CN106292269A - 具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，所述控制器为智能型工业级控制器，其特征在于：所述智能控制器包括多个通讯接口，具有前端记录存储，具有控制部分，所述控制部分具备可编程控制功能，所述智能控制器还具备无线多重冗余技术和自诊断技术。本发明的智能型工业级控制器为一整套组合模块统称，可通过无线、PCI插槽接驳扩展DI、DO、AI、AO、温度、湿度等工业数据参数，并执行预设的程序逻辑。板载16M内存，支持100万条以上的数据记录存储。用户可通过电脑、服务器、PAD、手机等终端访问。可替代传统PLC、DCS系统全部或部分功能，对工业控制标准化、智能化管理、分散独立控制等方面具有极大的提升意义。

Description

具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器

技术领域

本发明涉及一种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器。

背景技术

现有的控制器最常见的是DCS分散控制系统和PLC系统的控制器，再就是工控机。DCS分散控制系统和PLC系统的控制器主要是作为运算部件，要依靠其配套的设备组成系统才能够实现对设备的控制功能，工控机虽然能够独立控制设备，但是这三种控制器对环境的要求比较高，需要安装在恒温恒湿的设备间。

同时，现有的控制器只具备逻辑运算功能，与手机、上位机等的通讯等功能需要其它专用模块的组合，此外，传统控制器自身不带存储功能，需要另加设备实现。

传统控制器还存在如下问题：通讯接口通过不同的扩展模块实现，成本十分高昂。传统控制器基本上是将数据传输至集控中心进行统一存储，一旦通讯线路出现异常，轻则无法记录历史数据，重则造成设备停机。在对设备稳定性要求极高的场合，一般均采用冗余控制技术。传统控制器最多可实现双重冗余技术，且组建双冗余设备费用十分高昂。传统控制器具备的自诊断技术，仅仅监控本身故障，在断电状态下无法进行监测。传统控制器仅作为逻辑控制，无法进行数据分析和自主调节功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器解决现有技术中存在的控制器过于集中于电子间、通讯单一、不具备智能功能、前端不能存储、电缆成本及施工费用高等问题。

本发明的技术解决方案是：

一种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，所述智能控制器为智能型工业级控制器，其特征在于：所述智能控制器包括多个通讯接口，具有前端记录存储，具有控制部分，所述控制部分具备可编程控制功能，所述控制器还具备无线多重冗余技术和自诊断技术。

其中，在上述智能控制器中：通讯功能包括RS485×2个、RJ45接口×1、CAN总线接口×2、无线ZigBee、无线WiFi、总线接口；通过以上接口，可以接驳扩展光纤传输、互联网、其他工业设备，兼容现有工业控制领域所有通讯接口，该特性直接决定该发明在工业控制方面的广泛应用。

另外，上述智能控制器采用ZigBee无线通讯实现工业数据采集与设备控制，且采用无线多重冗余技术，基于循环冗余校验对数据包完整性检查，支持鉴权和循环编组机制，实现就地控制器多重冗余控制；多重冗余技术通过有线或者无线连接，组成点对点、点对多点、多点对多点的N重冗余通讯技术，具体为：当整个网络中任意点出现故障，系统自动选择路径进行通信，同时对故障路径模块进行故障判定，确认故障则报警输出。

在另一个优选实施方案中，上述智能控制器的所述前端记录存储由控制器板载内存执行，支持100万条以上的数据记录存储，用户可以直接访问前端数据记录查询、下载、分析、记录数据，为工业控制过程提供极大便利性，可通过通讯接口连接集中控制进行冗余存储，具备断点续传功能，在通讯中断的情况下记录存储数据不会丢失，提升数据存储可靠性。

在再一个优选实施方案中，上述智能控制器的所述控制部分具备可编程控制功能，提供用户权限，授权工程师可以通过智能操控器直接对就地智能控制器进行离线组态、在线组态、在线修改控制逻辑，可编程界面采用最新所见即所得的人机交互画面，相较于传统梯形图界面更加友好，对工程师专业技术水平要求更低，底层检修技术人员也可以编程、修改控制逻辑，适应性更佳。

