CN220323775U - 数据采集控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及数据采集控制系统，包括多个子系统(1)、与子系统通讯连接的主站(2)和与主站通讯连接的上层系统(3)。至少一个子系统包括数据采集装置(11)、执行器(12)和子站(13)。数据采集装置采集各种数据并产生采集数据，执行器执行动作指令。子站与主站通讯连接并且通过数字化接口单元与数据采集装置和执行器通讯连接，以将采集数据上传至主站以及将动作指令发送至执行器。主站对采集数据进行初步分析以产生一级数据处理结果，以及向子站发送动作指令。上层系统从主站接收一级数据处理结果并形成二级数据处理结果，以及产生动作指令并将其发送至主站。本实用新型能够将各类采集数据汇总于上层系统以及对各类设备进行协调控制。

Description

数据采集控制系统

技术领域

本实用新型涉及数据采集技术领域，特别涉及一种数据采集控制系统。

背景技术

数据采集系统是一套由工控机、PLC、检测装置等构成的系统，用于收集现场生产过程中产生的工艺、能耗等数据，并将收集的数据传送到上层系统如Osi PI系统等用于做数据存储、分析应用以及事件提示等工作。

但是，由于缺少专门收集数据的独立系统，除了一些自带OPC系统的生产设备可以直接向Osi PI等上层系统发送数据之外，现场很多数据无法进行收集和利用。而且，现有技术的数据采集系统通常仅起到收集数据的作用，而无法根据相关数据进行条件运算及判断，并根据运算及判断结果进行反馈控制。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述至少一个问题和/或其他问题。

为实现上述目的，根据本实用新型的一个方面提供了一种数据采集控制系统，所述数据采集控制系统包括多个子系统、与所述多个子系统通讯连接的主站以及与所述主站通讯连接的上层系统。至少一个所述子系统包括数据采集装置、执行器以及与所述数据采集装置、所述执行器和所述主站通讯连接的子站，所述数据采集装置配置成采集各种数据并产生采集数据，所述执行器配置成执行动作指令。所述子站通过数字化接口单元与所述数据采集装置和所述执行器通讯连接，并且配置成从所述数据采集装置接收所述采集数据并将所述采集数据上传至所述主站，以及从所述主站接收所述动作指令并将所述动作指令发送至所述执行器。所述主站配置成从所述子站接收所述采集数据并进行初步分析以产生一级数据处理结果，以及从所述上层系统接收所述动作指令并将所述动作指令发送至所述子站。所述上层系统配置成从所述主站接收所述一级数据处理结果并进行分析整合以形成二级数据处理结果，以及根据所述二级数据处理结果产生所述动作指令并将所述动作指令发送至所述主站。

根据本实用新型的一实施方式，所述主站包括分析处理模块和传输模块，所述分析处理模块配置成初步分析所述采集数据并产生所述一级数据处理结果，所述传输模块配置成向所述上层系统上传所述一级数据处理结果以及向所述子站发送所述动作指令。

根据本实用新型的一实施方式，所述分析处理模块包括存储单元和判断单元，所述存储单元内配置成存储所述一级数据处理结果和用于所述采集数据的预设值范围，所述判断单元配置成判断所述采集数据是否处于所述预设值范围内。

根据本实用新型的一实施方式，所述分析处理模块还包括计算单元和控制单元，所述计算单元配置成在所述采集数据处于所述预设值范围之外的情况下计算所述采集数据与所述预设值范围的上限值或下限值之间的差值，所述控制单元配置成根据所述差值产生调控信号，所述传输模块进一步配置成将所述调控信号通过所述子站发送给所述执行器。

根据本实用新型的一实施方式，所述子系统还包括与所述子站通讯连接的报警装置，所述控制单元进一步配置成在所述采集数据处于所述预设值范围之外的情况下产生警示信号，所述传输模块进一步配置成将所述警示信号通过所述子站发送给所述报警装置。

