CN114884837A - 一种适用于钢厂高温环境的可靠数采装置及维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于数据采集技术领域，公开了一种适用于钢厂高温环境的可靠数采装置及维护方法，引入网络继电器和开关电源远程控制数据采集仪的供电电源实现重启维护；利用以太网交换机建立远端控制平台和网络继电器及数据采集仪的以太网实时通讯通道，建立以太网通讯共享总线型局域网络；通过光纤收发机将短距离的双绞线电信号转换为适合于长距离传输的光信号，实现控制单元与采集装置的远程通信和重启维护。本发明改进后的数据采集系统引入以太网继电器和开关电源控制采集卡的开关机，避免设备在未使用时仍处于通电待机状态，通过远程控制方式实现采集卡的重启和初始化设置，减少设备对于电能的消耗，提高设备的使用寿命进而提升装置本身的可靠性。

Description

一种适用于钢厂高温环境的可靠数采装置及维护方法

技术领域

本发明属于数据采集技术领域，尤其涉及一种适用于钢厂高温环境的可靠数采装置及维护方法。

背景技术

目前，在当前工业化时代，数据采集系统(DAS)被广泛应用于车间生产过程中。如钢厂的高温车间，为制造出更好的优质产品，必须在高温环境下对重要的仪器仪表数据进行采集，对温度等技术指标进行严格把控，实现对车间重要参数的精确化管理与监测，使得钢铁类产品的质量得以进一步提升。通常情况下数据采集系统的主要功能包括对生产过程中的数据进行采集、分析与处理，对重要参数进行实时监测与记录，当设备发生故障时及时预警并反馈给车间操作人员进行处理。当前数据采集装置主要由传感器、数据采集仪和计算机控制分析三部分组成，其中传感器和数据采集仪主要布置在车间产房中，需要面临严酷的环境考验，而计算机控制部分则是整个数据采集系统的处理核心，通过远端操作的方式实现数据的快速采集、处理、分析、判断、报警、存储和人机交互等。

由于车间复杂的操作环境，数据采集装置很容易受到复杂环境的影响从而难以准确获取所需的数据，例如当车间的温度升高时会对采集装置内部电路产生干扰，造成采集的数据不准确，严重时可能造成设备损坏；同样当采集装置面临断电以及网络通讯线路故障等突发情况时，计算机控制端无法获取当前故障具体信息，对于重要生产行业可能造成严重影响。基于上述考虑，对于钢厂的数据采集装置应当具备抗外部干扰的能力，及时应对各种突发状况并作出反应，同时实现信息采集的实时性、准确性。因此如何保证在钢厂等高温环境下的数据采集装置的可靠性以及如何实现数据采集装置的日常维护从而减少故障发生率变得十分重要。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)由于车间复杂的操作环境，数据采集装置很容易受到复杂环境的影响从而难以准确获取所需的数据。

(2)当车间的温度升高时会对采集装置内部电路产生干扰，造成采集的数据不准确，严重时可能造成设备损坏。

(3)当采集装置面临断电以及网络通讯线路故障等突发情况时，计算机控制端无法获取当前故障具体信息，对于重要生产行业可能造成严重影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于钢厂高温环境的可靠数采装置、方法、设备、终端及维护方法，旨在解决现有数据采集装置存在的抗干扰能力差、故障率高等问题。

本发明是这样实现的，一种适用于钢厂高温环境的可靠数采方法，所述适用于钢厂高温环境的可靠数采方法包括：

通过引入网络继电器和开关电源远程控制数据采集仪的供电电源达到重启维护目的；同时利用以太网交换机建立远端控制平台和网络继电器以及数据采集仪的以太网实时通讯通道，建立以太网通讯共享总线型局域网络；通过光纤收发机将短距离的双绞线电信号转换为适合于长距离传输的光信号，实现控制单元与采集装置的远程通信以获取采集数据且远程控制采集装置的重启维护。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采方法的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置，所述适用于钢厂高温环境的可靠数采装置包括：

采用基于CH563Q芯片为内核的以太网继电器实现对数据采集卡的供电电源的控制，所述芯片是32位RISC精简指令集CPU，具有多个高性能外设可应用于各种嵌入式开发；所述芯片具有以太网控制器，完全兼容IEEE802.3协议，内部DMA控制器处理FIFO和系统内存之间的所有数据传输，通过网络双绞线与远端以太网交换机连接实现以太网继电器和数据采集单元主控板的远程通讯；所述芯片具有GPIO端口与外部光耦隔离继电器电路组成以太网继电器的输出端口，利用继电器输出端口实现对开关电源的控制，进而实现对数据采集卡的供电电源控制。

数据采集卡，用于实现钢厂高温环境下包括温度在内的各类传感器输出信号的采集；电源部分由开关电源进行控制，通过网络双绞线建立与数据采集单元主控板之间的通讯和数据传输。

以太网通讯线路作为以太网继电器和数据采集卡与数据采集单元主控板之间通讯的中间通道，由远端和近端两部分通讯线路组成；在远端以太网通讯线路中，利用远端以太网交换机为以太网继电器和数据采集卡与数据采集单元主控板之间建立单独的网络通道提供对应接口，进而实现设备间的互联，双方以全双工方式进行实时通讯；利用远端光纤收发器实现将短距离的双绞线电信号转换为适合长距离传输的光纤信号，将远端数据采集卡获取信息远距离传输给数据分析与处理单元；在近端以太网通讯线路中，利用近端光纤收发器将远端的光纤信号重新转换为双绞线电信号，建立远端局域网络和近端数据分析与处理单元之间的一组子网链接；近端路由器实现对不同网络之间数据包的存储、分组转发处理，按照不同逻辑分开网络，当以太网继电器和数据采集卡与数据采集单元主控板之间进行网络通信时，路由器具有判断网络地址以及选择IP路径的作用；在多个网络环境中，使用路由器构建链接系统，通过不同数据分组以及介质访问方式对各个子网进行链接；利用路由器接受远端局域网信息，同时为扩展外部其他的局域网络提供接口，并保留一定的接口裕度。

数据分析与处理单元，由数据采集单元主控板以及PC端两部分组成，其中数据采集单元主控板对接收到的数据采集卡的数据文件进行判定和保存，同时对数据采集装置故障类型进行分析和识别，并执行相对应的维护策略；PC端则通过串口或以太网的形式访问数据采集单元主控板，对数据采集卡采集到的数据文件进行分析与处理。

改进后的数据采集装置的硬件电路中，开关电源用于给远端以太网交换机提供12V供电电源；利用以太网继电器输出端口控制开关电源的开机或关机，以太网继电器间接利用开关电源实现对采集卡的开关机控制；利用远端交换机连接以太网继电器以及数据采集卡，分别建立与主控板的通讯连接；同时利用光纤收发器将以太网通讯转为光纤传输，实现信号的远距离通信。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的维护方法，所述适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的维护方法包括以下步骤：

