CN109240160A - 一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器 - Google Patents
一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，包括接触器本体和组网组件；组网组件包括管理端组件和受控端组件；受控端组件包括电源模块、接触器工作状态监测模块、接触器所在环境监测模块、可控制接触器工作的受控端控制模块和与管理端相连的受控端通讯模块；管理端组件贮有电气系统的控制逻辑；受控端控制模块收集接触器数据并汇总为受控端上报数据；受控端通讯模块把受控端上报数据上传至管理端组件；管理端组件按控制逻辑分析受控端上报数据，并根据控制逻辑生成决策指令下发至对应受控端组件；当受控端控制模块收到决策指令后执行指令中包含的接触器任务；本发明可以通过网络远程控制和监测联网的接触器，不受局域网的限制。
Description
技术领域
本发明涉及电气自动化控制领域，尤其是一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器。
背景技术
2013年4月德国提出了“工业4.0”战略，2015年3月中国也首次提出了“中国制造2025”的宏大计划，被视为“中国版工业4.0”战略。“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统（Cyber-Physical System)相结合的手段，将制造业向智能化转型，其技术基础是网络实体系统及物联网。“工业4.0”项目主要分为三大主题：一是“智能工厂”，二是“智能生产”，三是“智能物流”。其中“智能工厂”的重点是研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。数字化是“中国制造2025”的奠基石，包括工业数据采集（数据处理、后生命周期数据）云端的大数据科技、数据管理（传感、网络技术，一致有效的数据结构，数据处理方式）等，都是未来工业数据化的推进方向。因此，为了方便现场数据采集和远程监控，在工业生产大量使用接触器控制电器的应用中使接触器加入网络通信控制和检测功能，使其实现远程监测与控制，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明提出一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，可以通过网络远程控制和监测联网的接触器，不受局域网的限制。
本发明采用以下技术方案。
一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，用于电气系统内部接触器的组网，所述智能接触器包括接触器本体和组网组件；所述组网组件包括管理端组件和设于接触器处的受控端组件；所述受控端组件包括电源模块、接触器工作状态监测模块、接触器所在环境监测模块、可控制接触器工作的受控端控制模块和与管理端相连的受控端通讯模块；所述管理端组件贮有电气系统的控制逻辑；所述受控端控制模块收集接触器的工作状态数据及所在环境的环境参数并汇总为受控端上报数据；所述受控端通讯模块把受控端上报数据上传至管理端组件；所述管理端组件可查看受控端上报数据，并按控制逻辑分析受控端上报数据，根据控制逻辑生成与上报数据关联的决策指令下发至对应受控端组件；当受控端控制模块收到决策指令后，受控端控制模块控制接触器执行决策指令中包含的接触器任务。
所述管理端组件包括云服务器、监控中心计算机、组态王软件和管理端通讯程序；所述管理端通讯程序负责管理端组件与受控端组件间的通讯；所述组态王软件安装于监控中心计算机处；所述监控中心计算机贮有电气系统的控制逻辑；所述组态王软件根据电气系统的控制逻辑分析受控端上报数据并生成对应的决策指令。
所述接触器本体以接触器线圈的电磁力作为接触器分闸、合闸作业的动力源，所述受控端控制模块包括Arduino 微控制器和与接触器线圈相连的驱动控制器；所述受控端通讯模块包括运行嵌入式Linux的ARM平台。
所述接触器工作状态监测模块包括出线触头温度检测模块、进线触头温度检测模块、电流传感器、电压传感器。
所述接触器所在环境监测模块包括环境温湿度检测模块。
所述 Arduino 微控制器采用Arduino UNO R3 微控制器，环境温湿度检测模块采用DHT11温湿度传感器，进出线触头温度检测模块采用TMP102温度传感器，电流传感器采用ACS712-20A电流传感器模块，电压传感器采用电压互感器模块，电源模块采用AC220v通过变压、整流、滤波和稳压而得到DC5v电源。
