CN105955109A - 水务集中测控网关设备 - Google Patents

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高明
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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Abstract

本发明提出了一种水务集中测控网关设备，包括：数据传输模块接收来自所述远程监控系统的调控指令；控制策略管理模块将所述调控指令转换为对应的控制策略；数据传输模块将所述控制策略下发至对应的水务数据采集控制智能终端，由所述水务数据采集控制智能终端将所述控制参数发送至相应的设备仪表，以实现对所述设备仪表的调控，数据传输模块还接收来自所述每个所述水务数据采集控制智能终端的设备反馈数据。本发明接收远程监控系统的调控指令，并转换为控制策略，下发至各个水务数据采集控制智能终端，实现互联网环境下的远程集中控制。

Description

水务集中测控网关设备
技术领域
本发明涉及水务处理和网关设备技术领域，特别涉及一种水务集中测控网关设备。
背景技术
目前污水处理厂、自来水厂、泵站、监测站点的远程数据采集和远程控制没有成熟专有系统，多数情况下利用组态软件部署在互联网(或企业专网)上进行远程数据采集和远程控制，利用通用DTU/RTU进行数据通讯。
组态软件的应用基础是工业网(局域网)，工业网的网络稳定、安全性高，组态软件运行效果很好，是工业领域的常规数据采集控制系统。但在互联网领域，传统的组态软件DTU/RTU不能在稳定性差、安全性差(相对于工业网)的互联网上良好应用，存在以下问题：
(1)数据传输可靠性差：由于组态技术发源于工业网络，工业网为有线局域网，网络拓扑单一、稳定，但是互联网网络环境复杂，包括有线和无线(包括GPRS、3G等通信方式)网络路径。组态软件原有的数据传输技术不能完全适应互联网，容易出现连接中断或数据丢失，目前的DTU/RTU产品多为透明传输的通用产品，存储量小，不能实现可靠的断点续传。
(2)工业数据库支持数据综合分析能力差：组态软件利用工业库存储实时数据，工业库用于存储海量实时数据，采用线性压缩存储技术，存储机制为变化存储。另外，数据存储单元为“变量”每个变量一个记录。这种机制针对实时监控、历史分析、多变量对比分析等纵向抽取的支持力度很大，但对于多站点指标查询、对比分析、统计分析等多维分析不支持直接访问，需要大量中间处理过程，存储开发复杂，效率较低，人机交互时间长的缺点。
(3)远程控制不可靠：组态软件为实时控制软件，需要稳定快速的网络通道，但互联网网络环境复杂，并且包括有线和无线(包括GPRS、3G等通信方式)网络路径，网络不稳定，丢包率较高，导致组态软件的控制指令不能及时送达和回馈，其原有远程控制机制容易出现错误。
(4)无法进行数据标准化：组态软件采用的是变量存储管理机制，DTU/RTU为透明传输，变量由自控工程师自定义，变量定义不能包含太多业务概念，导致组态过程不能实现数据的指标化定义、管理以及标准化，不利于在线数据的后续综合分析。
(5)无法进行数据预处理：基于组态软件功能及工业库变量存储机制，组态软件及DTU/RTU不能在采集前端实现复杂公式计算、数据统计汇总、特征数据提取等数据预处理功能。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种水务集中测控网关设备，接收远程监控系统的调控指令，并转换为控制策略，下发至各个水务数据采集控制智能终端，实现互联网环境下的远程集中控制。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种水务集中测控网关设备，包括：数据传输模块，所述数据传输模块与远程监控系统和外部的至少一个水务数据采集控制智能终端相连，用于接收来自所述远程监控系统的调控指令，其中，所述调控指令用于控制设备仪表的动作；控制策略管理模块，所述控制策略管理模块与所述数据传输模块相连，用于根据预设本地控制策略和控制模型，将所述调控指令转换为对应的控制策略，其中，所述控制策略用于记录与所述调控指令对应的控制参数；所述数据传输模块将所述控制策略下发至对应的水务数据采集控制智能终端，由所述水务数据采集控制智能终端将所述控制参数发送至相应的设备仪表，以实现对所述设备仪表的调控，所述数据传输模块还用于接收来自所述每个所述水务数据采集控制智能终端的设备反馈数据，并将所述设备反馈数据发送至所述控制策略管理模块，由所述控制策略管理模块根据所述设备反馈数据和预设的控制模型，动态调整该设备反馈数据对应的设备仪表的后续控制策略，并将调整后的控制策略发送至所述水务数据采集控制智能终端，直至被调控的仪表设备达到所述调控指令的要求。
