CN208861169U - 一种基于zigbee通讯功能的核电厂数据采控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于ZIGBEE通讯功能的核电厂数据采控系统，包括多个连接至负载的用于检测负载开关量信号的传感器、连接所述多个传感器的用于采集开关量信号的采集芯片、连接采集芯片的用于接收开关量信号的微处理器，以及无线通信连接的ZigBee发射器和ZigBee接收器，所述ZigBee发射器连接微处理器，所述ZigBee接收器连接上位机，以将开关量信号通过无线通信连接传输给上位机进行显示和控制处理；所述微处理器连接负载，用于根据所述开关量信号向对应的负载发出判定信号，并在接收到负载反馈的确认信号后生成控制信号。本实用新型提供的数据采控系统实现了对开关量信号瞬态变化的在线监测，提高了运行人员对于核电厂开关量进行监控的效率。

Description

一种基于ZIGBEE通讯功能的核电厂数据采控系统

技术领域

本实用新型涉及无线信号采集控制系统技术领域，尤其涉及一种基于ZIGBEE通讯功能的核电厂数据采控系统。

背景技术

现有的核电厂中一般分布着譬如隔离开关，断路器等数量众多的开关设备，且其分布位置相对分散，准确而高效的检测各个开关的状态变化，对核电站正常运行时的操作和事故工况下的故障隔离起着十分重要的作用。一旦出现某些开关的状态监测失效，就有可能出现对正常的道闸操作造成影响，甚至于故障工况下无法进行相应的有效事故应对操作，进而产生严重的安全隐患，甚至影响核电站的安全性。

然而，在现有的核电站开关量信号的状态检测和控制过程中，尚没有利用工业无线采控系统进行监控的设备投入使用。一般情况下都是采用传感器直接使用信号线与信号采集设备进行连接，部分开关还采用机械连锁等方式进行状态监控，增加了很多布线路径和人工操作步骤，导致开关量信号的监控效率低下，且信号采集系统的复杂程度较高，无法保证信号传输的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术中核电厂基本采用有线传输的方式对开关设备的开关量瞬态变化进行监控的问题，提供一种基于ZIGBEE通讯功能的核电厂数据采控系统，减少信号采集系统的复杂程度，保证信号的传输效率和准确性。

本实用新型用于解决以上技术问题的技术方案为：提供一种基于ZIGBEE通讯功能的核电厂数据采控系统，包括多个连接至负载的用于检测负载开关量信号的传感器，还包括：

连接所述多个传感器的用于采集所述开关量信号的采集芯片、连接所述采集芯片的用于接收所述开关量信号的微处理器，以及无线通信连接的ZigBee发射器和ZigBee接收器，所述ZigBee发射器连接所述微处理器，所述ZigBee接收器连接上位机，以将所述开关量信号通过无线通信连接传输给所述上位机进行显示和控制处理；

所述微处理器连接负载，用于根据所述开关量信号向对应的负载发出判定信号，并在接收到负载反馈的确认信号后生成控制信号；所述微处理器和负载之间还连接有用于将所述控制信号放大后传输给负载的负载驱动模块。

本实用新型上述的核电厂数据采控系统中，还包括电源模块，所述采集芯片、微处理器、负载驱动模块、ZigBee发射器和所述电源模块集成在电路板上，所述电源模块为所述电路板提供电源；

所述电源模块还连接所述ZigBee接收器，用于为所述ZigBee接收器提供电源。

本实用新型上述的核电厂数据采控系统中，还包括用于对所述开关量信号进行演示的演示屏，所述演示屏连接所述微处理器。

本实用新型上述的核电厂数据采控系统中，所述采集芯片和微处理器之间还连接有用于防止过电压的引脚防涌流模块。

本实用新型上述的核电厂数据采控系统中，所述微处理器为STM32F103zet单片机；

所述微处理器上设置有RS232通信接口和RS485通信接口，所述微处理器通过RS232通信接口连接所述演示屏，所述微处理器的串形通信引脚连接所述ZigBee发射器。

本实用新型上述的核电厂数据采控系统中，所述采集芯片为扩展采集芯片PCA9505；

所述采集芯片包括用于连接不同类型的传感器的模拟接口和数字接口。

本实用新型上述的核电厂数据采控系统中，所述微处理器还设置有用于监控所述微处理器正常运行的看门狗电路，所述看门狗电路为STM706R芯片。

本实用新型上述的核电厂数据采控系统中，所述负载驱动模块为晶体管阵列ULN2003A。

本实用新型上述的核电厂数据采控系统中，所述ZigBee发射器为WLT2422Z射频模块。

本实用新型上述的核电厂数据采控系统中，所述ZigBee发射器和ZigBee接收器还连接用于收发辅助信号的PCB天线或外接天线，所述PCB天线集成在所述电路板上，所述外接天线通过所述电路板上设置的插口连接所述电路板。

