功能的可编程类智能处理器件;其由微处理器作为核心控制器件或模块构成;采集数据集中接口模块包括:开关量接口、模拟量接口、总线接口、无线接口和隔离电路,其中:开关量接口、模拟量接口、总线接口和无线接口汇聚在一个接口选择切换开关电路中,通过通信接口和隔离电路与处理模块相连接,实现数据的选择传输;系统管理模块包括任务管理固件、数据处理固件、存储管理组件、自身健康监测组件。
所述的现场主控单元由主控模块、通信接口、时钟模块、人机UI模块、数据交互接口模块和数据管理模块组成;其中:主控模块分别和通信接口、时钟模块、人机UI模块、数据交互接口模块和数据管理模块相连接;通信接口与前端数据采集单元中的转换模块连接,数据交互接口模块与远端的管理服务器连接。
所述的主控模块为具备数据智能处理功能的计算机器件;其以微处理器、作为控制核心的模块嵌入在主控单元内;通信接口为双向通信接口;时钟模块是实时时钟芯片和相应的固件,为实时时钟系统;人机UI模块为人机交互显示装置;数据交互接口模块包含有线局域网接口和无线网络接口在内的向外传输数据的接口装置。
所述的前端数据采集单元和现场主控单元一体集成在一个设备生产监控箱内,该监控箱内部设有电力线和通信线,安装在现场机坪设备数据接口附近。
本发明提供的机场机坪设备生产状态感知数据集中器的优点:
1)采用sensor-hub技术和物联网技术,集成数据采集模块和主控单元,能够快速地采集、存放、处理和转发数据,数据采集单元自带操作系统,可进一步解放主板工况,使其有更多的资源去执行网络传输,满足远端服务器实时监控。进一步可以实现工况现场设备的实时维护。
2)前端数据采集单元自带操作系统,可以分别采集模拟信号、无线信号和智能设备传输信号,并且进行一定的预处理。前端数据采集单元作为协处理器,让主控单元有更多的内存资源去执行处理数据,人机界面显示、COM和网络传输等任务。
3)由于协处理器的存在,主控单元可移植操作系统,自定内部通信协议,网络传输协议,因此保证了整个系统的稳定性和高性能。同时开源自定的操作系统也保证了系统的安全性能,能够更加适应复杂的工况现场工作。
附图说明
图1为本发明提供的机场机坪设备生产状态感知数据集中器的整体结构组成示意图。
图2为本发明提供的机场机坪设备生产状态感知数据集中器的组成框图。
图3为本发明提供的机场机坪设备生产状态感知数据集中器中采集数据集中接口模块组成示意图。
图4为本发明提供的机场机坪设备生产状态感知数据集中器中系统管理模块示意图。
图5为本发明提供的机场机坪设备生产状态感知数据集中器的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的机场机坪设备生产状态感知数据集中器进行详细说明。
如图1所示,本发明提供的机场机坪设备生产状态感知数据集中器4由前端数据采集单元2和现场主控单元3组成,用于实现对机坪地面设备6的状态和环境参量进行安全监控、设备管理和设备维护;其中:前端数据采集单元2通过现场机坪设备数据接口1的输出端连接机坪地面设备6,输出端与现场主控单元3连接,现场主控单元3与管理服务器5相连接。
机坪地面设备6的状态和环境参量为机坪现场存在的真实数据,现场机坪设备数据接口1指机坪环境设备或机坪设备产生自身数据的多种数据同类型相关接口,包括:机坪设备生产数据总线输出接口、机坪设备生产数据模拟量和开关量输出接口、机坪环境传感器和机坪设备数据无线输出接口;前端数据采集单元2接收并集成现场机坪设备数据接口1的所有输出数据;管理服务器5为设置在候机楼办公室内部的后台管理服务器,用于机坪地面设备6的全局管控;前端数据采集单元2为安装在机坪地面设备6附近的信息采集处理装置,每个前端数据采集单元2可采集某一机坪区域内的数据,多个前端数据采集单元2可在机坪内多点安装,实现机坪覆盖,前端数据采集单元2通过现场机坪设备数据接口1采集机坪地面设备6的状态和环境参量,并将数据传送给现场主控单元3,现场主控单元3为与前端数据采集单元2一体安装的信息处理显示终端,其与管理服务器5相连接;机坪地面设备6的状态和环境参量通过现场机坪设备数据接口1传输到前端数据采集单元2,然后由现场主控单元3经过处理和转换后发送给管理服务器5。