步骤一，进行数据采集装置在温度过高情况下的维护；

步骤二，进行数据采集装置的日常维护；

步骤三，进行数据采集装置的人工维护；

步骤四，进行数据采集装置的故障维护；

步骤五，进行数据采集装置的断电、断网维护。

进一步，所述步骤一中的数据采集装置在温度过高情况下的维护策略包括：

由数据采集单元主控板通过远端交换机控制采集卡获取钢厂的温度数据，进行采集卡的初始化设定；当钢厂环境温度升高时触发主控板内部的中断程序；主控板将当前环境温度与设定的温度等级进行比较，判断是否对采集装置进行停机维护；当环境温度未超过设定温度值时，则不对数据采集卡进行重启操作，同时将异常温度信息发生时间保存在主控板中用于PC端进行分析，并返回温度异常恢复标识符，结束故障类型的维护过程；

当环境温度超过设定值时，则由主控板通过远端交换机向以太网继电器发送重启信号，由以太网继电器输出端口断开数据采集卡的供电电源完成采集卡的关机操作，同时继电器内部延时程序启动，延时10min后完成采集卡的重启，重启完成后将继电器输出状态信息以及延时时间返回至主控板中用于系统查验；在采集卡重启完成后由主控板再次读取数据采集卡的温度数据是否超过设定值，若温度恢复正常，则返回温度异常采集卡重启完成标识符，若温度仍高于设定值，则返回温度数据异常标识码，同时进行钢厂的停机维修操作。

进一步，所述步骤二中的数据采集装置日常维护策略包括：

由数据采集单元主控板内部定时器时钟产生中断重启信号，通过以太网接口利用远端交换机建立主控板与以太网继电器的通讯，并将采集卡的重启信号传入以太网继电器内核芯片CH563Q中；以太网继电器根据重启信号将内部时钟信息返回至主控板并做好重启采集卡的准备；

判断主控板和以太网继电器的内部时钟是否同步，若时钟状态不一致，则将主控板的时钟信息通过远端以太网交换机同步至以太网继电器中，使得采集卡的重启维护与近端数据获取处于同一时间；当时钟信息同步完成后，则由主控板向以太网继电器发送重启维护指令，以太网继电器输出端口断开数据采集卡的电源完成关机操作并读取采集卡的关机信号，在确定采集卡已处于关机状态后继电器内部延时程序启动，在延时10min后完成采集卡的供电重启；

在采集卡重启维护完成后由以太网继电器将数据采集卡的开关机信号以及维护时间信息返回至主控板中；主控板在获取采集卡的开关机信号以及维护时间信息后判定采集卡的重启维护操作是否完成，若判定采集卡的日常维护操作完成，则返回数据采集卡重启状态完成标识符；若重启维护操作未完成，则至少重复判定过程一次，并将数据采集卡的重启维护判定次数N保存在主控板中，返回数据采集卡维护异常标识码用于PC端对采集卡维护异常原因进行分析。

进一步，所述步骤三中的数据采集装置人工维护策略包括：

由主控板获取外部人工控制信息，通过以太网接口并遵循TCP/IP通讯协议将所述外部人工控制信息发送至远端光纤收发器，利用远端以太网交换机建立主控板与以太网继电器的局域网通信媒介；由以太网继电器获取数据采集卡的维护或重启信号，根据获取信息判定是否需要重启数据采集卡。

若不用重启则由主控板读取以太网继电器和数据采集卡的当前工作状态信息，根据读取信息判断以太网继电器和采集卡的状态是否一致；若状态一致，则返回数据采集卡维护状态完成标识符，采集装置继续完成传感器信号采集工作；若状态不一致，则采集装置处于维护异常状态，重复判定过程至少一次，并将采集卡维护状态异常标识码返回至主控板中，利用PC端对采集装置维护异常原因进行分析与处理。

若需要重启数据采集卡时，则由以太网继电器控制开关电源断开采集卡的供电电源完成关机操作，以太网继电器和主控板同时读取采集卡的关机状态信息；以太网继电器启动内部延时程序10min后完成采集卡的重启，同时主控板通过远端交换机连接以太网继电器获取延时时间信息；当采集卡重启完成后以太网继电器将重启完成信号及自身输出状态返回至主控板中，同时主控板读取采集卡的开机状态信号；根据主控板获取信息判定是否完成采集卡的重启操作，若完成重启维护，则返回数据采集卡的人工重启维护完成标识符；若采集卡重启未完成，则至少进行一次判定过程，并将判定次数N保存在主控板中，PC端对采集卡人工重启维护异常原因进行分析，同时返回采集卡重启状态异常标识码并保存在主控板内存中。

进一步，所述步骤四中的数据采集装置故障维护策略包括：

由主控板通过近端路由器接收到故障信息并产生故障中断，主控板通过以太网交换机向以太网继电器内核芯片CH563Q发送故障请求信号，由以太网继电器将故障类型和故障状态信息返回至主控板中，根据返回的故障状态信息判定是否需要重启数据采集卡。

若不需要重启采集卡，则由主控板再次向以太网继电器发送请求信号，利用主控板再次读取继电器输出端口和数据采集卡的状态信息，判断以太网继电器和采集卡的状态是否一致；若状态一致则表明数据采集装置的故障消除，返回数据采集卡的故障维护状态完成标识符；若状态不一致，则表明故障发生后造成继电器输出端无法控制采集卡进行重启，将采集卡的状态信息和以太网继电器故障信息保存在主控板中用于PC端进行故障原因分析，并返回数据采集卡的故障维护状态异常标识码。

若需要重启数据采集卡，表明继电器发生故障后仍利用输出端口控制采集卡完成重启维护过程，则主控板发送重启信号并通过远端交换机送入以太网继电器中，由继电器输出端口控制开关电源断开采集卡的供电电源；同时继电器读取采集卡的关机状态信号，主控板则利用远端交换机获取采集卡的当前状态信息；在确定采集卡关机后继电器内部延时程序启动，延时10min后将继电器输出端口信息返回至主控板中；主控板再次向以太网继电器发送故障请求信号，获取以太网继电器的故障信息标识码，根据接收到的故障信息判定以太网继电器故障是否消除；若故障消除，则由主控板向以太网继电器发送开机重启信号，以太网继电器在接收到重启指令后控制开关电源完成采集卡的开机启动并返回故障重启状态完成标识符；若故障未消除，则至少重复一次判定过程并将以太网继电器故障信息保存在主控板中，同时等待采集装置故障检测修复完成，返回判定次数N以及采集卡的故障重启状态异常标识码。

进一步，所述步骤五中的数据采集装置断电、断网维护策略包括：

主控板通过远端以太网交换机与采集卡的通讯中断，则主控板记录网络中断信息并通过交换机向以太网继电器内核芯片CH536Q发送通讯请求信号，判定主控板发送通讯请求信号后是否接收到以太网继电器的返回信号。

若接收到以太网继电器的返回信号，则判定采集卡与远端以太网交换机之间发生网络通讯中断故障，主控板向以太网继电器发送采集卡重启指令，继电器输出端口控制断开采集卡的供电电源完成采集卡的关机操作；同时以太网继电器内部延时程序启动，10min后完成采集卡的供电重启，重启完成后将继电器输出端口信息和延时时间返回至主控板中；主控板向采集卡发出通讯请求，根据返回信息判定主控板与采集卡的网络通讯是否恢复；若通讯恢复，则将采集卡的网络通讯故障重启信息保存在主控板中，并返回数据采集卡网络通讯中断恢复标识符；若通讯未恢复，则至少重复一次判定过程，同时将采集卡故障中断信息保存在主控板中用于PC端对故障原因进行分析，同时返回数据采集卡的网络通讯中断异常标识码。

