CN109634228A - 一种用于远程控制与信号采集的系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于远程控制与信号采集的系统及其方法，该系统包含：模拟量信号输入模块，获取信号源提供的模拟量信号；主控制器，与模拟量信号输入模块连接，接收模拟量输入信号，通过主控制器中的模数转换器转换成数字量信号；RS485接口，与主控制器和远程控制设备连接，通过RS485接口将主控制器的数据结果传送至远程控制设备，远程控制设备提供远程数据指令，通过RS485接口发送至主控制器；数字量信号输出模块，将远程控制设备对远程数据指令处理后对应的数字量信号进行输出。本发明能远程监测，也可远程控制，集数据采集、控制、传输功能于一体，有极强的环境适应能力及极强的抗电磁干扰能力，通信距离长，大容量存储，应用针对性强，便于二次开发。
Description
技术领域
本发明涉及油田油井自动化控制应用领域，特别涉及一种用于远程控制与信号采集的系统及其方法。
背景技术
目前，能源与人们生活和工作息息相关，不可或缺。石油开采能够极大地满足人们的生活和经济建设的需要。油井是通过钻井方法钻成的孔，即开采石油时用钻机从地面打到油层而成的井。
现有技术中，传统的控制油井的开、关井是通过人工来实现的，费时费力。所以需要一种用于远程控制与信号采集的系统来负责对现场信号、工业设备的监测和控制，通过对压力、流量、电流、电压等信号的采集、控制、传输等，实现油田油井领域中自动化式的控制阀门开与关以及控制压力传感器等操作，既能远程监测、亦可远程控制，集数据采集、控制、传输功能于一体，对油田油井自动化控制起到重要的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于远程控制与信号采集的系统及其方法，该系统包含模拟量采样、数字量采集、模拟量信号线性隔离、数字量信号隔离、远程通讯、单元供电、数字量输出和输出隔离放大等模块，通过RS485接口发送获得的模拟输入量信号与数字量输入信号，且可以在RS485接收到控制指令后，做出相应的数字量输出，实现对现场信号、工业设备的监测和控制，既能远程监测、亦可远程控制，集数据采集、控制、传输功能于一体，具有极强的环境适应能力、极强的抗电磁干扰能力、通信距离长、大容量存储能力，实时进行多任务操作，具有灵活互相兼容的开放式接口。
为了达到上述目的，本发明公开了一种用于远程控制与信号采集的系统，包含：
供电系统，其为整个系统提供工作电源；
模拟量信号输入模块和/或数字量信号输入模块，其获取信号源提供的模拟量输入信号和/或数字量输入信号；
主控制器，其与模拟量信号输入模块连接，接收对应的模拟量输入信号，模拟量输入信号通过主控制器中的模数转换器转换成对应的数字量信号；和/或，主控制器与数字量信号输入模块连接，接收对应的数字量输入信号；
RS485接口，其与所述主控制器连接；所述RS485接口还与远程控制设备连接，通过RS485接口将所述主控制器对数字量输入信号处理后的数据结果传送至所述远程控制设备；所述远程控制设备提供对应的远程数据指令，通过所述RS485接口发送至所述主控制器；
数字量信号输出模块，其将所述远程控制设备对远程数据指令处理后对应的数字量信号进行输出。
优选地，所述模拟量信号输入模块包含采集信号源提供的模拟量输入信号的模拟量信号采集单元、对模拟量输入信号进行线性隔离的模拟量信号线性隔离单元和对模拟量输入信号进行线性放大的模拟量信号线性放大单元。
优选地，所述数字量信号输入模块包含采集信号源提供的数字量输入信号的数字量信号采集单元和对数字量输入信号进行隔离的数字量信号隔离单元。
优选地，所述模拟量输入信号为压力信号、流量信号、电流输入信号、电压输入信号的一种或多种。
优选地，所述电流输入信号为4-20mA，所述电压输入信号为0-10V。
优选地，所述主控制器中设置有第一接口，其接收由所述电压输入信号先转换成电流信号后进行线性隔离与放大再经转化而成的电压信号或者接收由所述电流输入信号直接进行线性隔离与放大并再经转化而成的电压信号；
所述主控制器的第一接口设置有可将转换后的电压信号进行模数转换而得到对应的数字量信号的模数转换器。
优选地，所述主控制器中设置有接收并测量经过隔离放大后的数字量输入信号的GPIO接口。
优选地，所述电源系统为24V直流电源。
本发明还提供了一种采用如上文所述的用于远程控制与信号采集的系统的用于远程控制与信号采集的方法，该方法包含以下过程：
S1、通过供电系统对整个系统提供工作电源；
S2、模拟量信号输入模块接收信号源提供的模拟量输入信号，将其进行相应转换后再进行线性隔离与放大，或直接将其进行线性隔离与放大，再接入主控制器具有模数转换作用的接口上进行测量，得到相应的数字量信号；