如图2所示,所述的现场机坪设备数据接口1为针对于机坪现场设备6所采集的真实数据和其他设备系统传输过来的状态数据参数接口;现场机坪设备数据接口1通过无线接口11、总线接口12、开关量接口13和模拟量接口14为前端数据采集单元2提供现场数据,反映工作状态。
所述的前端数据采集单元2由处理模块21、采集数据集中接口模块22、系统管理模块23、UI显示模块24、通信接口25和转换模块26组成;其中:处理模块21分别与通信采集数据集中接口模块22、系统管理模块23、UI显示模块24和通信接口25连接;采集数据集中接口模块22与现场机坪设备数据接口1连接,通信接口25与转换模块26相连接;转换模块26与现场主控单元3连接。
处理模块21为具备数据智能处理功能的可编程类智能处理器件;其由微处理器作为核心控制器件或模块构成,能够移植操作系统,作为后面将要叙述的主控模块31的协处理器件,其能够对数据进行处理和转化,在与其连接的四个模块中智能选择功能并执行,包括数据智能存储、智能分类,对现场处理单元3的信号进行接收和反馈,对任务进行分类,实时处理,以此来有效提高数据处理速度,减少主控模块31的处理负担;
采集数据集中接口模块22是将不同数据接口集于一体的通信接口硬件模块,其包含了多种协议接口电路设计,可以实现无线、总线、开关量和模拟量的采集传输;支持不同接口通信方式,现场灵活配置接口,接口之间能够相互切换,采集数据集中接口模块22收集现场机坪设备数据接口1传送的数据;如图3所示,所述的采集数据集中接口模块22包括:开关量接口、模拟量接口、总线接口(R232、R485、CAN等常见工业串行总线)、无线接口和隔离电路,其中:开关量接口、模拟量接口、总线接口和无线接口汇聚在一个接口选择切换开关电路中,可以实现按需求采集所需要的数据类型或选择通信方式,然后通过通信接口和隔离电路与处理模块21相连接,实现数据的选择传输;采集数据集中接口模块22的接口和切换开关可以根据现场的需求来配置种类和数量,实现个性化定制;
系统管理模块23为具有对采集数据进行储存、处理和对前端数据采集单元2自身管理等功能的硬件和固件模块,如图4所示,其包括任务管理固件、数据处理固件、存储管理组件、自身健康监测组件、其他配置功能组件及信号控制与反馈逻辑接口;其中信号控制与反馈逻辑接口是一块固化内嵌在系统管理模块23内部的接口固件,前端数据采集单元2利用信号控制与反馈逻辑接口对处理模块21下达的命令进行有优先级的分配和处理;各组件或固件可通过信号控制与反馈逻辑接口与处理模块21进行数据和信号通信交互;能够实现对现场机坪设备数据接口1的数据采集、处理和前端数据采集单元2自身管理功能;
任务管理固件是一组固化在存储介质中的固件,能够实现前端数据采集单元2下各个模块和数据处理任务分配执行,完成数据处理任务有序的进行,智能优化提升任务运行效果;
数据处理固件是一组固化在存储介质中的固件、数据库和数据文件,能够对现场各类数据的表示和状态进行处理,使数据格式得到统一,利于数据运算速度的提升;
存储管理组件是存储介质硬件实体和一组固化在存储介质中的固件,能够实现对现场数据的统一格式存储、分类和排序等实用功能;
自身健康监测组件是板载的各类健康管理传感器硬件和一组固化在存储介质中的固件,能够对所在系统的工作状态、数据交互状态和模块异常进行监测和报警;监视下行的采集数据集中接口和上行的通信接口,当发生信号断线时发出报警信号;监视自身数据流的走向,保证数据的准确率;
其他配置功能组件是一组固化在存储介质中的固件,该组件可以根据实际情况配置组件的数目和功能;实现系统管理模块23的功能多样性;
UI显示模块24为具备人机交互显示功能的设备或模块;采用小型显示组件,作为人机交互的接口装置,能够显示当前传输的数据流,反映现场数据状态情况;UI显示模块24可以将数据提取并以数据报表、曲线图的形式显示,以增加显示效果;此外还可以利用USB接口扩展多种人机交互设备;
通信接口25为具有实现通信功能的设计模块;作为数据输出和信息输入的接口模块,前端数据采集单元2通过通信接口25实现与现场主控单元3的通信;通信接口25支持串行总线接口,如CAN、RS-232,、RS-485等等,同时串口可扩展其它方式的通信接口;也可以利用通信接口25和转换模块26实现前端数据采集单元2与其他形式的上位机通信;并且可实现前端数据采集单元2和现场主控单元3的拆卸或拼装,因此适用性强;
