CN209402550U - 物联网单路智能控制柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于系统集成及物联网技术领域，具体涉及一种单路智能控制装置；具体技术方案为；物联网单路智能控制柜：包括柜体，柜体内按照功能与使用习惯划分为设备区、控制采集中间器件区、电源区和输入输出接线区，设备区内从左至右依次安装有云控制器、电量表和网络交换机，控制采集中间器件区内装有强弱电转换的继电器组、用于滤波模拟输入量的隔离保护设备，电源区内装有电源模块，输入输出接线区内装有接线端子，云控制器内设有控制逻辑器和控制运算器，云控制器与多个现场控制端进行双向信号传输，云控制器与多个现场采集端进行信号传输，云控制器与云平台进行双向信号传输，可采集电机电量、流量、水位、压力等传感器。

Description

物联网单路智能控制柜

技术领域

本实用新型属于系统集成及物联网技术领域，具体涉及一种物联网单路智能控制柜。

背景技术

随着社会发展和技术进步，信息化、自动化技术在各领域得到广泛应用，在工业控制方面，无论是控制理论、控制方法，还是通信技术，都有了长足的发展。为便于管理，减小现场电磁干扰，通常将弱电控制设备统一安装在控制柜中，但由于控制对象、控制方式、控制规模与性能要求不同，在控制领域内没有形成控制柜设计标准，主要依靠工程师经验与习惯进行设计。设计良好的控制柜对大批量生产、施工调试、运营维护、升级改进等工作意义非凡。在阀门、水泵、闸门、电动阀等控制工程中，现有控制柜存在如下不足：

1、控制功能不全：当前控制柜多以4DO/4DI/2*4-20mA入/4-20mA出/RS485中部分接口为主，无法完成既控制又采集，且不能覆盖大多数水泵、阀门、闸门、流量、水位、压力等设备和变量。

2、设备布局不合理：通常柜内包括电源、网络设备、控制设备、采集设备、接线端子和连接线等，由于柜体形状尺寸、默认开孔位置、设备数量与体积等不同，在设计时经常出现输入与输出交杂、数字信号与模拟信号通槽布线、电源线与信号线相互缠绕、接线端子规格不标准、各线颜色错乱等问题，对系统性能与维护造成重大影响。

3、外部硬件接口不标准：对于柜体与外部接线的端子，通常有安装位置不合理、端子大小尺寸不统一、功能排列混乱、接线无标识等问题，造成接线复杂，运维困难。

4、控制方式单一：当前市场上低端产品以手动合闸来控制设备，部分有远程功能，少部分通过本地电脑采用时间段控制，少部分使用恒值与门限，使用智能控制的极少。大多以单一的控制模式存在，一旦设计完成，不能随意更改。

实用新型内容

为解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种物联网单路智能控制柜，内置云控制器，通过网络与云平台连接，可控制水泵、电动阀、闸门及变频器，含有电机电量模块，可连接流量、水位、压力等传感器，满足多种控制策略。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：物联网单路智能控制柜，包括柜体，柜体内按照功能与使用习惯划分为置于左上角的设备区、控制采集中间器件区、电源区和输入输出接线区，控制采集中间器件区置于设备区的下方，输入输出接线区置于控制采集中间器件区的下方，电源区置于设备区的右侧，使各内置设备安装拆卸方便，走线路径便捷，整洁美观。

设备区内从左至右依次安装有云控制器、电量表和网络交换机，电量表置于云控制器与网络交换机之间。云控制器是一种具有以太网、GPRS、LoRa、NBiot、WIFI等五种通信模式，具有RS485、RS422、RS232、4-20mA 输入、4-20mA 输出、高低电平数字输入输出、I2C等输入输出硬件接口，具有按液位、流量、压力等采集量或时间段控制水泵、阀门、机械开关等设备的远程控制端。

云控制器采用AM3358 ARM Cortex-A8微处理器、主频1G、RAM512M和falsh 4G，操作系统采用3.8内核的debian linux系统、百兆以太网、高达1G的系统时钟，512M的RAM满足常用视频处理能力，linux多线程特点满足众多采集和控制任务同时运行，线程间管道、信号量、互斥锁等通信方式满足各线程任务间协调运行。例如，采集端可将视频图片等数据回传至云控制器，云控制器利用其强大的计算能力快速处理，经过转换或智能识别，根据控制逻辑进行操作。