综上所述，本实用新型提供的一种基于ZIGBEE通讯功能的核电厂数据采控系统将针对于工业控制的ZIGBEE无线技术与核电厂的开关量信号采集相结合，实现了对开关量信号瞬态变化的在线监测，提高了运行人员对于核电厂开关量进行监控的效率，提升了核电厂的经济性、安全性和日常运行的工作效率；同时，该数据采控系统可灵活组网完成设备监控与流程控制，不仅节省了布线材料，还为布置复杂紧凑的核电厂厂房内部提供了宝贵的空间，可广泛应用于工控行业复杂的工作环境。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例提供的数据采控系统的网络拓扑图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本实用新型，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供的基于ZigBee通讯功能的核电厂数据采控系统包括多个传感器(未示出)、采集芯片1、引脚防涌流模块(未示出)、电源模块2、微处理器3、上位机4、负载驱动模块5、演示屏6、ZigBee发射器7和ZigBee接收器8。

具体的，所述多个传感器分别连接至负载用于检测开关量信号，采集芯片1连接所述多个传感器用于采集所述开关量信号；微处理器3连接采集芯片1，用于接收所述开关量信号；ZigBee发射器7与ZigBee接收器8建立无线通信连接，其中，ZigBee发射器7连接微处理器3，ZigBee接收器8连接上位机4，用于通过无线通信连接将微处理器3的开关量信号传送至上位机4，由上位机4对开关量信号进行显示和控制处理，进而实现所述开关量信号的在线监测。所述开关量信号包括核电厂断路器、隔离开关等开关设备的开断状态信号，也可以包括工业测量控制上数量庞大、位置分散的开关量信号。

引脚防涌流模块连接在采集芯片1和微处理器3之间，以避免在数据进行高速交换时可能出现瞬间过电压，造成引脚烧毁或芯片击穿，保护采集芯片1和微处理器3。

负载驱动模块5连接在微处理器3和负载之间，微处理器3在接收到所述开关量信号后，会向对应的负载发送判定信号，负载在接收到判定信号后反馈确认信号，用于表明负载所处的真实状态，微处理器3根据所述确认信号再发出最终的控制信号，所述控制信号经负载驱动模块5放大后传输给负载，用于进行开关控制，从而保证了信号控制负载的准确性，避免负载所处的状态无法与相应的开关量信号一一对应的问题。

电源模块2用于提供电源，其和采集芯片1、微处理器3、负载驱动模块5以及ZigBee发射器7集成在同一电路板上，用于为包括微处理器3和ZigBee发射器7的整个电路板提供电能；电源模块2还连接ZigBee接收器8，用于分出另一路电压给ZigBee接收器8供电。

可选的，微处理器3还连接有演示屏6，用于在中间环节对所述开关量信号进行演示，方便随时查看井下传输系统各个部分的数据，同时可以设置就地显示界面，直观显示当前控制设备状态。

本实施例中，所述开关量信号为84组二位置按钮开关的开断状态信号。

采集芯片1采用扩展采集芯片PCA9505，其包括模拟接口和数字接口，可连接不同类型的传感器，具备数据采集的灵活性，方便现场采集各种数据的要求；为节省I/O占用，采集芯片1可采用40位可扩展采集芯片，只需占用5个ARM芯片，便可拓展至40路，极大地节省了ARM芯片的资源占用率，且该扩展采集芯片自带保护I/O口能力、保护功能更强，能广泛应用于工控行业复杂的工作环境。

电源模块2为24V开关电源供电，其采用MP4420HGJ和MP1494SGJ分别输出5V和3.3V的电压给ZigBee接收器8和所述电路板上的各个模块提供电源；当本实用新型应用在路由器和协调器时可接现场工业24V直流电源。

微处理器3采用STM32F103zet单片机，其设置有RS232通信接口和RS485通信接口，微处理器3通过RS232通信接口连接演示屏6，微处理器的串形通信引脚连接ZigBee发射器7。

微处理器3还配置了外置看门狗电路，其采用STM706R芯片，用于监控微处理器3的正常运行，防止程序跑飞，提高采控环节的可靠性。

引脚防涌流模块的型号为SRV05-4，扩展采集芯片PCA9505和STM32F103zet单片机引出一路线接入SRV05-4引脚防涌流模块的对应引脚。

上位机4为工控电脑，用于对通过无线通信连接传输的所述开关量信号进行存储、统计和分析，以帮助管理决策。

负载驱动模块5采用晶体管阵列ULN2003A，演示屏6采用普通液晶显示器。

ZigBee发射器7自带射频前端天线，其采用型号为WLT2422Z的ZigBee射频模块，WLT2422Z射频模块为基于ZigBee协议的无线射频终端，其数据处理准确度高、效率高，保证了无线数据传输的精确度和实时性。WLT2422Z射频模块可配合CC2591射频前端，CC2591射频前端用于信号传输前的滤波、放大等前置处理工作，可提高ZigBee发射器7的发射功率和接收灵敏度，能够达到准确的接收和发送数据。