转换模块26是通信接口25后延的、可选的硬件和固件设计,是将不同接口协议相互转换使其能相互通信连接的设计模块;其包含了多种协议接口转换硬件设计,可以实现多种通信方式的相互转换、隔离;转换模块26连接通信接口25和现场主控单元3中的通信接口32;转换模块26为可选数据传输配置模块;前端数据采集单元2通过RS232转USB接口总线,将数据传输到现场主控单元3内,实现上下行的通信。
如图2所示,所述的现场主控单元3由主控模块31、通信接口32、时钟模块33、人机UI模块34、数据交互接口模块35和数据管理模块36组成;其中:主控模块31分别和通信接口32、时钟模块33、人机UI模块34、数据交互接口模块35和数据管理模块36相连接;通信接口32与前端数据采集单元2中的转换模块26连接,数据交互接口模块35与远端的管理服务器5连接。
主控模块31为具备数据智能处理功能的计算机器件;其以微处理器、作为控制核心的模块嵌入在主控单元内,具备多任务、多线程工作能力,能够移植操作系统;作为整个系统的核心处理器;主控模块31移植了嵌入式linux操作系统,配置自定义的系统功能,智能识别传输数据类别,所在节点位置,下行接收前端数据采集单元2的传输数据,上行负责实现TCP/IP的远程传输功能;
通信接口32为双向通信接口,能实现数据交互;为适用各种不同接口间的交互通信;现场主控单元3通过通信接口32实现和前端数据采集单元2相互通信;支持各种总线传输接口,如USB,RS232等;
时钟模块33是实时时钟芯片和相应的固件,为实时时钟系统,其与主控模块31相连接,用于提供系统时钟信息;其与机场内的时钟同步,给主控单元3提供时间信息,用于操作备份设备数据;时钟模块33实现定制化的数据备份方式,当前为保存每天数据管理模块36中的数据,用于备份数据、分析或排故查询等;
人机UI模块34为人机交互显示装置,用于显示现场数据情况,通信接口状态提示和实现数据操控;外接三种设备:感应显示设备,触控设备,预留远程发送端口,实现人机交互显示;人机UI模块34还预留多种通用扩展接口,用于其他方式人机对话设备的连接;主控模块31通过人机UI模块34外接触控显示面板、键盘和手机信号发射装置相连接;触控显示面板能将数据管理模块36内的数据实时地以数据流、数据报表、数据图表的形式显示出来,同时也以组态实物图的形式显示异常设备信息;键盘可实现对现场主控单元3的功能操作,数据提取,用户登入等附加功能;手机信号发射装置用于将人机UI显示界面同步至相关的手机用户,实现不在现场的移动式实时监控;
数据交互接口模块35为包含有线局域网接口和无线网络接口等向外传输数据的接口装置,具有独立组网和接入互联网的能力;现场主控单元3通过数据交互接口模块35可将数据管理模块36中存储的数据发送至远端管理服务器5等上位机设备;数据交互接口模块35支持RJ-45或光纤连接的局域网接口LAN、无线网络接口WLAN;可以根据机场的实际情况配置数据交互接口模块35的类型和数量;数据交互接口模块35具备网络安全隔离功能,且支持网络断点续传;
数据管理模块36是存储介质硬件和固化在大容量存储介质中的固件,为具有对传输的数据进行协议校验、储存、处理和转换的硬件和固件模块;具备数据仓库和数据管理,包含数据传输的协议校验、数据处理分析以及不同类型数据转换统一结构存储;数据管理模块36将经过校验的数据存储在嵌入式数据仓库内,并按照数据来源节点存储数据;数据管理模块36能够通过数据交换接口模块35远程同步数据仓库;数据管理模块36可以定时地将数据导出,转换为人机UI模块34所需要的格式,提供图表、报表、曲线的显示;也可以根据时钟模块33来定时备份当天数据。
如图5所示,所述的前端数据采集单元2和现场主控单元3一体集成在一个设备生产监控箱内,该监控箱具有防水、防震、防爆、防电磁干扰等防护措施,内部设有电力线和通信线,安装在现场机坪设备数据接口1附近,现场机坪设备数据接口1通常指安装在飞机停机位、登机廊桥、登机车辆和其他机坪设备附近的传感器,以及机坪地面设备6自身的数据输出接口;设备生产监控箱通过有线或无线的方式接入机场网络,实现和管理服务器5数据传输;人机UI模块34中的触控屏和显示屏内嵌在设备生产监控箱上,为工业现场级的屏幕级别;其中,显示屏和UI显示模块24相连接,用于显示前端数据采集单元1内部当前传输的数据流,触控屏用于显示现场数据情况、通信接口状态查询和实现数据操控。
