CN206541190U - 基于物联网的泵站测控信息智能终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于物联网的泵站测控信息智能终端，包括嵌入式触摸屏和分别与其相连接的数字信号采集板、模拟信号采集板、数据存储器、通讯模块和扩展输出板，通过利用泵站设置的现场电压、电流、功率因数、温度、压力、流量、振幅、液位各传感器，将泵站主泵电机的电压、电流、功率因数、线匝温度、主泵电机和主泵轴承温度、振动幅度、主泵进、出口压力、出水流量、进出口液位各信号通过模拟信号采集板和数字信号采集板实时采集到嵌入式触摸屏，所述嵌入式触摸屏的处理器采用单片机。本实用新型以现场海量数据采集控制为主，各动力分配与输出为辅，具体表现在以现场控制为主站系统、主要动力分配及输出控制为从站的一种控制模式。

Description

基于物联网的泵站测控信息智能终端

技术领域

本实用新型涉及一种泵站设备各种工作参数的自动采集、实时数据传送、智能控制、自动化控制的基于物联网的泵站测控信息智能终端。

背景技术

目前泵站自动化控制技术是利用计算机技术、现代电子技术、网络通讯技术和信息处理技术实现对泵站主机设备（水泵、电动机）和辅助设备（包括电气一次设备、辅助动力设备、电动阀门等）进行自动控制、测量、调节等。就目前而言，自动化控制不仅独立系统要安全可靠，而且各子系统间要相互交换信息，数据共享，协调完成泵站相关设备的自动监视、控制、调节任务。

目前泵站设计及应用中，在自动化控制及远程测控领域虽已呈现百花齐放，但归纳起来主要以计算机系统或工控机系统及其所附的软件开发应用平台为后台，现场PLC或分布的DCS仪表系统为主站系统所构成。由于泵站涉及的主泵电机拖动设备、各类电动阀门调节装置、因工艺不同所辅属的动力设备以及因应用领域的不同决定了自动化控制现状的多样性，因而表现出诸多弊端或不足：第一，基于PLC的系统控制，对PLC硬件及扩展线路的依赖性比较强，当PLC系统出现故障时，诊断和维修处理复杂，往往会直接影响整个泵站系统的使用。第二，无论是PLC控制还是分步式的DCS控制对整个系统数据信息的采集和处理是逐级进行的，实时性相对较差，特别是对重大、重要、涉及安全指标的信息的处理；第三，无论是后台控制程序设计还是PLC程序设计的专用性较强，往往是面对整个工程面的广泛的整套的设计，而针对泵站系统所及进行的程序设计的通用性以及专一性较差。第四，传统的泵站系统中央控制室的设计多数仅限于现场数据信息的采集、监视、管理，而对现场设备管理、控制相对较差。所以，设计一种针对泵站系统的专一的、可编程设置的、以现场控制为核心的、数据采集实时性能高的、远程测控于一体的基于物联网的泵站测控信息智能终端成为本实用新型的主导思想。

实用新型内容

本实用新型提供了一种基于物联网的泵站测控信息智能终端，集中目前各技术领域优势，结合泵站系统当前设备及工艺应用现状，以成熟的嵌入式触摸屏为系统控制的核心，采用先进的模块化的图文组态技术、独特高效的单片机系统程序设计思想，通过触摸屏程序和人机界面平台对泵站系统的主泵电动机、一次电气设备（启动器）、出口电动调节法、进口电动阀、引水电磁阀等设备现场数据信息进行采集、智能判断与处理、执行等操作，实现泵站自动化智能控制；同样，借助高度集成的通讯模块连接泵站现场和计算机后台，进行二者之间数据信息的远程交互，达到对泵站系统进行实时远程测控的目的。

一种基于物联网的泵站测控信息智能终端，包括嵌入式触摸屏和分别与其相连接的数字信号采集板、模拟信号采集板、数据存储器、通讯模块和扩展输出板，通过利用泵站设置的现场电压、电流、功率因数、温度、压力、流量、振幅、液位各传感器，将泵站主泵电机的电压、电流、功率因数、线匝温度、主泵电机和主泵轴承温度、振动幅度、主泵进、出口压力、出水流量、进出口液位各信号通过模拟信号采集板和数字信号采集板实时采集到嵌入式触摸屏，所述嵌入式触摸屏的处理器采用单片机。

所述数据存储器采用256K的数据存储器。

所述通讯模块集成了INTERNET网络接口、LORA无线通讯接口、CAN通讯接口，用于互联群控之需要。

所述模拟信号采集板至少包括8路模拟量信号的输入，用于电压、电流、压力、流量的传感器信号输入；至少包括2路温度信号的输入；至少包括3路涉及X/Y/Z轴的振幅检测信号的输入。

所述数字信号采集板用于现场离散信号的采集，保证各离散工作状态的自检测或强制输入。

所述扩展输出板用于连接泵站现场各执行器，包括主泵电机、进水阀、出水阀、引水电磁阀、声光报警，所述扩展输出板至少包括8路数字量输出，至少包括1路4-20mA模拟量输出