交换机为云控制器提供网络保障，电源模块输入24V，经过内部变换可输出DC12V和DC5V；继电器组为水泵和阀门等控制实现强弱电转换；隔离保护设备对输入的模拟量进行隔离滤波处理。

控制采集中间器件区内装有强弱电转换的继电器组、用于隔离和滤波模拟输入量的隔离保护设备。

电源区内装有电源模块，电源模块提供24V、12V、5V直流电源。

输入输出接线区内装有接线端子，接线端子为内外部电源、信号线交互提供硬件接口。接线端子从左至右分别是4路DI输入、4路D0输出、2路4-20mA模拟量输入、1路4-20mA模拟量输出、1路RS485通信接口和24V直流电源，同组信号线左为正，右为负，模拟量与数字量分离。

云控制器内设有控制逻辑器和控制运算器，云控制器与多个现场控制端进行双向信号传输，云控制器与多个现场采集端进行信号传输，云控制器与云平台进行双向信号传输。

云控制器控制逻辑包括：远程命令控制、本地液位和压力等运行参数控制、时间段控制。

远程命令控制：在云平台，由工作人员鼠标点击按钮或系统预设阙值、报警上下限等工作发出，对特定设备执行预设动作的过程。

本地运行参数控制：在控制现场，控制设备往往需要根据现场某运行参数变化实时做出调整，例如恒压供水水泵，需要实时监测管网压力，在压力低于预设阈值时开启水泵，在高于预设阈值时关闭水泵，而在开启期间，需要根据控制逻辑对水泵运行频率做出控制，使其平稳地启停，且通过功率的变化使得压力能稳定在特定的数值范围内。

现场采集端包括电量表、水泵、流量计和压力计，电量表通过RJ485总线与接线端子连接，水泵通过D01输出线、D02输出线、DI1输入线和DI2输入线与接线端子连接，流量计通过4-20mA模拟信号线路与接线端子连接，压力计通过4-20mA模拟信号线路与接线端子连接。

时间段控制：某些设备需要定时启停，例如，某自来水厂采用水泵抽取地下井水作为水厂水源，工业电费按波峰波谷差别收费，即夜晚凌晨时段价格最低，白天上班时间价格高，为节约水泵电费，降低运行成本，需要在晚上0点开启水泵，凌晨5点关闭水泵，这就是时间段控制。云控制通过互联网获取时间，并每天校准，当时间到达0点时，控制逻辑发出开启水泵命令，当时间到达5点时，控制逻辑发出停止命令，达到时间控制的目的。

云控制器内设有时间控制器，时间控制器的第一信号输出端口与水泵连接，时间控制器的第二信号输出端口与阀门连接，时间控制器的第三信号输出端口与闸门连接。水泵常用控制方式采用触点式继电器，即用两根数字输出线分别控制水泵起、停动作，用两根数字输入线分别检测水泵起、停状态。用4-20mA模拟输入端口检测与水泵关联的液位或压力等变量，根据检测结果与设定阈值比较，做出对应的启停动作；也可设置按每日时间段设置3个启停区间，当时间到达启动区间后，设备启动水泵，当时间超出启动区间后，设备关闭水泵。

本实用新型与现有技术相比，具体有益效果体现在：

一、本设备具有以太网网络通信功能，24V、12V、5V电压2A电流电源输出功能，4DO/4DI/2*4-20mA入/4-20mA出/RS485等输入输出接口，可控制水泵、电动阀、闸门及变频器，可采集电机电量、流量、水位、压力等传感器。设备提供电源类型丰富，满足常用传感器与控制设备使用；设备输出接口多，满足常用单台水泵、阀门、闸门等设备控制；设备输入采集接口种类数、量多，覆盖了常用传感器通信接口。

二、设备内部按功能划分安装区域，避免了设备之间信号干扰；按照不同功能分槽走线，连线距离最短原则，使得设备生产与维护方便快捷；按设备体积划分安装位置，方便安装拆卸；有序的规划，使得设备外观犹如一件工艺品。