和/或，数字量信号输入模块直接接收信号源提供的数字量输入信号并将其进行隔离后接入主控制器的GPIO接口上进行测量；
S3、当主控制器获得输入信号后进行编码，通过RS485接口将编码结果发送至远程控制设备；
S4、远程控制设备对应地给出远程数据指令，并通过RS485接口发送至主控制器；
S5、主控制器对数据指令进行解码，根据远程数据指令所要求的功能将对应的数字量信号经过进行隔离与放大后输出，用于实际控制。
优选地，所述的用于远程控制与信号采集的方法进一步包含以下过程：信号采集过程与远程数据指令执行过程同时进行。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明能够与远方设备进行通讯，把本地采集到的信号发送给远方设备，同时具备接收远方设备的指令，响应指令的控制逻辑；本发明的远程控制与信号采集的系统负责对现场信号、工业设备的监测和控制，既能远程监测、亦可远程控制，是集数据采集、控制、传输功能于一体，具有极强的环境适应能力以及极强的抗电磁干扰能力，通信距离长，大容量存储能力，可实时地进行多任务操作，还具有灵活互相兼容的开放式接口；本发明应用针对性强，便于二次开发。
附图说明
图1本发明的用于远程控制与信号采集的系统的示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种用于远程控制与信号采集的系统及其方法，为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的用于远程控制与信号采集的系统包含：供电系统、模拟量信号输入模块和/或数字量信号输入模块、主控制器、RS485接口、远程控制设备和数字量信号输出模块。
模拟量信号输入模块中设置有模拟量信号采集单元、模拟量信号线性隔离单元（例如电子元件HCNR200，一种高线性度模拟光电耦合器）和模拟量信号线性放大单元（例如电子元件AD8552，一种双路放大器）。
其中，模拟量信号采集单元对获得的压力、流量等模拟量信号进行采集；模拟量信号线性隔离单元对采集到的压力、流量等模拟量信号进行线性隔离，例如，将得到的4-20mA和0-10V模拟量输入信号进行较小线性失真的隔离，将信号源与系统内部进行有效地隔离，防止过高电压的穿入烧毁实现信号转换功能的器件；模拟量信号线性放大单元对采集到的压力、流量等模拟量输入信号进行线性放大。
数字量信号输入模块中设置有数字量信号采集单元和数字量信号隔离单元。其中，数字量信号采集单元对获得的数字量输入信号进行采集，数字量信号隔离单元可以采用电子元件PS2801-4，用于隔离外部输入与单元内部的电气连续性，对获得的数字量输入信号进行隔离，因为将数字量输入信号源与系统内部进行有效地隔离，可以防止过高电压的穿入烧毁实现信号转换功能的器件。
模拟量信号输入模块与主控制器连接，则当0-10V模拟量输入信号转化成电流信号，进行线性隔离与放大后转换成电压信号接入主控制器具有模数转换的接口上进行测量，得到相应的数字量信号；或者，当4-20mA模拟量输入信号直接进行线性隔离与放大后转换成电压信号接入主控制器具有模数转换的接口上进行测量，得到相应的数字量信号。
和/或，数字量信号输入模块与主控制器连接，则数字量输入信号进行隔离后接入主控制器的GPIO接口（General-Purpose Input /Output Ports，通用I/O端口）上进行测量。
主控制器可以采用电子元件STM8S208，主控制器与供电系统（例如24V直流电源）连接，以实现对整个系统提供稳定、高质量的工作电源。其中，24V直流电源可以采用REC5-2405型号的电源。
RS485接口采用电子元件ADM2687，用于实现单片机接入RS485网络。RS485接口分别与主控制器和远程控制设备连接，主控制器还与输出隔离模块连接以及输出隔离模块还与输出放大模块连接。输出隔离模块可以采用电子元件PS2801-4，用于隔离外部输出与单元内部的电气连续性。输出放大模块电子元件可以采用IRF7380，用于提高设备的驱动能力。
数字量信号输出模块设置有输出隔离模块和输出放大模块，输出隔离模块对输出的数字量信号进行隔离，输出放大模块对输出的数字量信号进行放大。
其中，当主控制器在获得输入信号后，将数据与状态进行编码，通过RS485接口发送至远程控制设备，则远程控制设备对应地给出远程数据指令，并通过RS485接口发送至主控制器，主控制器对数据进行解码，根据远程指令所要求的功能将对应的数字量信号依次经过输出隔离模块和输出放大模块进行隔离、放大后输出，用于实际控制。
本发明提供了一种用于远程控制与信号采集的方法，该方法包含以下过程：