优选地，上述智能控制器包括内置就地嵌入故障专家诊断系统，在控制工业设备的同时，监测控制器自身状态，通过无线多重冗余技术，实现控制器的自检、互检功能，具体为：当检测到一个控制器出现故障无法通信时，将自动切换至备用通道，保证工业设备无线通信正常的同时尝试唤醒故障控制器，在无法唤醒时，发出报警指令，同时输出损坏控制器编号和安装位置。

进一步，所述控制器能够通过预设逻辑程序直接控制设备，也能够通过通讯接口与后台集控中心连接，组成一套更大的自动控制系统，从而实现全面的工艺流程智能控制，每一个控制器能够持续进行智能计算，最终将计算结果汇总至集控中心，形成一套基数独立运行、分散控制的智能调节工业控制流程，通过持续运算和大数据整合，可以使受控设备一直处于最佳工作状态，大幅提升工业制造生产效率，控制器在物理上更加分散，控制风险也就更为分散。

优选地，所述智能控制器还包括自带备用电源，自带备用电源在电源接口断电后，为控制器提供电量保持正常工作，实现双电源的切换功能。

在另一个优选实施方案中，智能控制器内置嵌入式专家诊断系统，就地判断设备状况，无线通讯，用户随时掌控设备运行状况。

具体来说，本发明提供了一种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，主板集成控制、多种通讯、前端存储等功能，

控制功能区：通过预设逻辑程序直接控制工业设备，或通过与云服务器通讯，通过大数据分析系统，实现对工业设备的控制流程的智能控制与调节；

通讯功能区：通过有线及无线等多种方式实现智能控制器控制模块与终端数据采集节点的通讯；

存储功能区：用于数据记录存储，提供用户直接访问前端数据记录的查询、下载、分析、记录数据，通过通讯接口连接集中控制进行冗余存储，具备断点续传功能，使在通讯中断的情况下记录存储的数据不丢失。

进一步地，通讯模块采用ZigBee无线通讯，且采用无线多重冗余技术，基于循环冗余校验对数据包完整性检查，支持鉴权和循环编组机制，实现就地控制器多重冗余控制；无线多重冗余技术通过有线或者无线连接，组成点对点、点对多点、多点对多点的N重冗余通讯技术，具体为：当整个网络中任意点出现故障，系统自动选择路径进行通信，同时对故障路径模块进行故障判定，确认故障则报警输出。

进一步地，包括自诊断模块：内置嵌入故障专家诊断系统，在控制工业设备的同时，监测控制器自身状态，通过无线多重冗余技术，实现控制器的自检、互检功能，具体为：当检测到一个控制器出现故障无法通信时，将自动切换至备用通道，保证工业设备无线通信正常的同时尝试唤醒故障控制器，在无法唤醒时，发出报警指令，同时输出损坏控制器编号和安装位置。