若未接收到以太网继电器的返回信号，则由主控板获取采集卡的关机状态信号，等待10min后再次读取数据采集卡的状态信息，判定主控板是否检测到采集卡的开机状态信息；若没有获取开机信息，则判定当前数据采集装置处于断电脱机状态，返回采集装置断电故障中断标识符；若检测到采集卡的开机状态信息，则判定以太网继电器与远端交换机之间发生网络通讯中断故障；以太网继电器在检测到与主控板的通讯中断后立即执行采集卡的关机操作并等待10min延时时间后重启数据采集卡，将以太网继电器的网络故障信息保存在主控板中用于进行故障分析诊断；当以太网继电器输出端控制开关电源完成采集卡的第一次重启后，再次判定主控板与以太网继电器之间的网络通讯是否恢复；若通讯恢复，则返回以太网继电器网络通讯中断恢复标识符；若通讯未恢复，则在网络通讯故障恢复前采集卡处于关机检修状态，同时返回以太网继电器网络通讯中断异常标识码。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

通过引入网络继电器和开关电源远程控制数据采集仪的供电电源达到重启维护目的；同时利用以太网交换机建立远端控制平台和网络继电器以及数据采集仪的以太网实时通讯通道，建立以太网通讯共享总线型局域网络；通过光纤收发机将短距离的双绞线电信号转换为适合于长距离传输的光信号，实现控制单元与采集装置的远程通信以获取采集数据且远程控制采集装置的重启维护。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

针对现有的数据采集装置抗干扰能力差、故障率高等问题，本发明提出一种改进后的适用于钢厂高温环境的可靠数据采集装置及维护系统。为保证数据采集装置在面临复杂环境时仍具有可靠性，应对采集装置设计一系列自维护方案，当数据采集装置发生故障时可以通过硬件设备控制数据采集装置完成断电重启的维护过程。本技术在原有数据采集装置基础上，通过引入了网络继电器和开关电源实现对数据采集仪的重启控制，通过以太网接口利用光纤收发器和远端以太网交换机建立主控单元、数据采集仪以及网络继电器三者之间的实时通讯，实现对网络继电器和数据采集仪的远程交互控制。

本发明在原有数据采集装置组成基础上，通过引入网络继电器和开关电源远程控制数据采集仪的供电电源达到重启维护的目的；同时利用以太网交换机建立远端控制平台和网络继电器以及数据采集仪的以太网实时通讯通道，即建立以太网通讯共享总线型局域网络；通过光纤收发机将短距离的双绞线电信号转换为适合于长距离传输的光信号，实现控制单元与采集装置的远程通信以获取采集数据并且远程控制采集装置的重启维护。本发明首先给出改进后的数据采集装置整体方案图，对方案中各组成硬件进行介绍；然后介绍在钢厂高温环境下数据采集装置的几种故障类型并给出可靠的维护策略，利用流程图的形式对维护方案进行阐述；最后结合实际数据采集装置硬件电路说明该采集装置可达到的效果以及装置本身的优点。

本发明考虑高温环境下可能发生的故障类型，如钢厂突发断电以及网络通讯故障等，为保证采集数据的准确性以及数据采集装置的可靠性，应及时对采集装置进行重启维护操作，以此来获取故障的具体信息，同时保护重要仪器设备避免在故障工况下连续异常工作；对于采集装置发生内部故障时，获取故障发生位置信息并及时完成数据采集装置的断电维护操作，避免采集装置在故障下处于通电运行状态；同样在钢厂环境温度升高情况下应当使采集装置处于停机维护状态，避免内部电子元件在高温条件下损坏；最后考虑到数据采集装置在连续带电工作情况下故障率高的问题，为减少故障发生率应当对设备进行日常停机维护以延长设备使用寿命。

针对现有问题，本发明给出改进后的数据采集装置硬件电路组成，并对装置中各组成环节作用进行阐述；同时提出一系列数据采集装置的可靠维护策略，包括日常状况下的停机维护，手动远程控制时的停机维护，装置面临断电及网络通讯故障下的重启维护，以及钢厂环境温度过高时的自停机维护等一系列可靠维护策略。利用流程图的形式对各种维护模式工作原理进行详细说明，为建立更适配钢厂等高温环境的可靠数据采集装置提供一系列可靠的维护方案。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明提供一种改进后的可靠数据采集装置及维护系统，主要优点如下：

(1)在钢厂等原有数据采集装置基础上引入以太网继电器和开关电源等设备进行改造设计，对于硬件电路的改动不大，且采集装置的硬件实现比较容易，方便企业和工厂等生产车间在现有的数据采集装置基础上进行改造。在近端以太网通讯线路中，利用路由器将采集信号传递至主控板中，同时为其他的子网接入提供更多的接口，为其他子系统的接入扩展提供可能。

(2)利用装置本身的优点，对于数据采集装置在钢厂等高温环境下故障率高、可靠性低等问题，围绕着改进后的数据采集装置提出一系列可靠的故障维护策略。本发明提出装置在断电、断网以及设备内部发生故障等情况下的维护流程，并通过流程图的形式展示具体的操作步骤。

(3)改进后的数据采集系统由于引入以太网继电器和开关电源控制采集卡的开关机，避免设备在未使用时仍处于通电待机状态，并可通过远程控制的方式实现采集卡的重启和初始化设置。一方面可以减少设备对于电能的消耗，另一方面可以提高设备的使用寿命进而提升装置本身的可靠性。

(4)对于钢厂高温条件下数据采集系统内部电子元件容易损坏的问题，利用数据采集卡远程监控环境温度信号，并给出相应的应对策略，避免采集卡工作于高温环境下造成设备损坏。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

对于生产钢铁类产品的企业和工厂，为保证其产品质量，厂家应当严格把控与质量控制密切相关的工艺参数。例如汽车钢铁工业中，要求厂家在交货时详细提供产品参数的相关文档，厂家必须提供关于生产工艺的充分证据，因此在加工过程中需要连续监测和记录与产品质量相关的所有参数。其中，生产温度是可定量测量的一个最重要的物理参数，本发明提出一种适用于钢厂等高温环境下的可靠数据采集装置，并提出一系列可靠的维护策略，降低了原有装置本身的故障发生率避免在对温度等数据进行采集的过程中出现中断的情况，实现对参数的连续监控；同时整个装置可以实现对设备的自动启停维护，极大降低了企业的能耗成本；另外，本发明中的数据采集装置在发生故障时可以快速识别故障类型以及故障发生的具体位置，并及时通过主控单元反馈给维修人员，减少了生产过程中的维修时间，极大的提高企业生产效益。