当管理端组件与受控端组件通讯时，受控端通讯模块的ARM平台经串口读取Arduino 微控制器数据，对数据进行分析处理后通过网络发送到云服务器，云服务器与监控中心计算机进行网络通信连接，使监控中心计算机可以与接入云服务器的任一可通信可组网的智能接触器实现双向数据通信，备份和查看联网的智能接触器的负载电流、负载电压、进出线触头表面温度、接触器所在开关控制柜内环境温湿度的实时状态信息和历史数据；
当Arduino 微控制器经串口收到受控端通讯模块的ARM平台转发来的决策指令，则Arduino 微控制器根据指令通过驱动控制器使联网的智能接触器执行相应的动作。
当管理端组件与受控端组件通讯时采用的通信协议为自定义的私有协议；所述自定义的私有协议的运行参数包括接触器编号、数据流方向、数据信息，受控端通讯模块的ARM平台接通电源上电后系统开始进行自检、硬件初始化，在与云服务器连接成功后进入数据流中继服务，实现数据协议的转换等功能。云服务器接受请求连接后可实时接收传输的数据；
所述监控中心计算机处运行管理客户端；
所述云服务器包括应用服务器和数据库；所述应用服务器用于收发数据、解析和存储数据，数据库用来存储接触器状态信息，以供管理客户端访问查询历史数据；
云服务器与受控端组件建立通讯连接后，云服务器端将网联接触器对应套接字添加到在线设备队列中，遵循约定的下位机通讯协议，实时监测接网联触器的运行状态，并将接触器状态信息转发给管理客户端及储存到数据库；
所述云服务器工作时与管理客户端进行双向通讯并完成监控中心计算机通讯协议的解析，将管理客户端发送过来的程序指令转发给智能接触器，智能接触器收到指令后解析指令，根据指令完成相应指令动作。
所述监控中心计算机的组态王软件根据接触器所控制的电气设备的功能要求以及联网接触器之间相应的逻辑控制关系，通过软件编程形成对凭借智能接触器进行组网的复杂电气系统的逻辑控制，并通过网络下发控制指令，使远程的智能接触器执行相应的动作，实现监控中心计算机对电气系统内各电气设备的远距离控制，以实现对电气系统所在的工业现场的远程控制和监测。
所述管理端通讯程序把接收到的受控端上报数据以DDE通信协议转发至组态王软件。
本发明的优点在于，本发明将嵌入式技术和物联网网络技术相结合，可以通过网络远程控制和监测网联接触器，不受局域网的限制，并能在监控中心计算机上根据网联接触器所控制的电气设备的功能要求以及联网接触器之间相应的逻辑控制关系编写相应的程序，从而实现工业生产中对电器的远程控制。
本发明由于设置了云服务器作为监控数据和决策指令的转发，而且采用了性能强大的ARM平台作为受控端通讯模块，因此可以有效避开不同电气系统下复杂的防火墙设计而大范围地分发决策指令，例如根据应用需求，可随时加入接触器与云服务器进行联接，并在监控中心计算机上编写相应的程序，以实现对新加入的电气系统接触器的远程监控。
本发明由于设置了云服务器作为监控数据和决策指令的转发，因此可以在监控中心计算机与电气系统接触器之间建立隔离层，避免监控中心计算机与电气系统接触器直接连接，从而能有效地防止监控中心计算机与电气系统接触器因故障而相互影响。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的受控端组件的原理示意图；
附图2是本发明以监控中心计算机、云服务器和智能接触器组网的示意图；
附图3是本发明的通讯原理示意图。
具体实施方式
如图1-3所示，一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，用于电气系统内部接触器的组网，所述智能接触器包括接触器本体和组网组件；所述组网组件包括管理端组件和设于接触器处的受控端组件；所述受控端组件包括电源模块、接触器工作状态监测模块、接触器所在环境监测模块、可控制接触器工作的受控端控制模块和与管理端相连的受控端通讯模块；所述管理端组件贮有电气系统的控制逻辑；所述受控端控制模块收集接触器的工作状态数据及所在环境的环境参数并汇总为受控端上报数据；所述受控端通讯模块把受控端上报数据上传至管理端组件；所述管理端组件可查看受控端上报数据，并按控制逻辑分析受控端上报数据，根据控制逻辑生成与上报数据关联的决策指令下发至对应受控端组件；当受控端控制模块收到决策指令后，受控端控制模块控制接触器执行决策指令中包含的接触器任务。