进一步地，终端数据采集节点包括终端控制模块、无线通讯模块和输入输出接口。

进一步地，终端数据采集节点还包括市电和太阳能供电接口、插拔金手指电路和供电电池，插拔金手指电路：通过板载可插拔设计，通过汇聚模块底板叠加扩展通道，或单独使用。

进一步地，包括用户权限模块，用户权限模块：通过授权用户对就地智能控制器进行离线组态、在线组态、在线修改控制逻辑。

进一步地，包括扩展插槽模块，扩展插槽模块：实现DI、DO、AI、AO、温度、湿度信号扩展。

进一步地，包括外接接口模块，外接接口模块包括电源接口、CAN总线接口、RS485总线接口和RJ45通讯接口。

进一步地，还包括备用电源，备用电源：在电源接口断电后，为控制器提供电量保持正常工作，实现双电源的切换功能。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种集多种通讯功能、前端记录存储、具备可编程控制功能、无线多重冗余技术、自诊断技术的多用途、智能型工业级控制器，该智能型工业级控制器为一整套组合模块统称。可通过无线、PCI插槽接驳扩展DI、DO、AI、AO、温度、湿度等工业数据参数，并执行预设的程序逻辑。板载16M内存，支持100万条以上的数据记录存储。用户可通过电脑、服务器、PAD、手机等终端访问。可替代传统PLC、DCS系统全部或部分功能，对工业控制标准化、智能化管理、分散独立控制等方面具有极大的提升意义。该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，是将传统工业控制系统与新时代物联网智能相结合的产物，具备传统控制器所有特性，新增多种通讯功能、前端记录存储、具备可编程控制功能、无线多重冗余技术、故障自诊断、智能控制、定位工业级的智能型多用途控制器。该控制器能够完美替代传统工业控制器中的PLC、DCS等系统，实现传统工业控制向智能化控制的无缝过度。该智能控制器采用集成化、模块化、积木式设计思路，将通讯功能、控制功能和存储功能集成，将硬接线参数信号输入输出功能块单独设计，根据用户需求自由组合成大、中、小型智能控制终端。通过无线自组网功能，不受空间及地形限制，自由组监整合型工业控制网络。支持前端独立运算，支持联网云计算。可单独控制任意一台设备或者一条生产线。每个控制器也可以通过网络实现相互联动，服务于整个工业制造流程，具有自动PID调节控制，使受控设备时时刻刻处于最佳工作状态。

附图说明

图1是实施例中具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器的结构示意图。

图2是实施例中终端数据采集节点的控制器的结构示意图。

图3是实施例具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器的应用实例的说明示意图。

图4至图6是实施例中终端数据采集节点的功能说明示意图。

其中，1-具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，2-终端数据采集节点，3-云服务器，4-胶带机，5-报警装置；11-通讯功能区，12-控制功能区，13-前端存储功能区，14-扩展插槽模块，15-外接接口模块，16-备用电源；21-终端控制模块，22-无线通讯模块，23-输入输出接口，24-供电电池，25-插拔金手指电路。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

一种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，如图1至图3所示，包括通讯功能区11、控制功能区12和前端存储功能区13。

通讯功能区11：通过有线及无线等多种方式实现智能控制器控制模块与终端数据采集节点的通讯。

控制功能区12：通过预设逻辑程序直接控制工业设备，或通过与云服务器3通讯，通过大数据分析系统，实现对工业设备的控制流程的智能控制与调节。

前端存储功能区13：用于数据记录存储，提供用户 直接访问前端数据记录的查询、下载、分析、记录数据，通过通讯接口连接集中控制进行冗余存储，具备断点续传功能，使在通讯中断的情况下记录存储的数据不丢失。

该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，集通讯功能、前端记录存储、可编程控制功能、无线多重冗余技术、故障自诊断、为一体的工业级智能型多用途控制器。该种智能控制器集成了各类无线功能、I/0传输功能，实现了与智能手机等的直接连接；将复杂的分体式扩展功能集于一身，功能分区分工明确，可独立完成传统控制器逻辑控制功能，也可以通过扩展插槽扩容不同的功能区域。智能控制器完美替代传统工业控制器中的PLC、DCS等系统，实现传统工业控制向智能化控制的无缝过度。

该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，具有智能控制功能，可通过预设逻辑程序直接控制设备，也可通过通讯接口与云服务器3连接，通过大数据分析系统，轻松实现全厂工艺流程智能调节。形成一套基数独立运行、分散控制的智能调节工业控制流程，通过持续运算和大数据整合，可以使受控设备一直处于最佳工作状态，大幅提升工业制造生产效率。

实施例的该智能控制器，具有前端记录存储功能，内置板载16M内存，支持100万条以上的数据记录存储。用户可以直接访问前端数据记录查询、下载、分析、记录数据也可以可通过有线无线网络传输至集中控制进行冗余存储，具备断点续传功能，在通讯中断的情况下记录存储数据不丢失。智能判断网络占用量，在空闲时传输历史数据，不占用网络资源，提升数据存储可靠性。