(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：

当前对于高温环境下的数据采集，国内普遍采用的还是中小容量(200MW及以下)机组，即以常规仪表为主的数据采集装置。且生产车间底层的数据采集在企业的实际生产过程中存在许多困难，尤其是在离散企业中由于自动化程度较低，导致制造过程中的各种信息不能有效进行集成，产能不能得到充分利用。本发明为钢铁类制品厂商提供了一种先进且可靠的数据采集装置，由于装置本身的改进是在企业原有数据采集装置基础上进行的，故降低了改造成本。由于采集装置是自动的，无需人为干预测量任务，且操作者所引入的误差也可以得到避免，即使是在钢厂等高温环境下也可进行连续采集，以便对产品质量进行评估并记录其工艺参数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的改进后数据采集装置总体方案图；

图2是本发明实施例提供的适用于钢厂高温环境的可靠数采方法流程图；

图3是本发明实施例提供的数据采集装置及维护系统温度异常维护流程图；

图4是本发明实施例提供的数据采集装置及维护系统日常维护流程图；

图5是本发明实施例提供的数据采集装置及维护系统人工维护流程图；

图6是本发明实施例提供的数据采集装置及维护系统故障维护流程图；

图7是本发明实施例提供的数据采集装置及维护系统断电、断网流程图；

图8是本发明实施例提供的改进后的数据采集装置整体硬件电路示意图；

图9是本发明实施例提供的芯片引脚分布图；

图10是本发明实施例提供的布置在某冶金铸造车间的数据采集装置实物效果图；

图11是本发明实施例提供的该厂使用数据采集系统的线路连接实物图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于钢厂高温环境的可靠数采装置及维护方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

1、改进后的数据采集装置总体方案设计

本发明实施例提供的改进后数据采集装置总体方案图如图1所示。

本发明采用基于CH563Q芯片为内核的以太网继电器实现对数据采集卡的供电电源的控制，该芯片是一款类似ARM9的32位RISC精简指令集CPU，具有多个高性能外设可使其可以广泛应用于各种嵌入式开发中。该芯片具有以太网控制器(ETH)，完全兼容IEEE802.3协议，内部DMA控制器处理FIFO和系统内存之间的所有数据传输，通过网络双绞线将其与远端以太网交换机连接可实现以太网继电器和数据采集单元主控板的远程通讯；同时该芯片具有GPIO端口可与外部光耦隔离继电器电路组成以太网继电器的输出端口，利用该继电器输出端口可实现对开关电源的控制，进而实现对数据采集卡的供电电源控制。

本发明实施例提供的数据采集卡可实现钢厂高温环境下包括温度在内的各类传感器输出信号的采集，同时其电源部分由开关电源进行控制，同样可通过网络双绞线建立与数据采集单元主控板之间的通讯和数据传输。

以太网通讯线路作为以太网继电器和数据采集卡与数据采集单元主控板之间通讯的中间通道，主要由远端和近端两部分通讯线路组成。在远端以太网通讯线路中，利用远端以太网交换机为以太网继电器和数据采集卡与数据采集单元主控板之间建立单独的网络通道提供对应接口，进而实现设备间的互联，双方可以全双工方式进行实时通讯；利用远端光纤收发器可实现将短距离的双绞线电信号转换为适合长距离传输的光纤信号，将远端数据采集卡获取信息远距离传输给数据分析与处理单元。在近端以太网通讯线路中，利用近端光纤收发器将远端的光纤信号重新转换为双绞线电信号，建立远端局域网络和近端数据分析与处理单元之间的一组子网链接；近端路由器可实现对不同网络之间数据包的存储、分组转发处理，按照不同逻辑分开网络，当以太网继电器和数据采集卡与数据采集单元主控板之间进行网络通信时，路由器具有判断网络地址以及选择IP路径的作用。同样在多个网络环境中，使用路由器可以构建灵活的链接系统，通过不同数据分组以及介质访问方式对各个子网进行链接，在本方案中利用路由器接受远端局域网信息，同时为扩展外部其他的局域网络提供了接口，方便后续对于远端分布式控制系统的设计保留一定的接口裕度。

本发明实施例提供的数据分析与处理单元主要由数据采集单元主控板以及PC端两部分组成，其中数据采集单元主控板可以对接收到的数据采集卡的数据文件进行判定和保存，同时可以对数据采集装置的几种故障类型进行分析和识别，并执行相对应的维护策略。PC端则可以通过串口或以太网的形式访问数据采集单元主控板，对数据采集卡采集到的数据文件进行分析与处理。

如图2所示，本发明实施例提供的适用于钢厂高温环境的可靠数采方法，包括以下步骤：

S101，在原有数据采集装置组成基础上，通过引入网络继电器和开关电源远程控制数据采集仪的供电电源实现重启维护的目的；

S102，利用以太网交换机建立远端控制平台和网络继电器以及数据采集仪的以太网实时通讯通道，建立以太网通讯共享总线型局域网络；

S103，通过光纤收发机将短距离的双绞线电信号转换为适合于长距离传输的光信号，实现控制单元与采集装置的远程通信以及重启维护。

2、改进后的数据采集装置故障类型及其维护策略

2.1数据采集装置在温度过高情况下的维护策略及其流程

针对钢厂环境温度过高情况下装置故障发生率高的问题，提出了一种改进后的数据采集装置在温度异常下的维护策略，图3为维护策略的具体流程图。首先，由数据采集单元主控板通过远端交换机控制采集卡获取钢厂的温度数据，即进行采集卡的初始化设定；当钢厂环境温度升高时会触发主控板内部的中断程序；主控板将当前环境温度与设定的温度等级进行比较，判断是否对采集装置进行停机维护；当环境温度未超过设定温度值时，则不对数据采集卡进行重启操作，同时将异常温度信息发生时间保存在主控板中，方便后续PC端进行分析，并返回温度异常恢复标识符，结束此次故障类型的维护过程；当环境温度超过设定值时，则由主控板通过远端交换机向以太网继电器发送重启信号，由以太网继电器输出端口断开数据采集卡的供电电源完成采集卡的关机操作，同时继电器内部延时程序启动，延时10min后完成采集卡的重启，重启完成后将继电器输出状态信息以及延时时间返回至主控板中方便后续系统进行查验；在采集卡重启完成后应当由主控板再次读取数据采集卡的温度数据是否超过设定值，若此时温度恢复正常，则返回温度异常采集卡重启完成标识符，若温度仍高于设定值，则返回温度数据异常标识码，同时进行钢厂的停机维修操作。

2.2数据采集装置日常维护策略及其流程

当数据采集装置长期工作于带电情况下时，其内部电子元件故障率会升高从而影响整个设备的使用寿命，并且在钢厂等高温环境下，采集装置长期处于带电工况下运行时其可靠性也会相应降低。因此对于改进后的数据采集装置应当进行日常停机维护，可通过设定固定的停机时间进行整体装置的停机检修，方便对于装置整体状况的把控，使得装置可靠性和使用寿命进一步获得提升。