进一步，所述数据传输模块与所述远程监控系统和每个所述水务数据采集控制智能终端之间采用TCP/IP协议进行通信。
进一步，所述水务集中测控网关设备与每个所述水务数据采集控制智能终端预先协商加密算法，所述水务集中测控网关设备与每个所述水务数据采集控制智能终端之间的数据均以预设的加密算法进行加密传输。
进一步，所述控制策略中的控制参数包括：对所述设备仪表调控的目标量和操作量。
进一步，所述数据传输模块还用于将调控过程中和调控完成后的设备仪表的调控状态和调控结果反馈至所述远程监控系统，以由管理员进行实时监控。
进一步，还包括：液晶显示屏，所述液晶显示屏设置于所述水务集中测控网关设备的前面板。
进一步，所述数据传输模块还用于对所述设备反馈数据和所述调控指令进行缓存和重发。
进一步，，所述数据传输模块包括：RJ45接口、USB接口、RS232串口和RS232/422/485集成接口。
根据本发明实施例的水务集中测控网关设备，采用嵌入式设备，设备包括主板、接口、固态硬盘、嵌入式软件。本发明为低功耗无风扇配置，可靠性高，内置能与各系列数据采集控制智能终端通讯的协议模块和测控软件。网关上架方便，节约空间。
本发明实施例的水务集中测控网关设备，具有以下有益效果：
(1)集成化：本发明集成了多个软硬件系统功能(相当于将服务器、组态软件等集成为一个嵌入式设备)，使得整个系统简捷，故障点少。
(2)智能化：针对水务远程控制业务进行了运行工艺策略管理、模型管理等功能设置，使得测控网关具有了更多智能性。
(3)易维护：相比传统的基于服务器+组态系统，本发明均采用嵌入式、低功耗、无风扇设计，设备体积小，易于放置；低功耗、无风扇特性使得设备无需机房环境，维护成本低；嵌入式系统，开机即启动，无需专业人员管理；嵌入式系统无管理桌面，一般人员无法进行其他用途，系统稳定。
(4)测控数据传输可靠性强：本发明采用了同步和异步数据传输机制，基于应用于互联网的数据交换技术开发与数据采集控制智能终端的测控数据同步功能，使得水务数据集中测控网关设备与水务数据采集控制智能终端的测控数据传输可靠性大大增强。
(5)支持远程控制：本发明采用异步控制策略，支持远程策略控制，接收远程监控系统的调控指令，将调控指令转化为控制策略发送给各个水务数据采集控制智能终端，并可基于控制模型在反馈数据的支撑下动态调整控制指令，以此实现可靠的远程控制。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的水务集中测控网关设备的结构图；
图2为根据本发明实施例的水务集中测控网关设备与远程监控系统和水务数据采集控制智能终端的通信示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
水务行业为设备密集型行业，污水收集、污水处理、污泥处置、再生水回用等各板块均有大量设备设施。为实现运营管理一体化，本发明提出了一种水务集中测控网关设备，适用于水务特点的专业数据采集及控制应用，接收远程监控系统的调控指令，并转换为控制策略，下发至各个水务数据采集控制智能终端，使得运营管理软件与自动控制系统直接互联，实现互联网环境下的远程集中控制。
如图1所示，本发明实施例的水务集中测控网关设备，包括：数据传输模块1、控制策略管理模块2。
具体地，数据传输模块1与远程监控系统300和外部的至少一个水务数据采集控制智能终端100相连，用于接收来自远程监控系统300的调控指令。其中，调控指令用于控制设备仪表的动作。
需要说明的是，数据传输模块1与远程监控系统300和每个水务数据采集控制智能终端100之间采用TCP/IP协议进行通信。在数据传输模块1与远程监控系统300之间，数据传输模块1与每个水务数据采集控制智能终端100之间，均设置有防火墙。
在本发明的一个实施例中，数据传输模块1包括：RJ45接口、USB接口、RS232串口和RS232/422/485集成接口。