三、经过标准化的柜体与外部接线端子，提高生产效率，避免接线不规则导致的错误与设备损坏，缩短调试时间，方便运营维护。

四、多种控制策略及其组合几乎能满足所有水泵、阀门、闸门控制类任务。

附图说明

图1为本实用新型的功能区划分图。

图2为本实用新型的设备布局图。

图3为图2中云控制器的系统结构图。

图4为云控制器的时间段控制逻辑图。

图5为本实用新型的使用接线示意图。

图中，1为柜体，2为设备区，3为云控制器，4为控制逻辑器，5为控制运算器，6为电量表，7为网络交换机，8为现场控制端，9为现场采集端，10为水泵，11为流量计，12为压力计，13为云平台，14为阀门，15为闸门，16为中间器件区，17为继电器组，18为隔离保护设备，19为电源区，20为电源模块，21为输入输出接线区，22为接线端子，23为时间段一启动时刻，24为开启命令一，25为时间段一停止时刻，26为停止命令一，27为第一信号输出端口，28为时间段二启动时刻，29为开启命令二，30为时间段二停止时刻，31为停止命令二，32为第二信号输出端口，33为时间段三启动时刻，34为开启命令三，35为时间段三停止时刻，36为停止命令三，37为第三信号输出端口。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，物联网单路智能控制柜，包括柜体1，柜体1内按照功能与使用习惯划分为位于左上角的设备区2、控制采集中间器件区16、电源区19和输入输出接线区21，控制采集中间器件区16置于设备区2的下方，输入输出接线区21置于控制采集中间器件区16的下方，电源区19置于设备区2的右侧，使各内置设备安装拆卸方便，走线路径便捷，整洁美观。

如图2所示，设备区2内从左至右依次安装有云控制器3、电量表6和网络交换机7，电量表6置于云控制器3与网络交换机7之间。云控制器3是一种具有以太网、GPRS、LoRa、NBiot、WIFI等五种通信模式，具有RS485、RS422、RS232、4-20mA 输入、4-20mA 输出、高低电平数字输入输出、I2C等输入输出硬件接口，具有按液位、流量、压力等采集量或时间段控制水泵10、阀门14、机械开关等设备的远程控制端。

云控制器3采用AM3358 ARM Cortex-A8微处理器、主频1G、RAM512M和falsh 4G，操作系统采用3.8内核的debian linux系统、百兆以太网、高达1G的系统时钟，512M的RAM满足常用视频处理能力，linux多线程特点满足众多采集和控制任务同时运行，线程间管道、信号量、互斥锁等通信方式满足各线程任务间协调运行。例如，采集端可将视频图片等数据回传至云控制器3，云控制器3利用其强大的计算能力快速处理，经过转换或智能识别，根据控制逻辑进行操作。

交换机为云控制器3提供网络保障，电源模块20输入24V，经过内部变换可输出DC12V和DC5V；继电器组17为水泵10和阀门14等控制实现强弱电转换；隔离保护设备18对输入的模拟量进行隔离滤波处理。

控制采集中间器件区16内装有强弱电转换的继电器组17、用于隔离和滤波模拟输入量的隔离保护设备18。

电源区19内装有电源模块20，电源模块20提供24V、12V、5V直流电源。

如图5所示，输入输出接线区21内装有接线端子22，接线端子22为内外部电源、信号线交互提供硬件接口。接线端子22从左至右分别是4路DI输入、4路D0输出、2路4-20mA模拟量输入、1路4-20mA模拟量输出、1路RS485通信接口和24V直流电源，同组信号线左为正，右为负，模拟量与数字量分离。

如图3所示，云控制器3内设有控制逻辑器4和控制运算器5，云控制器3与多个现场控制端8进行双向信号传输，云控制器3与多个现场采集端9进行信号传输，云控制器3与云平台13进行双向信号传输。

云控制器3控制逻辑包括：远程命令控制、本地液位和压力等运行参数控制、时间段控制。

远程命令控制：在云平台13，由工作人员鼠标点击按钮或系统预设阙值、报警上下限等工作发出，对特定设备执行预设动作的过程。

本地运行参数控制：在控制现场，控制设备往往需要根据现场某运行参数变化实时做出调整，例如恒压供水水泵，需要实时监测管网压力，在压力低于预设阈值时开启水泵10，在高于预设阈值时关闭水泵10，而在开启期间，需要根据控制逻辑对水泵10运行频率做出控制，使其平稳地启停，且通过功率的变化使得压力能稳定在特定的数值范围内。

现场采集端9包括电量表6、水泵10、流量计11和压力计12，电量表6通过RJ485总线与接线端子22连接，水泵10通过D01输出线、D02输出线、DI1输入线和DI2输入线与接线端子22连接，流量计11通过4-20mA模拟信号线路与接线端子22连接，压力计12通过4-20mA模拟信号线路与接线端子22连接。