如图4所示为数据采集装置及维护系统的日常维护流程图。首先，由数据采集单元主控板内部定时器时钟产生中断重启信号，通过以太网接口利用远端交换机建立主控板与以太网继电器的通讯，并将采集卡的重启信号传入以太网继电器内核芯片CH563Q中；以太网继电器根据重启信号将内部时钟信息返回至主控板并做好重启采集卡的准备；其次要判断主控板和以太网继电器的内部时钟是否同步，若时钟状态不一致，则将主控板的时钟信息通过远端以太网交换机同步至以太网继电器中，保证采集卡的重启维护与近端数据获取处于同一时间；当时钟信息同步完成后，则由主控板向以太网继电器发送重启维护指令，以太网继电器输出端口断开数据采集卡的电源完成关机操作并读取采集卡的关机信号，在确定采集卡已处于关机状态后继电器内部延时程序启动，在延时10min后完成采集卡的供电重启；在采集卡重启维护完成后由以太网继电器将数据采集卡的开关机信号以及维护时间信息返回至主控板中；主控板在获取采集卡的开关机信号以及维护时间信息后应当判定采集卡的重启维护操作是否完成，若判定采集卡的日常维护操作完成，则返回数据采集卡重启状态完成标识符，若重启维护操作未完成，则至少重复上述判定过程一次，并将数据采集卡的重启维护判定次数N保存在主控板中，最后返回数据采集卡维护异常标识码，以便后续PC端对采集卡维护异常原因进行分析。

2.3数据采集装置人工维护策略及其流程

当数据采集装置处于非工作状态时，数据采集卡不用采集传感器信号，此时可以对采集装置采取人工停机维护策略，避免设备长期处于带电状态。一方面可以减少设备待机状态对于电能的消耗，同时减少故障发生率；另一方面，当设备突发故障时，应该具备手动远程控制采集装置停机等待检修的能力。

如图5所示为数据采集装置及维护系统人工维护流程图。首先，由主控板获取外部人工控制信息，通过以太网接口并遵循TCP/IP通讯协议将其发送至远端光纤收发器，进而利用远端以太网交换机建立主控板与以太网继电器的局域网通信媒介；由以太网继电器获取数据采集卡的维护或重启信号，根据获取信息判定是否需要重启数据采集卡。

若不用重启则由主控板读取以太网继电器和数据采集卡的当前工作状态信息，根据读取信息判断以太网继电器和采集卡的状态是否一致，若状态一致，则返回数据采集卡维护状态完成标识符，此时采集装置继续完成传感器信号采集工作；若状态不一致，则认为采集装置处于维护异常状态，应当重复上述判定过程至少一次，并将采集卡维护状态异常标识码返回至主控板中，后续利用PC端对采集装置维护异常原因进行分析与处理。

若需要重启数据采集卡时，则由以太网继电器控制开关电源断开采集卡的供电电源完成关机操作，以太网继电器和主控板同时读取采集卡的关机状态信息，之后以太网继电器启动内部延时程序10min后完成采集卡的重启，同时主控板通过远端交换机连接以太网继电器获取延时时间信息，当采集卡重启完成后以太网继电器将重启完成信号及自身输出状态返回至主控板中，同时主控板读取采集卡的开机状态信号。根据主控板获取信息判定是否完成采集卡的重启操作，若完成重启维护，则返回数据采集卡的人工重启维护完成标识符；若采集卡重启未完成，则至少进行一次上述判定过程，并将判定次数N保存在主控板中，方便后续PC端对采集卡人工重启维护异常原因进行分析，同时返回采集卡重启状态异常标识码并保存在主控板内存中。

2.4数据采集装置故障维护策略及其流程

当数据采集装置突发故障时，为保证其可靠性，应当对采集装置进行故障维护操作，在故障修复后及时完成采集卡的重启，减少采集装置待机时间。

如图6所示为数据采集装置及维护系统在故障情况下的维护流程图。首先，由主控板通过近端路由器接收到故障信息并产生故障中断，主控板通过以太网交换机向以太网继电器内核芯片CH563Q发送故障请求信号，由以太网继电器将故障类型和故障状态信息返回至主控板中，根据返回的故障状态信息判定是否需要重启数据采集卡。

若不需要重启采集卡，则由主控板再次向以太网继电器发送请求信号，利用主控板再次读取继电器输出端口和数据采集卡的状态信息，判断以太网继电器和采集卡的状态是否一致，若状态一致则表明数据采集装置的故障已经消除，返回数据采集卡的故障维护状态完成标识符；若状态不一致，表明故障发生后造成继电器输出端无法控制采集卡进行重启，此时应将采集卡的状态信息和以太网继电器故障信息保存在主控板中以便后续PC端进行故障原因分析，并返回数据采集卡的故障维护状态异常标识码。

若需要重启数据采集卡，表明继电器发生故障后仍可以利用输出端口控制采集卡完成重启维护过程，则主控板发送重启信号并通过远端交换机送入以太网继电器中，由继电器输出端口控制开关电源断开采集卡的供电电源，同时继电器读取采集卡的关机状态信号，主控板则利用远端交换机获取采集卡的当前状态信息。在确定采集卡关机后继电器内部延时程序启动，延时10min后将继电器输出端口信息返回至主控板中，主控板再次向以太网继电器发送故障请求信号，获取以太网继电器的故障信息标识码，根据接收到的故障信息判定以太网继电器故障是否消除，若故障消除，则由主控板向以太网继电器发送开机重启信号，以太网继电器在接收到重启指令后控制开关电源完成采集卡的开机启动并返回故障重启状态完成标识符；若故障未消除，则至少重复一次上述判定过程并将以太网继电器故障信息保存在主控板中，同时等待采集装置故障检测修复完成，返回判定次数N以及采集卡的故障重启状态异常标识码。

2.5数据采集装置断电、断网维护策略及其流程

当数据采集装置面临断电、断网等故障时，应当及时识别出故障类型并对其做出相应维护操作。图7为数据采集装置及维护系统断电、断网故障维护流程图。首先，主控板通过远端以太网交换机与采集卡的通讯中断，则主控板记录网络中断信息并通过交换机向以太网继电器内核芯片CH536Q发送通讯请求信号，判定主控板发送通讯请求信号后是否接收到以太网继电器的返回信号。

若接收到以太网继电器的返回信号，则判定采集卡与远端以太网交换机之间发生网络通讯中断故障，此时主控板向以太网继电器发送采集卡重启指令，继电器输出端口控制断开采集卡的供电电源完成采集卡的关机操作，同时以太网继电器内部延时程序启动，10min后完成采集卡的供电重启，重启完成后将继电器输出端口信息和延时时间返回至主控板中。此时主控板向采集卡发出通讯请求，根据返回信息判定主控板与采集卡的网络通讯是否恢复。若通讯恢复，则将采集卡的网络通讯故障重启信息保存在主控板中，并返回数据采集卡网络通讯中断恢复标识符；若通讯未恢复，则至少重复一次上述判定过程，同时将采集卡故障中断信息保存在主控板中以便后续PC端对其故障原因进行分析，同时返回数据采集卡的网络通讯中断异常标识码。

