CN105933170A - 一种现场总线数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

一种现场总线数据采集系统。它应用于电厂Profibus现场总线监控系统中，包含分析模块、通信模块、以太网交换机和光电转换器。所述分析模块串联接入现场总线网段，基于Profibus协议规则对该网段报文进行打包和解析，实现对网段通信数据的监听。所述通信模块通过背板总线与分析模块通信，汇集多分析模块所采集的多路网段信息，基于TCP/IP协议打包上传至以太网交换机。所述以太网交换机与多通信模块连接，并汇集数据，转发数据帧至光电转换器，所述光电转换器实现机柜到SIS(厂级监控系统)机房的远程数据通信。本发明模块体积小，组合灵活，不需扩展设置，即连即用，为上位机监控数据的获取与进一步采样分析提供基础。

Description

一种现场总线数据采集系统
技术领域
本发明属于电力监控技术领域，涉及一种应用于火电厂的现场总线数据采集系统。
背景技术
现场总线是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。在现有的各种总线标准中，Profibus现场总线是一种适合于发电企业应用的现场总线标准，被我国火力电厂机组现场总线系统广泛使用。然而目前现场总线数据采集系统多依赖于国外品牌采集通信模块，国产模块带载能力有限，系统成本较高。
发明内容
为了克服现有的电厂总线数据采集模块低带载能力、低自主化以及高成本的问题，本发明提供一种现场总线数据采集系统。系统中通信模块可实现至多“一拖四”覆盖四网段的总线数据采集，将系统与SIS(厂级监控系统)直连，方便工作人员对Profibus总线系统进行监控和维护。
本发明具体采用以下技术方案：
一种现场总线数据采集系统，应用于电厂Profibus现场总线监控系统中，包含1或多个分析模块、1或多个通信模块、以太网交换机和光电转换器，其特征在于：
每一个分析模块串联接入现场总线网段，实现对对应网段通信数据的监听；
每一个通信模块通过背板总线与1或多个分析模块连接；
所述以太网交换机与1或多个通信模块相连，每一通信模块将其所串联的网段通信数据上传至以太网交换机；
所述以太网交换机负责转发数据帧至光电转换器发送端；所述光电转换器发送端与设置在厂级监控系统SIS机房的光电转换器接收端通信，实现多路网段通信数据从机柜到厂级监控系统SIS机房的远程通信。
本发明还进一步包括以下优选方案：
所述分析模块采用DB9针头接口串联接入Profibus现场总线网段，每个分析模块采集一个网段的通信数据，所述通信模块通过背板RS-485总线与1-4个分析模块相连，构成“一拖一”、“一拖二”、“一拖三”或“一拖四”四种模式，带载能力自适应，直插即可，无需更改设置。
所述以太网交换机与1-6个通信模块相连。
所述分析模块、通信模块、以太网交换机和一个光电转换器发送端安装于就地机柜，光电转换器接收端安装于SIS机房内，就地机柜到机房由光纤连接进行数据传输，实现机柜到SIS机房的远程通信。
分析模块和通信模块的外壳采用拼装式电子外壳，外壳边缘采用高性能阻燃塑料。
所述分析模块工作面板设置有分析模块背板总线接口、分析模块LED指示灯、分析模块拨码开关、DB9针头接口和分析模块电源接口。分析模块通过分析模块拨码开关设置Profibus总线的网段号(0、1、2、3)，通过分析模块LED指示灯来指示通信正常状态和故障状态
所述通信模块为自主设计，正面面板设置有通信模块背板总线接口、通信模块LED指示灯、通信模块拨码开关、RJ45以太网接口和通信模块电源接口。
通信模块正面面板还进一步设计有SD卡卡槽出口，方便用于故障记录的SD卡插拔。通信模块拨码开关用来选择程序工作模式，当全部置低，通信模块为IAP模式，能够通过以太网进行固件更新，当全部置高时，通信模块为应用程序模式，即正常工作模式。通信模块RJ45以太网接口通过以太网电缆接入太网交换机；通信模块背板总线接口与分析模块背板总线接口相连。