根据本实用新型的一实施方式，所述数字化接口单元包括多个模拟量输入/输出接口和多个串行通信接口。

根据本实用新型的一实施方式，所述模拟量输入/输出接口包括4-20mA模拟量接口，所述串行通信接口包括RS485接口。

根据本实用新型的一实施方式，所述数据采集装置包括粉尘检测仪、水流量计、压缩空气压力表和蒸汽压力表中的一个或多个。

根据本实用新型的一实施方式，所述子系统还包括与所述子站通讯连接的至少一个自动化控制系统。

根据本实用新型的一实施方式，所述至少一个所述自动化控制系统包括楼宇自动化控制系统、环境自动化控制系统和分布式控制系统中的一个或多个。

本实用新型的数据采集控制系统设有多个可扩展的子系统，其中子站通过数字化接口单元与数据采集装置、执行器等通讯连接，可以将采集的各类数据依次通过子站和主站上传至上层系统，由上层系统根据生产需要统一进行管控并保存所有记录。另一方面，上层系统可以利用采集的数据并结合来自上层系统的其他数据或指令对生产设备等进行控制。因此，不仅能够将各类采集数据汇总于上层系统，而且能够对各类设备进行协调控制。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本实用新型的上述和其他特征及优点将变得更加容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一实施例的数据采集控制系统的示意图。

图2是图1所示的数据采集控制系统的主站的配置示意图。

图3是图1所示的数据采集控制系统的子站的配置示意图。

附图中仅示出为了阐明本实用新型而必需的那些部分，其他部分被省略或仅简单提及。

附图标记说明：

1、子系统；11、数据采集装置；12、执行器；13、子站；131、模拟量输入/输出接口；132、串行通信接口；14、报警装置；15、自动化控制系统；2、主站；21、分析处理模块；211、存储单元；212、判断单元；213、计算单元；214、控制单元；22、传输模块；3、上层系统。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述根据本实用新型的示例性实施方式。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本实用新型。但是，对于所属技术领域内的技术人员来说明显的是，本实用新型的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解，本实用新型并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本实用新型，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的特征、实施例和优点仅作说明之用，不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

在下文中使用了例如“第一”、“第二”等术语来描述本申请的元件，这些术语仅用于区分各个元件，而不是用于限制这些元件的本质、顺序或数目。用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思，并且是指除了列出的要素/组成部分之外还可存在另外的要素/组成部分。

根据本实用新型的数据采集控制系统主要连接工厂内的一些工业设备，其能够收集工业设备的各种工艺数据，例如在药品生产中应该进行记录的物料的理论用量和实际用量以及产品的理论产量和实际产量等，以执行工艺监控。该数据采集控制系统还能够收集每个生产车间的环境参数，例如温度、湿度和粉尘浓度等。此外，该数据采集控制系统还能够执行各种操作控制，例如，将预设的环境参数与实际的环境参数进行对比，并根据对比结果对生产车间的室内环境进行实时调节。

图1示意性地示出了根据本实用新型一实施例的数据采集控制系统的配置。本实施例的数据采集控制系统包括多个子系统1、与每个所述子系统1通讯连接的主站2以及与主站2通讯连接的上层系统3。

子系统1的数量没有特别限制，并且可根据需要进行扩展。如图1中作为示例示出的，子系统1可包括至少一个数据采集装置11、至少一个执行器12以及与数据采集装置11、执行器12和主站2通讯连接的子站13，还可包括报警装置14和至少一个自动化控制系统15。子系统1还可包括其他部件并且同样可根据需要进行扩展。

数据采集装置11和执行器12处于第一层或者说底层，它们均通过数字化接口单元与子站13通讯连接。数据采集装置11用于采集各种数据并产生采集数据。数据采集装置11可以包括各种传感器和仪表。作为示例，数据采集装置11可以是粉尘检测仪、压缩空气压力表、水流量计、蒸汽压力表、温度计和湿度计等。相应地，执行器12可以是空气净化器、空气压力调节阀、水流量调节阀、蒸汽泄压阀、空调等。

子站13处于第二层，其一方面通过数字化接口单元与数据采集装置11、执行器12等通讯连接，另一方面与主站2例如通过局域网通讯连接。子站13可以从数据采集装置11接收采集数据并将采集数据上传至主站2，还可以从主站2接收动作指令并将动作指令发送至执行器12。

主站2处于第三层，其一方面与子站13通讯连接，另一方面与上层系统3通讯连接。主站2可以从子站13接收采集数据并进行初步分析以产生一级数据处理结果，还可以从上层系统3接收动作指令并将动作指令发送至子站13。相较于通过上层系统3产生的动作指令进行控制而言，通过更靠近数据采集端的主站2对采集数据进行初步分析并产生一级数据处理结果属于边缘计算，这种边缘计算能够解决由上层系统3进行计算的模式下存在的高延迟、网络不稳定和低带宽等问题。