本实用新型的功能包括：

采集功能：可监测管道流量、水池及河道液位、雨量传感器数据、（管道、箱体等）压力、采集位置、运行状态，温度、振动等传感器信号，泵站供电参数（包括：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、用电量、谐波分析等），采集一次设备供电状态和箱门开关状态。

控制功能：支持自动控制、远程控制。

远程测控功能：支持RJ45接口网络通讯、LORA无线通讯、CAN接口通讯；可远程参数设置、程序升级。

手机管理：支持手机APP客户端移动监控管理设备。

报警功能：监测数据越限，立即上报告警信息。

存储功能：本机循环存储监测数据，掉电不丢失。

逻辑编程设置和画面组态功能，适用于泵站不同的工艺配置。

可自成独立的最下智能控制系统，减少人力成本，减少用户投资。自适应监测电动机运行状态，实现泵站负荷率最佳匹配。

具备OPC功能，并对外提供编程扩展。

强大的Web发布功能，使得远程浏览和监控更为便捷。

高效的报警处理功能帮助客户进行故障监视并决策制定。

强大的数据解析功能：既可解析现场设备实时上报的单条数据，又可解析设备同时上报的多条历史数据。

本实用新型的技术参数说明如下：

存储容量：256K。

通讯协议：标准MODBUS-RTU协议、RVLra-4331无线协议或嵌入其它协议。

供电电源：12V--30V DC。

工作环境：温度：-30～+85℃；湿度：≤95%。

本实用新型的独到优势是：

先进的、成熟的人机界面应用软件测控平台，体现一种独特的，模块化的图文编辑结构的设计思想的一种智能终端。

独特的、结合多年专家经验、创新性揉合泵站所有设备自动化测控于一体的程序设计思想，实现泵站设备的可编程组态设置的一种智能终端。

构思巧妙，体现一种以现场海量数据采集控制为主，各动力分配与输出为辅的控制思想，具体表现在以现场控制为主站系统、主要动力分配及输出控制为从站的一种控制模式。

高集成、多种通讯方式的接口设计，体现了物联网及相关通讯技术在本实用新型上的应用。

附图说明

图1是所述基于物联网的泵站测控信息智能终端的结构框图；

图2是主泵电动机三相电流采集电路的示意图；

图3是主泵电动机三相电压采集电路的示意图；

图4是2通道温度采集PT100输入电路的示意图；

图5是8通道模拟信号（4-20mA）的采集电路的示意图；

图6是8通道数字量输入电路与输出电路的示意图；

图7是所述基于物联网的泵站测控信息智能终端的单片机的处理流程图；

图8是所述嵌入式触摸屏单片机定时器中断的处理流程图。

具体实施方式

本实用新型提供的基于物联网的泵站测控信息智能终端，集图文组态显示、数据采集、智能控制、远程测控功能于一体，既能作为独立的最小应用单元，又能作为分布式主（从）站单元组网形成大型复杂的测控系统，适用于水利工程、农业灌溉、工业生产、城市供水排污、防洪排涝、楼宇建筑等涉及国计民生各行各业的数据监测、自动化控制、信息化管理领域。它属于一种实现泵站设备智能测量控制的装置。

本实用新型包括：嵌入式触摸屏、数据存储器、模拟采集板、数字采集板、通讯模块、扩展输出板等。本实用新型利用泵站现场电压、电流、功率因数、温度、压力、流量、振幅、液位等传感器，将泵站主泵电机的电压、电流、功率因数、线匝温度、主泵电机和主泵轴承温度、振动幅度、主泵进、出口压力、出水流量、进出口液位等信号通过模拟采集板和数字采集板实时采集到触摸屏嵌入式单片机，并进行处理和程序初步判断，通过嵌入式触摸屏人机界面触键输入操作指令由本实用新型所述之装置进行程序控制，或由主站系统通过通讯模块发送指令和接受数据来进行控制，泵站系统重大报警和重要运行信息可按要求通过通讯模块发送到手机或电脑客户端，重要的历史数据信息可临时保存在数据存储器中，以备本装置或远程调用。

其中，如图1所示，基于物联网的泵站测控信息智能终端包括：嵌入式触摸屏、数据存储器、模拟采集板、数字采集板、通讯模块、扩展输出板等。

嵌入式触摸屏，是形成泵站的应用软件平台和程序控制的唯一载体，是进行人机交流的窗口。

数据存储器，采用256K的数据存储器用于保存临时的重要的数据信息。

模拟采集板，至少包括8路模拟量信号的输入，用于电压、电流、压力、流量等传感器信号输入；至少包括2路温度信号的输入；至少包括3路(X/Y/Z轴)振幅检测信号的输入。