若未接收到以太网继电器的返回信号，则由主控板获取采集卡的关机状态信号，等待10min后再次读取数据采集卡的状态信息，判定主控板是否检测到采集卡的开机状态信息。若没有获取开机信息，则判定当前数据采集装置处于断电脱机状态，返回采集装置断电故障中断标识符；若检测到采集卡的开机状态信息，则判定以太网继电器与远端交换机之间发生网络通讯中断故障，以太网继电器在检测到与主控板的通讯中断后会立即执行采集卡的关机操作并等待10min延时时间后才会重启数据采集卡，将以太网继电器的网络故障信息保存在主控板中方便后续进行故障分析诊断。当以太网继电器输出端控制开关电源完成采集卡的第一次重启后，再次判定主控板与以太网继电器之间的网络通讯是否恢复，若通讯恢复，则返回以太网继电器网络通讯中断恢复标识符；若通讯未恢复，则为保证数据采集装置的可靠性，在网络通讯故障恢复前采集卡应当处于关机检修状态，同时返回以太网继电器网络通讯中断异常标识码。

本发明实施例提供的改进后的数据采集装置整体硬件电路如图8所示。

图8为改进后的数据采集装置硬件电路图，其中开关电源1主要用于给远端以太网交换机提供12V供电电源，利用以太网继电器输出端口控制开关电源2的开机或关机，由于开关电源2为数据采集卡提供供电电源，故以太网继电器可以间接利用开关电源2实现对采集卡的开关机控制。利用远端交换机连接以太网继电器以及数据采集卡，分别建立与主控板的通讯连接，同时利用光纤收发器将以太网通讯转为光纤传输，实现信号的远距离通信。

本发明实施例提供的改进后的可靠数据采集装置及维护系统主要优点如下：

(1)在钢厂等原有数据采集装置基础上引入以太网继电器和开关电源等设备进行改造设计，对于硬件电路的改动不大，且采集装置的硬件实现比较容易，方便企业和工厂等生产车间在现有的数据采集装置基础上进行改造。在近端以太网通讯线路中，利用路由器将采集信号传递至主控板中，同时为其他的子网接入提供更多的接口，为其他子系统的接入扩展提供可能。

(2)利用装置本身的优点，对于数据采集装置在钢厂等高温环境下故障率高、可靠性低等问题，围绕着改进后的数据采集装置提出一系列可靠的故障维护策略。提出装置在断电、断网以及设备内部发生故障等情况下的维护流程，并通过流程图的形式展示具体的操作步骤。

(3)改进后的数据采集系统由于引入以太网继电器和开关电源控制采集卡的开关机，避免设备在未使用时仍处于通电待机状态，并可通过远程控制的方式实现采集卡的重启和初始化设置。一方面可以减少设备对于电能的消耗，另一方面可以提高设备的使用寿命进而提升装置本身的可靠性。

(4)对于钢厂高温条件下数据采集系统内部电子元件容易损坏的问题，利用数据采集卡远程监控环境温度信号，并给出相应的应对策略，避免采集卡工作于高温环境下造成设备损坏。

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

本发明中以太网继电器模块是继电器有源输出信号转为TCP/IP网络传输的工业级数据采集模块，也可称为远程I/O模块或远程继电器模块，可实现干接点信号转网络、开关量转以太网、I/O远程联网通讯以及TCP/IP方式采集开关量信号，支持多个开关量模块在TCP/IP网络内连接，该模块的IP地址和端口可自行设置，其默认通讯波特率为9600bps。本发明中采用CH563Q作为以太网继电器的内核芯片，该芯片引脚分布如图9所示。

该芯片配备有百兆以太网接口，即内置MAC和基于DSP的10/100Base-TX快速Ethernet收发器(PHY)，支持10/100Mbps双绞线网络通讯，兼容IEEE 802.3，802.3u和FDDI-TP-PMD，支持Wake-On-LAN功能，收发各独立的2K字节FIFO，并支持DMA功能，该芯片的4、5、7、8号引脚分别为以太网接口的RXP、RXN、TXP、TXN端，通过网络双绞线连接至远端以太网交换机；同时该芯片内置有高速USB收发器(PHY)和USB控制器，支持USB2.0，兼容EHCI，支持主/从模式，支持高速/全速/低速传输，独立的24K+64字节FIFO，支持DMA。芯片的15、16号引脚分别为DN(UD-)和DP(UD+)即USB总线的D-和D+数据线，可通过USB接口与外部进行数据传输；该芯片引脚59、60、61、62分别为PB12/SCS、PB13/SCK0、PB14/MOSI、PB15/MISO/SDXO，将其作为通用的双向数字I/O引脚，与芯片外部的继电器光耦隔离电路组成以太网继电器的四个输出端口，实现对开关电源的控制。

本发明中数据采集单元主控板具有百兆以太网接口，可以实现与远端数据采集装置中的以太网继电器和数据采集卡的网络通讯，同时与PC端进行连接，实现钢厂采集数据的上传。

本发明在具体实施过程中，其数据采集装置包括数据采集卡、有线以太网继电器以及开关电源等均布置在数据采集装置的箱体中。对于钢厂等高温环境，将整套装置集成在数据采集箱中可以避免设备直接暴露在复杂高温环境下，从而直接减少设备的故障发生率。同时数据采集箱采用模块化设计，集中式布局，通过集成各类元器件和设备，方便用户进行现场施工布线，对终端数据进行采集和监控以及数据的上传。

在钢厂环境下的数据采集过程，根据生产过程中的待测参数合理安装各类传感器以获取待测设备的有关性能参数，并通过信号传输线连接至远端数据采集箱中的数据采集卡接口上，实现数据的采集过程。由于数据采集装置被集中安放于箱体中，仅需对各类传感器进行分布式安装即可实现对整个钢厂的监测，在设备故障时可以根据采集卡接收到的传感器信号直接找出对应故障设备位置，及时通知检修人员进行维修操作。

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

本发明是一种改进的适用于钢厂高温环境下的可靠数据采集装置，在对整个装置的组成部分进行确定后，可实现为企业生产过程进行实时综合优化服务提供数据基础。

该控制系统采用先进的技术和架构，安全、稳定地实现了将分布在不同地区的各个钢厂实时数据与现场数据分析与处理单元进行对接，将采集到的数据通过网络上传到数据库中，并对数据进行高效的压缩以减少存储空间的浪费，同时为用户提供方便易用的客户端程序和通用的数据接口，可以帮助企业实现全厂区范围内的实时数据共享。

该套装置的所有工作都在数据采集单元主控板的内存中进行处理，所以能够保证数据的实时性；并且在接收到数据包时采用CRC等多种校验方式，确保上传到PC端数据的准确性。

在数据存储方面，该装置根据钢厂生产数据的特点，采用先进的数据压缩算法，对大量实时数据进行原型压缩，同时结合高效的数据检索策略设计了实时数据库存储系统。

针对该数据采集装置的有效性，以如下案例进行说明。图10为布置在某冶金铸造车间的数据采集装置实物效果图。图10中为冶金过程中使用的中间减速机系统，在冶金铸造时，其对铁过程火花飞溅，局部温度可达90℃。在对240t冶金铸造天车的中间减速机振动测试中未采用该数据采集装置时，平均7天会出现局部过热导致其采集功能失效的情况。2021年12月，该数据采集系统在某五米板厂冶金铸造天车中间减速机中进行应用后，至今未出现数据采集链中断现象。