本发明的有益效果是，现场总线数据采集系统具有高稳定性、可靠性，通过增强通信模块的带载能力，增强了组合灵活性，降低了系统成本；模块体积小，方便安装与维护；系统与SIS系统连接，将通信数据通过网线传输至SIS机房，实时性高，使用户能够实时检查、系统性分析并解决现场问题，对全厂Profibus系统运行情况进行智能控制及故障排除，具有重要实际意义。
附图说明
图1是发明现场总线数据采集系统结构示意图。
图2是分析模块的正视面结构示意图。
图3是通信模块的正视面结构示意图。
其中：1-底层数据采集单元，2-分析模块，3-通信模块，4-以太网交换机，5- 光电转换器发送端，6-光电转换器接收端，7-SIS数据库，8-上层数据分析单元，9-分析模块LED指示灯，10-分析模块拨码开关，11-(Profibus-DP总线)DB9针头接口，12-分析模块电源接口，13-分析模块背板总线接口，14-通信模块LED指示灯，15-SD卡卡槽，16-通信模块拨码开关，17-RJ45以太网接口，18-通信模块电源接口，19-分析模块背板总线接口。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1所示，为本发明公开的现场总线数据采集系统结构示意图。底层数据采集单元1包含分析模块2、通信模块3、以太网交换机4及光电转换器发送端5。首先，所有底层数据采集通信模块均架设在就地机柜导轨上：分析模块2串联在Profibus总线网段上，采集总线通信数据并通过背板RS-485总线传输至通信模块3；通信模块3采用“一拖四”模式，串联4个分析模块为一组，每组模块可覆盖4路Profibus总线网段；通信模块3将四路网段的报文信息及总线状态信息汇总，基于TCP/IP协议转换并通过网线传输至以太网交换机4；以太网交换机可连接多通信模块端口，通过网线与光电转换器连接。最终通信数据电信号被光电转换器发送端5转换为长距离光信号由光纤远程传输至上层数据分析单元8，由光电转换器接收端6还原信息保存至SIS数据库7，完成数据采集及传输工作，再在SIS平台进行数据分析与故障诊断工作。
图2是分析模块的正视面结构示意图。所述分析模块正面面板由顶至底设计有分析模块LED指示灯9、分析模块拨码开关10、Profibus-DP总线DB9针头接口11、分析模块电源接口12、分析模块背板总线接口13。
LED指示灯9四盏灯按顺时针方向分别为电源指示灯、背板总线通信数据接收指示灯、背板总线通信数据发送指示灯和DP通信指示灯，其中电源指示灯在模块上电后电常亮，工作时，接口收发数据相应功能的LED灯会闪烁。当DP通信指示灯常亮或常灭时，可能故障原因有：模块DP接口断线、DP总线通信异常。当背板总线通信收发指示灯常亮或常灭时，可能故障原因有：背板接口断线、分析模块拨码错误、通信模块工作异常。分析模块拨码开关10控制模块所采集网段的DP网段号(0、1、2、3)，全部置低位为地址0，全部置高位时为地址3。Profibus-DP总线接入插头DB9针头11设计于面板下部，用于采集总线数据，方便插拔。电源接口 12从左至右“G G V+V-”的顺序接入24V直流电源，其中“G”表示大地，“V+”表示24V电源正极，“V-”表示24V电源负极。背板总线接口13的A、B端子已在模块内部短接，因此只需用短接线依次将各分析模块的A、B端子连接到一起，就可使RS-485背板总线正常通信。