如图5所示,本发明提供的机场机坪设备生产状态感知数据集中器的具体安装方法是:在每一停机位或者机坪设备位置,针对现场机坪设备数据接口1安装一台设备生产监控箱,所有的设备生产监控箱通过机场网络连接到管理服务器5,管理服务器5置于候机楼办公室内。管理服务器5为PC级别以上计算机,接入机场网络,从机场机坪设备生产状态感知数据集中器4获取现场数据,并存入自带大型数据库,管理服务器5对机坪全部设备生产监控箱进行地理位置标志,并且进行组态方式管理,提供用户GUI,支持各类采集和处理数据的报表、曲线、图表等方式显示和查询等;在现场机坪设备数据接口1位于近机位附近时,机场机坪设备生产状态感知数据集中器4的数据交互接口模块35接入局域网接口LAN,利用有线网络将数据传入管理服务器5;在现场机坪设备数据接口1位于远机位附近时,机场机坪设备生产状态感知数据集中器4的数据交互接口模块35接入无线网络接口WLAN,利用无线网络将数据传入管理服务器5。

Claims (6)

1.一种机场机坪设备生产状态感知数据集中器,其特征在于:所述的机场机坪设备生产状态感知数据集中器由前端数据采集单元(2)和现场主控单元(3)组成,用于实现对机坪地面设备(6)的状态和环境参量进行安全监控、设备管理和设备维护;其中:前端数据采集单元(2)通过现场机坪设备数据接口(1)的输出端连接机坪地面设备(6),输出端与现场主控单元(3)连接,现场主控单元(3)与管理服务器(5)相连接。
2.根据权利要求1所述的机场机坪设备生产状态感知数据集中器,其特征在于:所述的前端数据采集单元(2)由处理模块(21)、采集数据集中接口模块(22)、系统管理模块(23)、UI显示模块(24)、通信接口(25)和转换模块(26)组成;其中:处理模块(21)分别与通信采集数据集中接口模块(22)、系统管理模块(23)、UI显示模块(24)和通信接口(25)连接;采集数据集中接口模块(22)与现场机坪设备数据接口(1)连接,通信接口(25)与转换模块(26)相连接;转换模块(26)与现场主控单元(3)连接。
3.根据权利要求2所述的机场机坪设备生产状态感知数据集中器,其特征在于:所述的处理模块(21)为具备数据智能处理功能的可编程类智能处理器件;其由微处理器作为核心控制器件或模块构成;采集数据集中接口模块(22)包括:开关量接口、模拟量接口、总线接口、无线接口和隔离电路,其中:开关量接口、模拟量接口、总线接口和无线接口汇聚在一个接口选择切换开关电路中,通过通信接口和隔离电路与处理模块(21)相连接,实现数据的选择传输;系统管理模块(23)包括任务管理固件、数据处理固件、存储管理组件、自身健康监测组件。
4.根据权利要求1所述的机场机坪设备生产状态感知数据集中器,其特征在于:所述的现场主控单元(3)由主控模块(31)、通信接口(32)、时钟模块(33)、人机UI模块(34)、数据交互接口模块(35)和数据管理模块(36)组成;其中:主控模块(31)分别和通信接口(32)、时钟模块(33)、人机UI模块(34)、数据交互接口模块(35)和数据管理模块(36)相连接;通信接口(32)与前端数据采集单元(2)中的转换模块(26)连接,数据交互接口模块(35)与远端的管理服务器(5)连接。
5.根据权利要求4所述的机场机坪设备生产状态感知数据集中器,其特征在于:所述的主控模块(31)为具备数据智能处理功能的计算机器件;其以微处理器、作为控制核心的模块嵌入在主控单元内;通信接口(32)为双向通信接口;时钟模块(33)是实时时钟芯片和相应的固件,为实时时钟系统;人机UI模块(34)为人机交互显示装置;数据交互接口模块(35)包含有线局域网接口和无线网络接口在内的向外传输数据的接口装置。
6.根据权利要求1所述的机场机坪设备生产状态感知数据集中器,其特征在于:所述的前端数据采集单元(2)和现场主控单元(3)一体集成在一个设备生产监控箱内,该监控箱内部设有电力线和通信线,安装在现场机坪设备数据接口(1)附近。
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