该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，通讯模块11采用ZigBee无线通讯模块22，且采用无线多重冗余技术，基于循环冗余校验对数据包完整性检查，支持鉴权和循环编组机制，实现就地控制器多重冗余控制；无线多重冗余技术通过有线或者无线连接，组成点对点、点对多点、多点对多点的N重冗余通讯技术，具体为：当整个网络中任意点出现故障，系统自动选择路径进行通信，同时对故障路径模块进行故障判定，确认故障则报警输出。

图4-6中，重点说明无线控制系统冗余通讯结构，通过有线或者无线连接，可以组成点对点（图4）、点对多点（图5）、多点对多点（图6）的N重冗余通讯技术，在图4-6中分别具有智能控制器主体、中继模块、终端数据采集节点2。当整个网络中任意点出现故障，系统自动选择路径进行通信，同时对故障路径模块进行故障判定，确认故障则报警输出。

实施例的该智能控制器，基于无线多重冗余技术，可智能选择网络通道，轻松实现就地控制器N重冗余控制，该技术属于首创。并实时监测网络通讯环境，网络通讯阻塞后直接输出报警信号，通过该功能，使得该发明可以应用在对工业控制设备要求极高的场合，即使一组网络中断，也不会影响设备的安全运行。配合智能网络诊断技术，能及时有效的管理整套控制设备，同时让设备处于最佳工作状态。

实施例的该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，还包括自诊断模块：内置就地嵌入故障专家诊断系统，在控制工业设备的同时，监测控制器自身状态，通过无线多重冗余技术，实现控制器的自检、互检功能，具体为：当检测到一个控制器出现故障无法通信时，将自动切换至备用通道，保证工业设备无线通信正常的同时尝试唤醒故障控制器，在无法唤醒时，发出报警指令，同时输出损坏控制器编号和安装位置。

该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，在监测受控设备故障状态的同时，还可监测设备本身状态，通过无线多重冗余技术，设备具备自检、互检功能，当故障设备停电或者通讯断开的情况下，由相邻设备检测故障并接管该设备，保证系统正常运行。内置嵌入专家式诊断系统，用户可随时掌控设备运行状况。

如图2和图3中所示，终端数据采集节点2包括终端控制模块21、无线通讯模块22和输入输出接口23。

终端数据采集节点2还包括市电和太阳能供电接口、插拔金手指电路25和供电电池24，插拔金手指电路25：通过板载可插拔设计，通过汇聚模块底板叠加扩展通道，或单独使用。

实施例还包括用户权限模块，用户权限模块：通过授权用户对就地智能控制器进行离线组态、在线组态、在线修改控制逻辑。

实施例还包括扩展插槽模块14，扩展插槽模块14：实现数字信号输入DI、数字信号输出DO、模拟信号输入AI、模拟信号输出AO、温度、湿度信号扩展。实施例还包括外接接口模块15，外接接口模块15包括电源接口、CAN总线接口、RS485总线接口和RJ45通讯接口。该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，内嵌多种通讯接口，同时满足有线和无线通讯方式，几乎兼容现有工业控制领域所有通讯接口。实现第三代控制系统FCS控制系统的功能，能够节约60%以上的电缆和施工费用；直接降低前期投资成本，后期增容扩展无需在通讯模块11上继续追加费用，直接有效降低投资和维护成本，长期经济效益十分可观。

如图1所示，实施例还包括备用电源16，备用电源16：在电源接口断电后，为控制器提供电量保持正常工作，供电最少可保持8小时数据监控，实现双电源的切换功能。该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，可正常工作在-40~80℃苛刻环境中，防护性能高达IP67级别，可以正常稳定工作在大部分工业现场。