具有决策作用的上层系统3处于第四层或顶层。上层系统3可以对从主站2接收的一级数据处理结果进行分析整合以形成二级数据处理结果，还可以根据二级数据处理结果产生动作指令并将该动作指令发送至主站2。各种不同类型的采集数据可以汇总于上层系统3，并且上层系统3能够综合考虑这些采集数据对各类设备进行协调控制。

上述实施例的数据采集控制系统应用于药品生产时，可以同时对多个药品生产车间进行数据采集和控制。每个生产车间可配置一个或多个如图1所示的子系统1。主站2可设置于其中一个生产车间，还可以单独设置在并非生产车间的机房。通过各个子系统1的数据采集装置11对各个生产车间的环境、物料、产品、设备、工艺等情况进行数据采集，产生采集数据。各个子系统1的执行器12可根据接收的动作指令对部分工艺参数或环境参数进行调整。

如图2所示，主站2可包括分析处理模块21和传输模块22。传输模块22可以是数据传输通道，其将分析处理模块21通讯连接于上层系统3和多个子站13。分析处理模块21对通过传输模块22从各个子站13接收到的采集数据进行初步分析并产生一级数据处理结果。传输模块22将该一级数据处理结果上传至上层系统3。传输模块22还将来自上层系统3的动作指令发送至相应的子站13。

主站2可以采用插槽式PLC控制器，其中多个分析处理模块21可插设于相应的插槽中，便于维修、更换和扩展。

进一步地，如图2所示，分析处理模块21包括存储单元221、判断单元212、计算单元213和控制单元214。存储单元221可存储一级数据处理结果以及若干预设值范围，例如有关温度、湿度、粉尘浓度等的预设值范围，还可以是物料的预设使用量、产品的预期产量等。判断单元212和计算单元213能够根据采集数据进行条件运算和判断后产生一级数据处理结果，并且控制单元214能够根据一级数据处理结果产生反馈的调控信号、警示信号等。例如，判断单元212可判断采集数据是否处于预设值范围内。需要说明的是，不管采集数据是处于预设值范围内还是处于预设值范围之外，均能产生一级数据处理结果，并通过传输模块22将该一级数据处理结果上传至上层系统3。计算单元213在采集数据在预设值范围之外的情况下还能够计算该采集数据与预设值范围的上限值或下限值之间的差值，该差值被记入一级数据处理结果。控制单元214可根据该差值产生调控信号。传输模块22将该调控信号传输至相应的子站13，子站13又将该调控信号传输至相应的执行器12。

根据一个实施方式，在判断单元212判断为采集数据处于预设值范围之外的情况下，控制单元214可以产生能够记录在一级数据处理结果内的警示信号。传输模块22一方面将包含该警示信号的一级数据处理结果上传至上层系统3进行记录，另一方面还可以直接将警示信号传输至子站13，从而启动报警装置14。报警装置14可以是声音报警器、光电报警器或声光报警器等。在采集数据处于预设值范围之外时的报警可以由主站2来控制，而无需上层系统3介入，能够及时提醒作业人员注意生产过程中出现的问题。

根据另一个实施方式，例如，对于生产车间的温度的预设值范围可以是25℃±2℃。当通过温度计获得的实时温度为22℃时，判断单元212判断为采集数据处于预设值范围外。此时，计算单元213计算出该采集数据与预设值范围的下限值之间的差值为1℃，该差值1℃记入一级数据处理结果并被上传至上层系统3。此外，控制单元214根据该差值1℃生成调控信号，并将该调控信号传输至子站13。该调控信号可以是能直接操控执行器12(空调)的信号，还可以是通过子站13进行转码后形成操控执行器12的信号。执行器12在接收到该调控信号后对室内温度进行升温处理，直至该生产车间的实时温度处于预设值范围内。