所述管理端组件包括云服务器、监控中心计算机、组态王软件和管理端通讯程序；所述管理端通讯程序负责管理端组件与受控端组件间的通讯；所述组态王软件安装于监控中心计算机处；所述监控中心计算机贮有电气系统的控制逻辑；所述组态王软件根据电气系统的控制逻辑分析受控端上报数据并生成对应的决策指令。
所述接触器本体以接触器线圈的电磁力作为接触器分闸、合闸作业的动力源，所述受控端控制模块包括Arduino 微控制器和与接触器线圈相连的驱动控制器；所述受控端通讯模块包括运行嵌入式Linux的ARM平台。
所述接触器工作状态监测模块包括出线触头温度检测模块、进线触头温度检测模块、电流传感器、电压传感器。
所述接触器所在环境监测模块包括环境温湿度检测模块。
所述 Arduino 微控制器采用Arduino UNO R3 微控制器，环境温湿度检测模块采用DHT11温湿度传感器，进出线触头温度检测模块采用TMP102温度传感器，电流传感器采用ACS712-20A电流传感器模块，电压传感器采用电压互感器模块，电源模块采用AC220v通过变压、整流、滤波和稳压而得到DC5v电源。
当管理端组件与受控端组件通讯时，受控端通讯模块的ARM平台经串口读取Arduino 微控制器数据，对数据进行分析处理后通过网络发送到云服务器，云服务器与监控中心计算机进行网络通信连接，使监控中心计算机可以与接入云服务器的任一可通信可组网的智能接触器实现双向数据通信，备份和查看联网的智能接触器的负载电流、负载电压、进出线触头表面温度、接触器所在开关控制柜内环境温湿度的实时状态信息和历史数据；
当Arduino 微控制器经串口收到受控端通讯模块的ARM平台转发来的决策指令，则Arduino 微控制器根据指令通过驱动控制器使联网的智能接触器执行相应的动作。
当管理端组件与受控端组件通讯时采用的通信协议为自定义的私有协议；所述自定义的私有协议的运行参数包括接触器编号、数据流方向、数据信息，受控端通讯模块的ARM平台接通电源上电后系统开始进行自检、硬件初始化，在与云服务器连接成功后进入数据流中继服务，实现数据协议的转换等功能。云服务器接受请求连接后可实时接收传输的数据；
所述监控中心计算机处运行管理客户端；
所述云服务器包括应用服务器和数据库；所述应用服务器用于收发数据、解析和存储数据，数据库用来存储接触器状态信息，以供管理客户端访问查询历史数据；
云服务器与受控端组件建立通讯连接后，云服务器端将网联接触器对应套接字添加到在线设备队列中，遵循约定的下位机通讯协议，实时监测接网联触器的运行状态，并将接触器状态信息转发给管理客户端及储存到数据库；
所述云服务器工作时与管理客户端进行双向通讯并完成监控中心计算机通讯协议的解析，将管理客户端发送过来的程序指令转发给智能接触器，智能接触器收到指令后解析指令，根据指令完成相应指令动作。
所述监控中心计算机的组态王软件根据接触器所控制的电气设备的功能要求以及联网接触器之间相应的逻辑控制关系，通过软件编程形成对凭借智能接触器进行组网的复杂电气系统的逻辑控制，并通过网络下发控制指令，使远程的智能接触器执行相应的动作，实现监控中心计算机对电气系统内各电气设备的远距离控制，以实现对电气系统所在的工业现场的远程控制和监测。
所述管理端通讯程序把接收到的受控端上报数据以DDE通信协议转发至组态王软件。
本例中，可选的一种决策指令分发策略是把决策指令暂存于云服务器处，由受控端组件的ARM平台从云服务器上主动取回决策指令，从而实现穿透防火墙的效果并能保证网络安全，大大方便了产品的布署。
Claims (10)
1.一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，用于电气系统内部接触器的组网，其特征在于：所述智能接触器包括接触器本体和组网组件；所述组网组件包括管理端组件和设于接触器处的受控端组件；所述受控端组件包括电源模块、接触器工作状态监测模块、接触器所在环境监测模块、可控制接触器工作的受控端控制模块和与管理端相连的受控端通讯模块；所述管理端组件贮有电气系统的控制逻辑；所述受控端控制模块收集接触器的工作状态数据及所在环境的环境参数并汇总为受控端上报数据；所述受控端通讯模块把受控端上报数据上传至管理端组件；所述管理端组件可查看受控端上报数据，并按控制逻辑分析受控端上报数据，根据控制逻辑生成与上报数据关联的决策指令下发至对应受控端组件；当受控端控制模块收到决策指令后，受控端控制模块控制接触器执行决策指令中包含的接触器任务。