时间段控制：某些设备需要定时启停，例如，某自来水厂采用水泵10抽取地下井水作为水厂水源，工业电费按波峰波谷差别收费，即夜晚凌晨时段价格最低，白天上班时间价格高，为节约水泵10电费，降低运行成本，需要在晚上0点开启水泵10，凌晨5点关闭水泵10，这就是时间段控制。云控制通过互联网获取时间，并每天校准，当时间到达0点时，控制逻辑发出开启水泵10命令，当时间到达5点时，控制逻辑发出停止命令，达到时间控制的目的。

如图4所示，云控制器3内设有时间控制器，时间控制器内的时间段一启动时刻23控制开启命令一24，时间控制器内的时间段一停止时刻25控制停止命令一26，开启命令一24与停止命令一26均与第一信号输出端口27相连，时间控制器的第一信号输出端口27与水泵10连接。时间控制器内的时间段二启动时刻28控制开启命令二29，时间控制器内的时间段二停止时刻30控制停止命令二31，开启命令二29与停止命令二31均与第二信号输出端口32相连，时间控制器的第二信号输出端口32与阀门14连接。时间控制器内的时间段三启动时刻33控制开启命令三34，时间控制器内的时间段三停止时刻35控制停止命令三36，开启命令三34与停止命令三36均与第三信号输出端口37相连，时间控制器的第三信号输出端口37与闸门15连接。水泵10常用控制方式采用触点式继电器，即用两根数字输出线分别控制水泵10起、停动作，用两根数字输入线分别检测水泵10起、停状态。用4-20mA模拟输入端口检测与水泵10关联的液位或压力等变量，根据检测结果与设定阈值比较，做出对应的启停动作；也可设置按每日时间段设置3个启停区间，当时间到达启动区间后，设备启动水泵10，当时间超出启动区间后，设备关闭水泵10。

本设备具有以太网网络通信功能，24V、12V、5V电压2A电流电源输出功能，4DO/4DI/2*4-20mA入/4-20mA出/RS485等输入输出接口，可控制水泵10、电动阀、闸门15及变频器，可采集电机电量、流量、水位、压力等传感器。设备提供电源类型丰富，满足常用传感器与控制设备使用；设备输出接口多，满足常用单台水泵10、阀门14、闸门15等设备控制；设备输入采集接口种类数、量多，覆盖了常用传感器通信接口。

设备内部按功能划分安装区域，避免了设备之间信号干扰；按照不同功能分槽走线，连线距离最短原则，使得设备生产与维护方便快捷；按设备体积划分安装位置，方便安装拆卸；有序的规划，使得设备外观犹如一件工艺品。

经过标准化的柜体1与外部接线端子22，提高生产效率，避免接线不规则导致的错误与设备损坏，缩短调试时间，方便运营维护。

多种控制策略及其组合几乎能满足所有水泵10、阀门14、闸门15控制类任务。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本实用新型范围内。

Claims (3)

1.物联网单路智能控制柜，包括柜体（1），其特征在于，所述柜体（1）内分为设备区（2）、控制采集中间器件区（16）、电源区（19）和输入输出接线区（21）；

所述设备区（2）内装有云控制器（3）、电量表（6）和网络交换机（7），所述电量表（6）置于云控制器（3）与网络交换机（7）之间；

所述控制采集中间器件区（16）内装有继电器组（17）和隔离保护设备（18）；

所述电源区（19）内装有电源模块（20）；

所述输入输出接线区（21）内装有接线端子（22）；

所述云控制器（3）内设有控制逻辑器（4）和控制运算器（5），所述云控制器（3）与多个现场控制端（8）进行双向信号传输，所述云控制器（3）与多个现场采集端（9）进行信号传输，所述云控制器（3）与云平台（13）进行双向信号传输。

2.根据权利要求1所述的物联网单路智能控制柜，其特征在于，所述现场采集端（9）包括电量表（6）、水泵（10）、流量计（11）和压力计（12），所述电量表（6）通过RJ485总线与接线端子（22）连接，所述水泵（10）通过D01输出线、D02输出线、DI1输入线和DI2输入线与接线端子（22）连接，所述流量计（11）通过4-20mA模拟信号线路与接线端子（22）连接，所述压力计（12）通过4-20mA模拟信号线路与接线端子（22）连接。

3.根据权利要求2所述的物联网单路智能控制柜，其特征在于，所述云控制器（3）内设有时间控制器，所述时间控制器的第一信号输出端口（27）与水泵（10）连接，所述时间控制器的第二信号输出端口（32）与阀门（14）连接，所述时间控制器的第三信号输出端口（37）与闸门（15）连接。