图11为该厂使用数据采集系统的线路连接实物图。其使用的信号传输线路均布置于设备两侧，并进行集中式线路安装。由于远端数据采集装置被布置于采集箱内，故现场安装时只需对传感器采集数据的信号传输线路进行布置即可，对于复杂环境下的设备改造提供了兼容性。远端采集装置获取的数据利用光纤进行传输，方便企业操作人员进行远程的数据分析，极大减少事故发生率，同时为改善企业生产能效提供良好的基础。

综上所述，该实时数据采集系统具有如下性能特征：

(1)实时性：该装置的云端数据库能够在高速情况下对数据进行存储和处理，为提高数据操作的可预见性，实时数据库在数据存储方式和索引方式上与传统的数据库有很大不同。采用基于共享内存管理的实时数据管理机制，同时提供多级索引机制快速定位数据，提高数据检索速度，确保用户对数据实时性的要求。

(2)稳定性：作为企业管理生产的重要依据，在保证数据准确性的情况下，数据的稳定性决定了生产过程的顺畅以及连续性。该装置本身组成结构并不复杂，各设备对于高温环境下的可靠性得到保证，因此其采集装置获取的数据具有稳定性。

(3)开放性：建立的实时数据库可以与网络大终端进行衔接，通过云端的方式及时与大数据进行交互，方便企业对该装置进行进一步开发，使企业真正实现管控一体化。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于钢厂高温环境的可靠数采方法，其特征在于，所述适用于钢厂高温环境的可靠数采方法包括：

通过引入网络继电器和开关电源远程控制数据采集仪的供电电源达到重启维护目的；同时利用以太网交换机建立远端控制平台和网络继电器以及数据采集仪的以太网实时通讯通道，建立以太网通讯共享总线型局域网络；通过光纤收发机将短距离的双绞线电信号转换为适合于长距离传输的光信号，实现控制单元与采集装置的远程通信以获取采集数据且远程控制采集装置的重启维护。

2.一种应用如权利要求1所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采方法的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置，其特征在于，所述适用于钢厂高温环境的可靠数采装置包括：

采用基于CH563Q芯片为内核的以太网继电器实现对数据采集卡的供电电源的控制，所述芯片是32位RISC精简指令集CPU，具有多个高性能外设可应用于各种嵌入式开发；所述芯片具有以太网控制器，完全兼容IEEE802.3协议，内部DMA控制器处理FIFO和系统内存之间的所有数据传输，通过网络双绞线与远端以太网交换机连接实现以太网继电器和数据采集单元主控板的远程通讯；所述芯片具有GPIO端口与外部光耦隔离继电器电路组成以太网继电器的输出端口，利用继电器输出端口实现对开关电源的控制，进而实现对数据采集卡的供电电源控制；

数据采集卡，用于实现钢厂高温环境下包括温度在内的各类传感器输出信号的采集；电源部分由开关电源进行控制，通过网络双绞线建立与数据采集单元主控板之间的通讯和数据传输；

以太网通讯线路作为以太网继电器和数据采集卡与数据采集单元主控板之间通讯的中间通道，由远端和近端两部分通讯线路组成；在远端以太网通讯线路中，利用远端以太网交换机为以太网继电器和数据采集卡与数据采集单元主控板之间建立单独的网络通道提供对应接口，进而实现设备间的互联，双方以全双工方式进行实时通讯；利用远端光纤收发器实现将短距离的双绞线电信号转换为适合长距离传输的光纤信号，将远端数据采集卡获取信息远距离传输给数据分析与处理单元；在近端以太网通讯线路中，利用近端光纤收发器将远端的光纤信号重新转换为双绞线电信号，建立远端局域网络和近端数据分析与处理单元之间的一组子网链接；近端路由器实现对不同网络之间数据包的存储、分组转发处理，按照不同逻辑分开网络，当以太网继电器和数据采集卡与数据采集单元主控板之间进行网络通信时，路由器具有判断网络地址以及选择IP路径的作用；在多个网络环境中，使用路由器构建链接系统，通过不同数据分组以及介质访问方式对各个子网进行链接；利用路由器接受远端局域网信息，同时为扩展外部其他的局域网络提供接口，并保留一定的接口裕度；

数据分析与处理单元，由数据采集单元主控板以及PC端两部分组成，其中数据采集单元主控板对接收到的数据采集卡的数据文件进行判定和保存，同时对数据采集装置故障类型进行分析和识别，并执行相对应的维护策略；PC端则通过串口或以太网的形式访问数据采集单元主控板，对数据采集卡采集到的数据文件进行分析与处理；

改进后的数据采集装置的硬件电路中，开关电源用于给远端以太网交换机提供12V供电电源；利用以太网继电器输出端口控制开关电源的开机或关机，以太网继电器间接利用开关电源实现对采集卡的开关机控制；利用远端交换机连接以太网继电器以及数据采集卡，分别建立与主控板的通讯连接；同时利用光纤收发器将以太网通讯转为光纤传输，实现信号的远距离传输。

3.一种应用如权利要求2所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的维护方法，其特征在于，所述适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的维护方法包括以下步骤：

步骤一，进行数据采集装置在温度过高情况下的维护；

步骤二，进行数据采集装置的日常维护；

步骤三，进行数据采集装置的人工维护；

步骤四，进行数据采集装置的故障维护；

步骤五，进行数据采集装置的断电、断网维护。

4.如权利要求3所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的维护方法，其特征在于，所述步骤一中的数据采集装置在温度过高情况下的维护策略包括：

由数据采集单元主控板通过远端交换机控制采集卡获取钢厂的温度数据，进行采集卡的初始化设定；当钢厂环境温度升高时触发主控板内部的中断程序；主控板将当前环境温度与设定的温度等级进行比较，判断是否对采集装置进行停机维护；当环境温度未超过设定温度值时，则不对数据采集卡进行重启操作，同时将异常温度信息发生时间保存在主控板中用于PC端进行分析，并返回温度异常恢复标识符，结束故障类型的维护过程；

当环境温度超过设定值时，则由主控板通过远端交换机向以太网继电器发送重启信号，由以太网继电器输出端口断开数据采集卡的供电电源完成采集卡的关机操作，同时继电器内部延时程序启动，延时10min后完成采集卡的重启，重启完成后将继电器输出状态信息以及延时时间返回至主控板中用于系统查验；在采集卡重启完成后由主控板再次读取数据采集卡的温度数据是否超过设定值，若温度恢复正常，则返回温度异常采集卡重启完成标识符，若温度仍高于设定值，则返回温度数据异常标识码，同时进行钢厂的停机维修操作。

5.如权利要求3所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的维护方法，其特征在于，所述步骤二中的数据采集装置日常维护策略包括：

由数据采集单元主控板内部定时器时钟产生中断重启信号，通过以太网接口利用远端交换机建立主控板与以太网继电器的通讯，并将采集卡的重启信号传入以太网继电器内核芯片CH563Q中；以太网继电器根据重启信号将内部时钟信息返回至主控板并做好重启采集卡的准备；

判断主控板和以太网继电器的内部时钟是否同步，若时钟状态不一致，则将主控板的时钟信息通过远端以太网交换机同步至以太网继电器中，使得采集卡的重启维护与近端数据获取处于同一时间；当时钟信息同步完成后，则由主控板向以太网继电器发送重启维护指令，以太网继电器输出端口断开数据采集卡的电源完成关机操作并读取采集卡的关机信号，在确定采集卡已处于关机状态后继电器内部延时程序启动，在延时10min后完成采集卡的供电重启；