2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，其特征在于：所述管理端组件包括云服务器、监控中心计算机、组态王软件和管理端通讯程序；所述管理端通讯程序负责管理端组件与受控端组件间的通讯；所述组态王软件安装于监控中心计算机处；所述监控中心计算机贮有电气系统的控制逻辑；所述组态王软件根据电气系统的控制逻辑分析受控端上报数据并生成对应的决策指令。
3.根据权利要求2所述的一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，其特征在于：所述接触器本体以接触器线圈的电磁力作为接触器分闸、合闸作业的动力源，所述受控端控制模块包括Arduino 微控制器和与接触器线圈相连的驱动控制器；所述受控端通讯模块包括运行嵌入式Linux的ARM平台。
4.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，其特征在于：所述接触器工作状态监测模块包括出线触头温度检测模块、进线触头温度检测模块、电流传感器、电压传感器。
5.根据权利要求4所述的一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，其特征在于：所述接触器所在环境监测模块包括环境温湿度检测模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，其特征在于：所述 Arduino 微控制器采用Arduino UNO R3 微控制器，环境温湿度检测模块采用DHT11温湿度传感器，进出线触头温度检测模块采用TMP102温度传感器，电流传感器采用ACS712-20A电流传感器模块，电压传感器采用电压互感器模块，电源模块采用AC220v通过变压、整流、滤波和稳压而得到DC5v电源。
7.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，其特征在于：当管理端组件与受控端组件通讯时，受控端通讯模块的ARM平台经串口读取Arduino微控制器数据，对数据进行分析处理后通过网络发送到云服务器，云服务器与监控中心计算机进行网络通信连接，使监控中心计算机可以与接入云服务器的任一可通信可组网的智能接触器实现双向数据通信，备份和查看联网的智能接触器的负载电流、负载电压、进出线触头表面温度、接触器所在开关控制柜内环境温湿度的实时状态信息和历史数据；
当Arduino 微控制器经串口收到受控端通讯模块的ARM平台转发来的决策指令，则Arduino 微控制器根据指令通过驱动控制器使联网的智能接触器执行相应的动作。
8.根据权利要求7所述的一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，其特征在于：当管理端组件与受控端组件通讯时采用的通信协议为自定义的私有协议；所述自定义的私有协议的运行参数包括接触器编号、数据流方向、数据信息，受控端通讯模块的ARM平台接通电源上电后系统开始进行自检、硬件初始化，在与云服务器连接成功后进入数据流中继服务，实现数据协议的转换等功能；
云服务器接受请求连接后可实时接收传输的数据；
所述监控中心计算机处运行管理客户端；
所述云服务器包括应用服务器和数据库；所述应用服务器用于收发数据、解析和存储数据，数据库用来存储接触器状态信息，以供管理客户端访问查询历史数据；
云服务器与受控端组件建立通讯连接后，云服务器端将网联接触器对应套接字添加到在线设备队列中，遵循约定的下位机通讯协议，实时监测接网联触器的运行状态，并将接触器状态信息转发给管理客户端及储存到数据库；
所述云服务器工作时与管理客户端进行双向通讯并完成监控中心计算机通讯协议的解析，将管理客户端发送过来的程序指令转发给智能接触器，智能接触器收到指令后解析指令，根据指令完成相应指令动作。
9.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，其特征在于：所述监控中心计算机的组态王软件根据接触器所控制的电气设备的功能要求以及联网接触器之间相应的逻辑控制关系，通过软件编程形成对凭借智能接触器进行组网的复杂电气系统的逻辑控制，并通过网络下发控制指令，使远程的智能接触器执行相应的动作，实现监控中心计算机对电气系统内各电气设备的远距离控制，以实现对电气系统所在的工业现场的远程控制和监测。
10.根据权利要求3所述的一种基于嵌入式平台的可通信可组网的智能接触器，其特征在于：所述管理端通讯程序把接收到的受控端上报数据以DDE通信协议转发至组态王软件。
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