数字采集板，用于现场离散信号的采集，保证各离散工作状态的自检测或强制输入。

通讯模块，集成了INTERNET网络接口、LORA无线通讯接口、CAN通讯接口，用于互联群控之需要。

扩展输出板，用于连接泵站现场各执行器，包括主泵电机、进水阀、出水阀、引水电磁阀、声光报警等驱动。它至少包括8路数字量输出，至少包括1路4-20mA模拟量输出。

基于物联网的泵站测控信息智能终端的主菜单界面，设置有“故障信息”、“运行数据”、“参数设置”、“系统配置”等5功能界面。

基于物联网的泵站测控信息智能终端主菜单界面所标明的具体内容阐述如下：本实用新型所述应用软件测试平台是包含进、出口液位检测，进、出水压力检测，进、出水阀门控制，水泵控制，引水阀控制，止回阀控制，出水流量检测，累积流量计算显示的一种图文显示界面；它也是包含对泵站设备进行“远程”、“本地”控制切换操作，“自动”、“手动”控制切换操作，“急停”操作，自动控制的“启”、“停”操作，手动控制的“开”、“关”、“停”、“启”、“停”操作，以及故障显示和“复位”操作的一种操作控制界面；又是一种泵站运行信息的实时输出界面。

具体电路如图2-6，分别表示了主泵电动机三相电流采集电路的示意图；主泵电动机三相电压采集电路的示意图；2通道温度采集PT100输入电路的示意图；8通道模拟信号（4-20mA）的采集电路的示意图；8通道数字量输入电路与输出电路的示意图。

图7为本实用新型中触摸屏单片机的处理流程图。流程开始于步300，在步300进行系统初始化，在步300后流程进入步301；

在步301进行硬件自检测；

在步302判断检测的硬件是否故障，如果判断为“是”，则进入步303；否则进入步304；

在步303进行硬件故障告警并上传遥信，之后流程进入步304；

在步304自动调用内部参数、进行程序配置；之后流程进入步305；

在步305依次顺序进行通讯之定时器中断程序和泵站参数设置与系统配置中断程序，并使能，在步305之后流程进入步306；

在步306依次顺序进行泵站现场数字量、模拟量数据采集、刷新、显示处理，在步306之后流程进入步307；

在步307判断泵站系统是否报警，如果判断为“是”，则进入步308；否则流程进入步311；

在步308，进行报警的自动动作处理，在步308之后，流程进入步309；

在步309，进行顺序事件记录处理，在步309之后，流程进入步310；

在步310进行通讯数据发送接收处理，在步310之后流程返回到步306；

在步311，进行工业触摸屏触键扫描输入检测、显示和处理，在步311之后，流程进入步312；

在步312，根据触键的处理结果，判断并执行操作权限的管理和处理，确保作业安全；在步312之后流程进入步313；

在步313，判断是否“自动”控制模式，如果判断结果为“是”，执行自动子程序；否则执行手动子程序，之后流程返回到步306。

图8为定时器中断的处理流程图。流程开始于步400，步400为定时器中断程序入口，在步400后流程进入步401；

在步401，进行看门狗复位，在步401后流程进入步402；

在步402，判断通讯是否数据发送，如果结果为“是”，则进入步403；否则进入步404；

在步403，进行通讯数据发送，在步403后流程进入步404；

在步404，判断通讯是否数据接收，如果结果为“是”，则进入步405；否则进入步406；

在步405，进行通讯数据接收，在步405后流程进入步406；

在步406，判断通讯数据或返回值是否有效，如果结果为“是”，则进入步407；否则进入步408；

在步407，动作信息进行输出，在步407之后流程进入步408。

Claims (6)

1.一种基于物联网的泵站测控信息智能终端，其特征在于，包括嵌入式触摸屏和分别与其相连接的数字信号采集板、模拟信号采集板、数据存储器、通讯模块和扩展输出板，通过利用泵站设置的现场电压、电流、功率因数、温度、压力、流量、振幅、液位各传感器，将泵站主泵电机的电压、电流、功率因数、线匝温度、主泵电机和主泵轴承温度、振动幅度、主泵进、出口压力、出水流量、进出口液位各信号通过模拟信号采集板和数字信号采集板实时采集到嵌入式触摸屏，所述嵌入式触摸屏的处理器采用单片机。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的泵站测控信息智能终端，其特征在于，所述数据存储器采用256K的数据存储器。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的泵站测控信息智能终端，其特征在于，所述通讯模块集成了INTERNET网络接口、LORA无线通讯接口、CAN通讯接口，用于互联群控之需要。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的泵站测控信息智能终端，其特征在于，所述模拟信号采集板至少包括8路模拟量信号的输入，用于电压、电流、压力、流量的传感器信号输入；至少包括2路温度信号的输入；至少包括3路涉及X/Y/Z轴的振幅检测信号的输入。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的泵站测控信息智能终端，其特征在于，所述数字信号采集板用于现场离散信号的采集，保证各离散工作状态的自检测或强制输入。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的泵站测控信息智能终端，其特征在于，所述扩展输出板用于连接泵站现场各执行器，包括主泵电机、进水阀、出水阀、引水电磁阀、声光报警，所述扩展输出板至少包括8路数字量输出，至少包括1路4-20mA模拟量输出。