图3是通信模块的正面结构示意图。所述通信模块正面面板由顶至底设计有通信模块LED指示灯14、SD卡卡槽15、通信模块拨码开关16、RJ45以太网接口17、通信模块电源接口18、通信模块背板总线接口19。四盏LED指示灯顺时针方向分别为电源指示灯以太网发送指示灯、背板485接收指示灯、背板485发送指示灯，其中电源指示灯在模块上电后电常亮，工作时，接口收发数据相应功能的LED灯会闪烁。SD卡卡槽方便用于掉电故障信息存储卡的插拔。通信模块拨码开关用来选择程序工作模式，当全部置低，模块为IAP模式，可通过以太网进行固件更新，全部置高为应用程序模式，即正常工作模式。RJ45以太网接口17用于以太网电缆接入。电源接口18、背板总线接口19与分析模块的电源接口12、背板总线接口13设计一致。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种现场总线数据采集系统，应用于电厂现场总线监控系统中，其特征在于：所述现场总线数据采集系统通过监听Profibus现场总线通信，对多路网段通信数据进行汇总并通过以太网上传至厂级监控系统SIS。
2.一种现场总线数据采集系统，应用于电厂Profibus现场总线监控系统中，包含1或多个分析模块、1或多个通信模块、以太网交换机和光电转换器，其特征在于：
每一个分析模块串联接入现场总线网段，基于Profibus协议规则对所接入的现场总线网段报文进行打包和解析，实现对对应网段通信数据的监听；
每一个通信模块通过背板总线与1或多个分析模块通信，汇集所述1或多个分析模块所采集的对应网段通信数据；
所述以太网交换机与1或多个通信模块相连，每一通信模块将其汇集的对应网段通信数据通过TCP/IP协议打包并以数据帧的方式上传至以太网交换机；
所述以太网交换机负责转发数据帧至发送端光电转换器；所述发送端光电转换器与设置在厂级监控系统SIS机房的接收端光电转换器通信，实现多路网段通信数据从电厂Profibus现场总线到厂级监控系统SIS的远程通信。
3.根据权利要求2所述的现场总线数据采集系统，其特征在于：
所述分析模块采用DB9针头接口串联接入Profibus现场总线网段，每个分析模块采集一个网段的通信数据，所述通信模块通过背板RS-485总线与1-4个分析模块相连，构成“一拖一”、“一拖二”、“一拖三”或“一拖四”四种模式，带载能力自适应，直插即可，无需更改设置。
4.根据权利要求3所述的现场总线数据采集系统，其特征在于：
所述以太网交换机与1-6个通信模块相连。
5.根据权利要求2所述的现场总线数据采集系统，其特征在于：
所述分析模块、通信模块、以太网交换机发送端光电转换器安装于就地机柜，接收端光电转换器安装于SIS机房内，就地机柜到机房由光纤连接进行数据传输。
6.根据权利要求2所述的现场总线数据采集系统，其特征在于：
分析模块和通信模块的外壳采用拼装式电子外壳，外壳边缘采用高性能阻燃塑料。
7.根据权利要求2所述的现场总线数据采集系统，其特征在于：
所述分析模块工作面板设置有分析模块背板总线接口、分析模块LED指示灯、分析模块拨码开关、DB9针头接口和分析模块电源接口；
分析模块通过分析模块拨码开关设置Profibus总线的网段号(0、1、2、3)，通过分析模块LED指示灯来指示通信正常状态和故障状态。
8.根据权利要求7所述的现场总线数据采集系统，其特征在于：
所述通信模块正面面板设置有通信模块背板总线接口、通信模块LED指示灯、通信模块拨码开关、RJ45以太网接口和通信模块电源接口；
通信模块拨码开关用来选择程序工作模式，当全部置低，通信模块为IAP模式，能够通过以太网进行固件更新，当全部置高时，通信模块为应用程序模式，即正常工作模式。
9.根据权利要求8所述的现场总线数据采集系统，其特征在于：
所述通信模块正面面板还设计有SD卡卡槽出口，方便用于故障记录的SD卡插拔。
10.根据权利要求8或9所述的现场总线数据采集系统，其特征在于：
通信模块RJ45以太网接口通过以太网电缆接入太网交换机；通信模块背板总线接口与分析模块背板总线接口相连。
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