数据传输模块1采用了同步和异步数据传输机制，基于应用于互联网的数据交换技术开发与数据采集控制智能终端的测控数据同步功能，使得水务数据集中测控网关设备与水务数据采集控制智能终端的测控数据传输可靠性大大增强。
控制策略管理模块2与数据传输模块1相连，用于根据预设本地控制策略和控制模型，将调控指令转换为对应的控制策略。其中，控制策略用于记录与调控指令对应的控制参数。在本发明的一个实施例中，控制参数包括：设备仪表调控的目标量和操作量。
数据传输模块1将控制策略下发至对应的水务数据采集控制智能终端100，由水务数据采集控制智能终端100将控制参数发送至相应的设备仪表700，以实现对设备仪表700的调控。
数据传输模块1还用于接收来自每个水务数据采集控制智能终端100的设备反馈数据，并将设备反馈数据发送至控制策略管理模块2。由控制策略管理模块2根据设备反馈数据和预设的控制模型，动态调整该设备反馈数据对应的设备仪表700的后续控制策略，并将调整后的控制策略发送至水务数据采集控制智能终端100，直至被调控的仪表设备700达到调控指令的要求。
即，本发明支持策略化控制功能，数据传输模块1接收远程监控系统的调控指令(如运行模式)，控制策略管理模块2将调控指令转化为的控制策略(目标量、操作量等)，数据传输模块1将控制策略下发给水务数据采集控制智能终端100，并可基于控制模型在反馈数据的支撑下动态调整后续控制策略，直至完成调控指令，实现可靠的远程控制。
进一步，数据传输模块1还用于将调控过程中和调控完成后的设备仪表的调控状态和调控结果反馈至远程监控系统300，以由管理员进行实时监控。
本发明的数据传输模块1在接收相关测控数据和指令时，还可通过配置进行复杂的业务逻辑运算，对数据及指令进行进一步逻辑处理，使之更加符合于上端业务管理系统的要求。本发明具有远程管理和配置功能，支持远程固件更新和运行状态监控，可配置多个测控端同时进行数据及指令接收。
在本发明的一个实施例中，数据传输模块1可以对设备反馈数据和调控指令进行缓存和重发，保证了测量数据及指令的连续性。
在本发明的一个实施例中，本发明的水务集中测控网关设备与每个水务数据采集控制智能终端预先协商加密算法，双方以预设的加密算法进行加密传输，确保网关下达指令执行控制功能具有更高的安全性。
在本发明的一个实施例中，本发明实施例的水务集中测控网关设备，还包括：液晶显示屏，设置于水务集中测控网关设备的前面板上。从而无需配置显示器，即可通过前面板配备的高亮度液晶屏显示工作状态。
本发明实施例的水务集中测控网关设备基本配置如下：
硬件架构：X86；
处理器：Atom N2600双核1.6Hz低功耗处理器；
内存：4GB DDR3；
存储：8G SSD固态硬盘；
显示：机身自带液晶屏文字输出；
网口：2个千兆RJ45端口；
USB：4个USB2.0端口；
串口：2个RS-232串口，1个RS232/422/485；
其他：1PS/2，1VGA，1HDMI；
操作系统：Linux；
软件语言：C/C++；
通讯协议：TCT/IP；
业务功能：指令管理、指令下达、反馈管理。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，数据接收网关设备210与水务数据采集控制智能终端100和远程监控系统300相连，用于将本地实时数据、基础数据和特征数据上传至远程监控系统300。
本发明实施例的水务数据集中测控网关220与水务数据采集控制智能终端100和远程监控系统300相连，用于将远程控制指令下发至水务数据采集控制智能终端100。
数据采集网关230与远传智能仪表400、第三方数据传输单元DTU500、第三方采集数据库600和远程监控系统300相连，用于将远传智能仪表400、第三方数据传输单元DTU500和第三方采集数据库600采集的数据传输至远程监控系统300。
远程监控系统300管理标准化数据指标库，并接收水务数据采集控制智能终端100的本地实时数据、基础数据和特征数据，对实时数据、基础数据和特征数据进行分析并呈现给运营管理人员，以实现对厂站设备设施运行状态的远程监控。
并且，远程监控系统300进一步对实时数据、基础数据和特征数据进行分析生成对自动控制系统的远程控制指令。其中，远程控制指令包括：对自动控制系统的控制策略，例如对自动控制系统的目标量、操作量等的控制。