在采集卡重启维护完成后由以太网继电器将数据采集卡的开关机信号以及维护时间信息返回至主控板中；主控板在获取采集卡的开关机信号以及维护时间信息后判定采集卡的重启维护操作是否完成，若判定采集卡的日常维护操作完成，则返回数据采集卡重启状态完成标识符；若重启维护操作未完成，则至少重复判定过程一次，并将数据采集卡的重启维护判定次数N保存在主控板中，返回数据采集卡维护异常标识码用于PC端对采集卡维护异常原因进行分析。

6.如权利要求3所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的维护方法，其特征在于，所述步骤三中的数据采集装置人工维护策略包括：

由主控板获取外部人工控制信息，通过以太网接口并遵循TCP/IP通讯协议将所述外部人工控制信息发送至远端光纤收发器，利用远端以太网交换机建立主控板与以太网继电器的局域网通信媒介；由以太网继电器获取数据采集卡的维护或重启信号，根据获取信息判定是否需要重启数据采集卡；

若不用重启则由主控板读取以太网继电器和数据采集卡的当前工作状态信息，根据读取信息判断以太网继电器和采集卡的状态是否一致；若状态一致，则返回数据采集卡维护状态完成标识符，采集装置继续完成传感器信号采集工作；若状态不一致，则采集装置处于维护异常状态，重复判定过程至少一次，并将采集卡维护状态异常标识码返回至主控板中，利用PC端对采集装置维护异常原因进行分析与处理；

若需要重启数据采集卡时，则由以太网继电器控制开关电源断开采集卡的供电电源完成关机操作，以太网继电器和主控板同时读取采集卡的关机状态信息；以太网继电器启动内部延时程序10min后完成采集卡的重启，同时主控板通过远端交换机连接以太网继电器获取延时时间信息；当采集卡重启完成后以太网继电器将重启完成信号及自身输出状态返回至主控板中，同时主控板读取采集卡的开机状态信号；根据主控板获取信息判定是否完成采集卡的重启操作，若完成重启维护，则返回数据采集卡的人工重启维护完成标识符；若采集卡重启未完成，则至少进行一次判定过程，并将判定次数N保存在主控板中，PC端对采集卡人工重启维护异常原因进行分析，同时返回采集卡重启状态异常标识码并保存再主控板内存中。

7.如权利要求3所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的维护方法，其特征在于，所述步骤四中的数据采集装置故障维护策略包括：

由主控板通过近端路由器接收到故障信息并产生故障中断，主控板通过以太网交换机向以太网继电器内核芯片CH563Q发送故障请求信号，由以太网继电器将故障类型和故障状态信息返回至主控板中，根据返回的故障状态信息判定是否需要重启数据采集卡；

若不需要重启采集卡，则由主控板再次向以太网继电器发送请求信号，利用主控板再次读取继电器输出端口和数据采集卡的状态信息，判断以太网继电器和采集卡的状态是否一致；若状态一致则表明数据采集装置的故障消除，返回数据采集卡的故障维护状态完成标识符；若状态不一致，则表明故障发生后造成继电器输出端无法控制采集卡进行重启，将采集卡的状态信息和以太网继电器故障信息保存在主控板中用于PC端进行故障原因分析，并返回数据采集卡的故障维护状态异常标识码；

若需要重启数据采集卡，表明继电器发生故障后仍利用输出端口控制采集卡完成重启维护过程，则主控板发送重启信号并通过远端交换机送入以太网继电器中，由继电器输出端口控制开关电源断开采集卡的供电电源；同时继电器读取采集卡的关机状态信号，主控板则利用远端交换机获取采集卡的当前状态信息；在确定采集卡关机后继电器内部延时程序启动，延时10min后将继电器输出端口信息返回至主控板中；主控板再次向以太网继电器发送故障请求信号，获取以太网继电器的故障信息标识码，根据接收到的故障信息判定以太网继电器故障是否消除；若故障消除，则由主控板向以太网继电器发送开机重启信号，以太网继电器在接收到重启指令后控制开关电源完成采集卡的开机启动并返回故障重启状态完成标识符；若故障未消除，则至少重复一次判定过程并将以太网继电器故障信息保存在主控板中，同时等待采集装置故障检测修复完成，返回判定次数N以及采集卡的故障重启状态异常标识码。

8.如权利要求3所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置的维护方法，其特征在于，所述步骤五中的数据采集装置断电、断网维护策略包括：

主控板通过远端以太网交换机与采集卡的通讯中断，则主控板记录网络中断信息并通过交换机向以太网继电器内核芯片CH536Q发送通讯请求信号，判定主控板发送通讯请求信号后是否接收到以太网继电器的返回信号；

若接收到以太网继电器的返回信号，则判定采集卡与远端以太网交换机之间发生网络通讯中断故障，主控板向以太网继电器发送采集卡重启指令，继电器输出端口控制断开采集卡的供电电源完成采集卡的关机操作；同时以太网继电器内部延时程序启动，10min后完成采集卡的供电重启，重启完成后将继电器输出端口信息和延时时间返回至主控板中；主控板向采集卡发出通讯请求，根据返回信息判定主控板与采集卡的网络通讯是否恢复；若通讯恢复，则将采集卡的网络通讯故障重启信息保存在主控板中，并返回数据采集卡网络通讯中断恢复标识符；若通讯未恢复，则至少重复一次判定过程，同时将采集卡故障中断信息保存在主控板中用于PC端对故障原因进行分析，同时返回数据采集卡的网络通讯中断异常标识码；

若未接收到以太网继电器的返回信号，则由主控板获取采集卡的关机状态信号，等待10min后再次读取数据采集卡的状态信息，判定主控板是否检测到采集卡的开机状态信息；若没有获取开机信息，则判定当前数据采集装置处于断电脱机状态，返回采集装置断电故障中断标识符；若检测到采集卡的开机状态信息，则判定以太网继电器与远端交换机之间发生网络通讯中断故障；以太网继电器在检测到与主控板的通讯中断后立即执行采集卡的关机操作并等待10min延时时间后重启数据采集卡，将以太网继电器的网络故障信息保存在主控板中用于进行故障分析诊断；当以太网继电器输出端控制开关电源完成采集卡的第一次重启后，再次判定主控板与以太网继电器之间的网络通讯是否恢复；若通讯恢复，则返回以太网继电器网络通讯中断恢复标识符；若通讯未恢复，则在网络通讯故障恢复前采集卡处于关机检修状态，同时返回以太网继电器网络通讯中断异常标识码。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

通过引入网络继电器和开关电源远程控制数据采集仪的供电电源达到重启维护目的；同时利用以太网交换机建立远端控制平台和网络继电器以及数据采集仪的以太网实时通讯通道，建立以太网通讯共享总线型局域网络；通过光纤收发机将短距离的双绞线电信号转换为适合于长距离传输的光信号，实现控制单元与采集装置的远程通信以获取采集数据且远程控制采集装置的重启维护。

10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求2所述的适用于钢厂高温环境的可靠数采装置。

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