实施例的该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，为就地布置，解决了传统控制器对环境的苛刻要求；智能控制器与智能控制器之间实现了无线冗余，可以很方便的实现N重冗余，这是首创，控制器冗余技术的重大突破；该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，能够实现独立设备的就地控制；实现无线组网，组建灵活的物联网，是实现智能化工业控制系统重要组成部分；实现第三代控制系统FCS控制系统的功能，能够节约60%以上的电缆和施工费用；实现智能手机与工业设备的连接，大大方便对工业设备的监控。实施例的该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，集成各类通讯功能的方式；自带存储功能、自带备用电池，能够保持一段时间正常工作。

实施例的该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，为一种具有多种通讯功能、前端记录存储、具备可编程控制功能、无线多重冗余技术、自诊断技术的多用途、智能型工业级控制器。

如图1所示，通讯功能包括RS485×2个，RJ45接口×1，CAN总线接口×2， 无线ZigBee总线接口。通过以上接口，可以接驳扩展光纤传输、互联网、其他工业设备。几乎兼容现有工业控制领域所有通讯接口，该特性直接决定实施例的控制器在工业控制方面的广泛应用；

实施例具有前端记录存储功能，内置板载16M内存，支持100万条以上的数据记录存储。用户可以直接访问前端数据记录查询、下载、分析、记录数据，为工业控制过程提供极大便利性。可通过通讯接口连接集中控制进行冗余存储，具备断点续传功能，在通讯中断的情况下记录存储数据不丢失，提升数据存储可靠性。

实施例具有具备可编程控制功能，提供用户权限，授权工程师可以通过智能操控器直接对就地智能控制器进行离线组态、在线组态、在线修改控制逻辑，可编程界面采用最新所见即所得的人机交互画面，相较于传统梯形图界面更加友好，对工程师专业技术水平要求更低，底层检修技术人员也可以编程、修改控制逻辑，适应性更佳。为确保设备安全，实施例提供用户权限，授权工程师才可以通过智能操控器直接对就地智能控制器进行离线组态、在线组态、在线修改控制逻辑。

实施例中，采用无线多重冗余技术，支持ZigBee无线通信技术，基于循环冗余校验(CRC)对数据包完整性检查，支持鉴权和循环编组机制，实现就地控制器多重冗余控制。通过该功能，使得实施例可以应用在对工业控制设备要求极高的场合，即使一组网络中断，也不会影响设备的安全运行。

实施例的控制器具有自诊断技术，在控制设备的同时，监测设备本身状态，通过无线多重冗余技术，设备具备自检、互检功能，当设备检测到一个控制器出现故障无法通信时，将自动切换至备用通道，保证设备无线通信正常的同时尝试唤醒故障设备，通过软件无法唤醒时，设备发出报警指令，同时输出损坏设备编号和安装位置。内置就地嵌入专家式诊断系统，用户随时掌控设备运行状况。

实施例的该控制器具有智能控制功能，可通过预设逻辑程序直接控制设备，也可通过通讯接口与后台集控中心连接，组成一套更大的自动控制系统，轻松实现全厂工艺流程智能。基于该发明，每一个智能控制器可以持续进行智能计算，最终将计算结果汇总至集控中心，形成一套基数独立运行、分散控制的智能调节工业控制流程，通过持续运算和大数据整合，可以使受控设备一直处于最佳工作状态，大幅提升工业制造生产效率。控制器在物理上更加分散，控制风险也就更为分散。

如图3所示，本实施例提供无线皮带保护系统改造实例：某火力发电厂现场胶带机4的输煤皮带较长，沿线拉绳开关等保护装置均不具备地址显示功能，一旦保护开关动作，复位时往往需要花费大量时间沿线去寻找动作的开关，耗费大量精力和时间，甚至影响到皮带再次启动，造成输煤时间延误，带来很大麻烦。

该种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器1，具有位置状态指示及报警功能，完美解决了拉绳开关无法准确显示位置的难题，具有低电压、离线报警、历史报警记录查询等功能。预留多种通讯接口，可以将报警数据回传至控制中心，支持将现场位置报警状态直接显示在组态画面上。采用分段采集，集中显示设计思路，除了实时显示于跑偏开关的跑偏状态及该状态的位置信息之外，还可以应用于速度开关、皮带撕裂开关、堵煤开关甚至是皮带运行等开关量信号的采集，然后在现场实时显示，便于现场了解及管理设备运行状态。