具体地，水务数据采集控制智能终端100采用异步控制策略，支持远程策略控制，接收远程监控系统300的控制策略，将控制策略转化为若干控制指令逐条发给水务企业厂站的自动控制系统，例如厂站的上位机或可编程逻辑控制单元PLC，并基于控制模型在反馈数据的支撑下动态调整控制指令，以此实现可靠的远程控制。控制过程中和控制完成后，水务数据采集控制智能终端100均将控制状态和控制结果反馈给远程监控系统300。
根据本发明实施例的水务集中测控网关设备，采用嵌入式设备，设备包括主板、接口、固态硬盘、嵌入式软件。本发明为低功耗无风扇配置，可靠性高，内置能与各系列数据采集控制智能终端通讯的协议模块和测控软件。网关上架方便，节约空间。
本发明实施例的水务集中测控网关设备，具有以下有益效果：
(1)集成化：本发明集成了多个软硬件系统功能(相当于将服务器、组态软件等集成为一个嵌入式设备)，使得整个系统简捷，故障点少。
(2)智能化：针对水务远程控制业务进行了运行工艺策略管理、模型管理等功能设置，使得测控网关具有了更多智能性。
(3)易维护：相比传统的基于服务器+组态系统，本发明均采用嵌入式、低功耗、无风扇设计，设备体积小，易于放置；低功耗、无风扇特性使得设备无需机房环境，维护成本低；嵌入式系统，开机即启动，无需专业人员管理；嵌入式系统无管理桌面，一般人员无法进行其他用途，系统稳定。
(4)测控数据传输可靠性强：本发明采用了同步和异步数据传输机制，基于应用于互联网的数据交换技术开发与数据采集控制智能终端的测控数据同步功能，使得水务数据集中测控网关设备与水务数据采集控制智能终端的测控数据传输可靠性大大增强。
(5)支持远程控制：本发明采用异步控制策略，支持远程策略控制，接收远程监控系统的调控指令，将调控指令转化为控制策略发送给各个水务数据采集控制智能终端，并可基于控制模型在反馈数据的支撑下动态调整控制指令，以此实现可靠的远程控制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (8)

1.一种水务集中测控网关设备，其特征在于，包括：
数据传输模块，所述数据传输模块与远程监控系统和外部的至少一个水务数据采集控制智能终端相连，用于接收来自所述远程监控系统的调控指令，其中，所述调控指令用于控制设备仪表的动作；
控制策略管理模块，所述控制策略管理模块与所述数据传输模块相连，用于根据预设本地控制策略和控制模型，将所述调控指令转换为对应的控制策略，其中，所述控制策略用于记录与所述调控指令对应的控制参数；
所述数据传输模块将所述控制策略下发至对应的水务数据采集控制智能终端，由所述水务数据采集控制智能终端将所述控制参数发送至相应的设备仪表，以实现对所述设备仪表的调控，
所述数据传输模块还用于接收来自所述每个所述水务数据采集控制智能终端的设备反馈数据，并将所述设备反馈数据发送至所述控制策略管理模块，由所述控制策略管理模块根据所述设备反馈数据和预设的控制模型，动态调整该设备反馈数据对应的设备仪表的后续控制策略，并将调整后的控制策略发送至所述水务数据采集控制智能终端，直至被调控的仪表设备达到所述调控指令的要求。
2.如权利要求1所述的水务集中测控网关设备，其特征在于，所述数据传输模块与所述远程监控系统和每个所述水务数据采集控制智能终端之间采用TCP/IP协议进行通信。
3.如权利要求1所述的水务集中测控网关设备，其特征在于，所述水务集中测控网关设备与每个所述水务数据采集控制智能终端预先协商加密算法，
所述水务集中测控网关设备与每个所述水务数据采集控制智能终端之间的数据均以预设的加密算法进行加密传输。
4.如权利要求1所述的水务集中测控网关设备，其特征在于，所述控制策略中的控制参数包括：对所述设备仪表调控的目标量和操作量。
5.如权利要求1所述的水务集中测控网关设备，其特征在于，所述数据传输模块还用于将调控过程中和调控完成后的设备仪表的调控状态和调控结果反馈至所述远程监控系统，以由管理员进行实时监控。
6.如权利要求1所述的水务集中测控网关设备，其特征在于，还包括：液晶显示屏，所述液晶显示屏设置于所述水务集中测控网关设备的前面板。
7.如权利要求1所述的水务集中测控网关设备，其特征在于，所述数据传输模块还用于对所述设备反馈数据和所述调控指令进行缓存和重发。
8.如权利要求1所述的水务集中测控网关设备，其特征在于，所述数据传输模块包括：RJ45接口、USB接口、RS232串口和RS232/422/485集成接口。
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