ZigBee发射器7和ZigBee接收器8还连接有用于收发辅助信号的PCB天线或外接天线，当采用所述PCB天线时，所述PCB天线集成在电路板上；当采用所述外接天线时，所述外接天线通过电路板上设置的插口连接电路板。

需要说明的是，上述传感器、采集芯片1、引脚防涌流模块、电源模块2、微处理器3、上位机4、负载驱动模块5、演示屏6、ZigBee发射器7和ZigBee接收器8均是通过现有技术中的传感器、处理芯片和通信芯片等硬件完成的，本实用新型的创新点在于对其结构的组成以及连接关系进行的改进，而不涉及对模块本身进行的改进，即并非对方法进行的改进。

综上所述，本实用新型提供的基于ZIGBEE通讯功能的核电厂数据采控系统具有以下有益效果：

(1)该数据采控系统将针对于工业控制的ZIGBEE无线技术与核电厂的开关量信号采集相结合，实现了对开关量信号瞬态变化的在线监测，提高了运行人员对于核电厂开关量进行监控的效率，提升了核电厂的经济性、安全性和日常运行的工作效率；

(2)该数据采控系统适应于核电站电气和工艺控制系统中近距离、高密度、自组织、低功耗、低数据速率使用环境，可灵活组网和完成设备监控与流程控制，能广泛应用于工控行业复杂的工作环境，不仅节省了布线材料，还为布置复杂紧凑的核电厂厂房内部提供了宝贵的空间；

(3)该数据采控系统基于可移植性、可拓展性的原则，可自由配置采集芯片的输入与输出关系，配置灵活；同时微处理器具备核心判定能力，可设置输入与输出的逻辑确定判定能力，且负载驱动模块增强了负载的驱动能力，最大可驱动50V负载，比市面上普通采集核心板更加适用于工控产品；

(4)ZIGBEE无线技术的引入也为未来互联网+、云计算、大数据等综合性网络应用与核电厂的结合应用提供了硬件基础。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于ZIGBEE通讯功能的核电厂数据采控系统，包括多个连接至负载的用于检测负载开关量信号的传感器，其特征在于，还包括：

连接所述多个传感器的用于采集所述开关量信号的采集芯片、连接所述采集芯片的用于接收所述开关量信号的微处理器，以及无线通信连接的ZigBee发射器和ZigBee接收器，所述ZigBee发射器连接所述微处理器，所述ZigBee接收器连接上位机，以将所述开关量信号通过无线通信连接传输给所述上位机进行显示和控制处理；

所述微处理器连接负载，用于根据所述开关量信号向对应的负载发出判定信号，并在接收到负载反馈的确认信号后生成控制信号；所述微处理器和负载之间还连接有用于将所述控制信号放大后传输给负载的负载驱动模块。

2.根据权利要求1所述的核电厂数据采控系统，其特征在于，还包括电源模块，所述采集芯片、微处理器、负载驱动模块、ZigBee发射器和所述电源模块集成在电路板上，所述电源模块为所述电路板提供电源；

所述电源模块还连接所述ZigBee接收器，用于为所述ZigBee接收器提供电源。

3.根据权利要求1所述的核电厂数据采控系统，其特征在于，还包括用于对所述开关量信号进行演示的演示屏，所述演示屏连接所述微处理器。

4.根据权利要求1所述的核电厂数据采控系统，其特征在于，所述采集芯片和微处理器之间还连接有用于防止过电压的引脚防涌流模块。

5.根据权利要求3所述的核电厂数据采控系统，其特征在于，所述微处理器为STM32F103zet单片机；

所述微处理器上设置有RS232通信接口和RS485通信接口，所述微处理器通过RS232通信接口连接所述演示屏，所述微处理器的串形通信引脚连接所述ZigBee发射器。

6.根据权利要求1所述的核电厂数据采控系统，其特征在于，所述采集芯片为扩展采集芯片PCA9505；

所述采集芯片包括用于连接不同类型的传感器的模拟接口和数字接口。

7.根据权利要求1所述的核电厂数据采控系统，其特征在于，所述微处理器还设置有用于监控所述微处理器正常运行的看门狗电路，所述看门狗电路为STM706R芯片。

8.根据权利要求1所述的核电厂数据采控系统，其特征在于，所述负载驱动模块为晶体管阵列ULN2003A。

9.根据权利要求1所述的核电厂数据采控系统，其特征在于，所述ZigBee发射器为WLT2422Z射频模块。

10.根据权利要求2所述的核电厂数据采控系统，其特征在于，所述ZigBee发射器和ZigBee接收器还连接用于收发辅助信号的PCB天线或外接天线，所述PCB天线集成在所述电路板上，所述外接天线通过所述电路板上设置的插口连接所述电路板。