实施例通过改造，构建一整套完善的具有全项保护、自诊断、带报警和历史记录功能的皮带综合保护监测系统，使设备运行更加稳定。增加位置定位和故障监测功能，保证人员人身安全，提升运监控水平，对历史记录可追忆，提高操作性，增强设备稳定性，降低故障，降低维护量，降低发电成本。

Claims (9)

1.一种具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，所述智能控制器为智能型工业级控制器，其特征在于：所述智能控制器包括多个通讯接口，具有前端记录存储，具有控制部分，所述控制部分具备可编程控制功能，所述控制器还具备无线多重冗余技术和自诊断技术。

2.如权利要求1所述的具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，其特征在于：通讯功能包括RS485×2个、RJ45接口×1、CAN总线接口×2、无线ZigBee、无线WiFi、总线接口；通过以上接口，可以接驳扩展光纤传输、互联网、其他工业设备，兼容现有工业控制领域所有通讯接口，该特性直接决定该发明在工业控制方面的广泛应用。

3.如权利要求1所述的具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，其特征在于：智能控制器采用ZigBee无线通讯实现工业数据采集与设备控制，且采用无线多重冗余技术，基于循环冗余校验对数据包完整性检查，支持鉴权和循环编组机制，实现就地控制器多重冗余控制；多重冗余技术通过有线或者无线连接，组成点对点、点对多点、多点对多点的N重冗余通讯技术，具体为：当整个网络中任意点出现故障，系统自动选择路径进行通信，同时对故障路径模块进行故障判定，确认故障则报警输出。

4.如权利要求1所述的具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，其特征在于：所述前端记录存储由控制器板载内存执行，支持100万条以上的数据记录存储，用户可以直接访问前端数据记录查询、下载、分析、记录数据，为工业控制过程提供极大便利性，可通过通讯接口连接集中控制进行冗余存储，具备断点续传功能，在通讯中断的情况下记录存储数据不会丢失，提升数据存储可靠性。

5.如权利要求1所述的具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，其特征在于：所述控制部分具备可编程控制功能，提供用户权限，授权工程师可以通过智能操控器直接对就地智能控制器进行离线组态、在线组态、在线修改控制逻辑，可编程界面采用最新所见即所得的人机交互画面，相较于传统梯形图界面更加友好，对工程师专业技术水平要求更低，底层检修技术人员也可以编程、修改控制逻辑，适应性更佳。

6.如权利要求1所述的具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，其特征在于：包括内置就地嵌入故障专家诊断系统，在控制工业设备的同时，监测控制器自身状态，通过无线多重冗余技术，实现控制器的自检、互检功能，具体为：当检测到一个控制器出现故障无法通信时，将自动切换至备用通道，保证工业设备无线通信正常的同时尝试唤醒故障控制器，在无法唤醒时，发出报警指令，同时输出损坏控制器编号和安装位置。

7.如权利要求1所述的具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，其特征在于：所述控制器能够通过预设逻辑程序直接控制设备，也能够通过通讯接口与后台集控中心连接，组成一套更大的自动控制系统，从而实现全面的工艺流程智能控制，每一个控制器能够持续进行智能计算，最终将计算结果汇总至集控中心，形成一套基数独立运行、分散控制的智能调节工业控制流程，通过持续运算和大数据整合，可以使受控设备一直处于最佳工作状态，大幅提升工业制造生产效率，控制器在物理上更加分散，控制风险也就更为分散。

8.如权利要求1所述的具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，其特征在于：还包括自带备用电源，自带备用电源在电源接口断电后，为控制器提供电量保持正常工作，实现双电源的切换功能。

9.如权利要求1所述的具有多种通讯功能、无线冗余的智能控制器，其特征在于：智能控制器内置嵌入式专家诊断系统，就地判断设备状况，无线通讯，用户随时掌控设备运行状况。