S1、通过供电系统对整个系统提供稳定、高质量的工作电源；
S2、模拟量信号输入模块接收信号源提供的模拟量输入信号，将其进行相应地转换后进行线性隔离以及放大/直接将其进行线性隔离以及放大，再接入主控制器具有模数转换的接口上进行测量，得到相应的数字量信号；
和/或，数字量信号输入模块直接接收信号源提供的数字量输入信号并将其进行隔离后接入主控制器的GPIO接口上进行测量；
S3、当主控制器获得上述输入信号后，将数据与状态进行编码，通过RS485接口发送至远程控制设备；
S4、远程控制设备对应地给出远程数据指令，并通过RS485接口发送至主控制器；
S5、主控制器对数据指令进行解码，根据远程数据指令所要求的功能将对应的数字量信号依次经过进行隔离、放大后输出，用于实际控制。
其中，由于采用多任务处理机制，信号采集与远程指令执行是同时进行的。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种用于远程控制与信号采集的系统，其特征在于，包含：
供电系统，其为整个系统提供工作电源；
模拟量信号输入模块和/或数字量信号输入模块，其获取信号源提供的模拟量输入信号和/或数字量输入信号；
主控制器，其与模拟量信号输入模块连接，接收对应的模拟量输入信号，模拟量输入信号通过主控制器中的模数转换器转换成对应的数字量信号；和/或，主控制器与数字量信号输入模块连接，接收对应的数字量输入信号；
RS485接口，其与所述主控制器连接；所述RS485接口还与远程控制设备连接，通过RS485接口将所述主控制器对数字量输入信号处理后的数据结果传送至所述远程控制设备；所述远程控制设备提供对应的远程数据指令，通过所述RS485接口发送至所述主控制器；
数字量信号输出模块，其将所述远程控制设备对远程数据指令处理后对应的数字量信号进行输出。
2.如权利要求1所述的用于远程控制与信号采集的系统，其特征在于，
所述模拟量信号输入模块包含采集信号源提供的模拟量输入信号的模拟量信号采集单元、对模拟量输入信号进行线性隔离的模拟量信号线性隔离单元和对模拟量输入信号进行线性放大的模拟量信号线性放大单元。
3.如权利要求1所述的用于远程控制与信号采集的系统，其特征在于，
所述数字量信号输入模块包含采集信号源提供的数字量输入信号的数字量信号采集单元和对数字量输入信号进行隔离的数字量信号隔离单元。
4.如权利要求1所述的用于远程控制与信号采集的系统，其特征在于，
所述模拟量输入信号为压力信号、流量信号、电流输入信号、电压输入信号的一种或多种。
5.如权利要求4所述的用于远程控制与信号采集的系统，其特征在于，
所述电流输入信号为4-20mA，所述电压输入信号为0-10V。
6.如权利要求4或5所述的用于远程控制与信号采集的系统，其特征在于，
所述主控制器中设置有第一接口，其接收由所述电压输入信号先转换成电流信号后进行线性隔离与放大再经转化而成的电压信号或者接收由所述电流输入信号直接进行线性隔离与放大并再经转化而成的电压信号；
所述主控制器的第一接口设置有可将转换后的电压信号进行模数转换而得到对应的数字量信号的模数转换器。
7.如权利要求1或3所述的用于远程控制与信号采集的系统，其特征在于，
所述主控制器中设置有接收并测量经过隔离放大后的数字量输入信号的GPIO接口。
8.如权利要求1所述的用于远程控制与信号采集的系统，其特征在于，
所述电源系统为24V直流电源。
9.一种采用如权利要求1-8任意一项所述的用于远程控制与信号采集的系统的用于远程控制与信号采集的方法，其特征在于，该方法包含以下过程：
S1、通过供电系统对整个系统提供工作电源；
S2、模拟量信号输入模块接收信号源提供的模拟量输入信号，将其进行相应转换后再进行线性隔离与放大，或直接将其进行线性隔离与放大，再接入主控制器具有模数转换作用的接口上进行测量，得到相应的数字量信号；
和/或，数字量信号输入模块直接接收信号源提供的数字量输入信号并将其进行隔离后接入主控制器的GPIO接口上进行测量；
S3、当主控制器获得输入信号后进行编码，通过RS485接口将编码结果发送至远程控制设备；
S4、远程控制设备对应地给出远程数据指令，并通过RS485接口发送至主控制器；
S5、主控制器对数据指令进行解码，根据远程数据指令所要求的功能将对应的数字量信号经过进行隔离与放大后输出，用于实际控制。
10.如权利要求9所述的用于远程控制与信号采集的方法，其特征在于，进一步包含以下过程：信号采集过程与远程数据指令执行过程同时进行。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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