各个子站13与数据采集装置11之间的数字化接口单元可以包括多个模拟量输入/输出接口131和多个串行通信接口132，如图3所示。多个模拟量输入/输出接口131可以为4-20mA模拟量接口，可用于通讯连接作为数据采集装置11的粉尘检测仪、压缩空气压力表和蒸汽压力表。多个串行通信接口132可以是RS485接口，可用于通讯连接水流量计等数据采集装置11。另外，子站13还可以具有不限于上述接口的其他一些接口，例如网关等，用于通讯连接其他一些数据采集装置11和执行器12或者其他设备。如图3所示，子站13的数字化接口单元可预留其他一部分接口，用于后期维护或功能扩展。

子系统1所包括的至少一个自动化控制系统15可以是例如楼宇自动化控制系统、环境自动化控制系统和分布式控制系统中的一个或几个。楼宇自动化控制系统能直接实现生产车间的门禁控制、中央空调监控及计量计费等。环境自动化控制系统能直接实现生产车间的空气压力、蒸汽压力、温度、湿度、洁净度等环境因素的控制。多个自动化控制系统15可以根据需要多样化设置。这些自动化控制系统15可以通过各自的控制中心将采集数据通过子站13、主站2逐级上传至上层系统3，通过上层系统3的统一调配进行生产车间的整合式管控。又或者，上层系统3通过工艺规程、工艺执行情况或工艺环境的监控统一对上述各类自动化控制系统15进行管控，使生产车间的不管是生产环境或生产流程或生产物料都符合该类产品的生产需要。

本实用新型的数据采集控制系统中，子站13通过具有多种类型接口的数字化接口单元与数据采集装置11、执行器12等连接，可以将各类采集数据依次通过子站13和主站2上传至上层系统3，由上层系统3根据生产需要统一进行管控并保存所有生产记录，上层系统3或主站2可以基于接收到的采集数据并结合预先设定的控制策略对执行器12、报警装置14等进行控制。

以上仅为本实用新型实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型实施例，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据采集控制系统，其特征在于，包括多个子系统(1)、与所述多个子系统(1)通讯连接的主站(2)以及与所述主站(2)通讯连接的上层系统(3)，其中：

至少一个所述子系统(1)包括数据采集装置(11)、执行器(12)以及与所述数据采集装置(11)、所述执行器(12)和所述主站(2)通讯连接的子站(13)，所述数据采集装置(11)配置成进行数据采集并产生采集数据，所述执行器(12)配置成执行动作指令；

所述子站(13)通过数字化接口单元与所述数据采集装置(11)和所述执行器(12)通讯连接，并且配置成从所述数据采集装置(11)接收所述采集数据并将所述采集数据上传至所述主站(2)，以及从所述主站(2)接收所述动作指令并将所述动作指令发送至所述执行器(12)；

所述主站(2)配置成从所述子站(13)接收所述采集数据并进行初步分析以产生一级数据处理结果，以及从所述上层系统(3)接收所述动作指令并将所述动作指令发送至所述子站(13)；以及

所述上层系统(3)配置成从所述主站(2)接收所述一级数据处理结果并进行分析整合以形成二级数据处理结果，以及根据所述二级数据处理结果产生所述动作指令并将所述动作指令发送至所述主站(2)。

2.根据权利要求1所述的数据采集控制系统，其特征在于，所述主站(2)包括：

分析处理模块(21)，所述分析处理模块(21)配置成初步分析所述采集数据并产生所述一级数据处理结果；以及

传输模块(22)，所述传输模块(22)配置成向所述上层系统(3)上传所述一级数据处理结果以及向所述子站(13)发送所述动作指令。

3.根据权利要求2所述的数据采集控制系统，其特征在于，所述分析处理模块(21)包括：

存储单元(211)，所述存储单元(211)配置成存储所述一级数据处理结果和用于所述采集数据的预设值范围；以及

判断单元(212)，所述判断单元(212)配置成判断所述采集数据是否处于所述预设值范围内。

4.根据权利要求3所述的数据采集控制系统，其特征在于，所述分析处理模块(21)还包括：

计算单元(213)，所述计算单元(213)配置成在所述采集数据处于所述预设值范围之外的情况下计算所述采集数据与所述预设值范围的上限值或下限值之间的差值；以及

控制单元(214)，所述控制单元(214)配置成根据所述差值产生调控信号，所述传输模块(22)进一步配置成将所述调控信号通过所述子站(13)发送给所述执行器(12)。

5.根据权利要求4所述的数据采集控制系统，其特征在于，所述子系统(1)还包括与所述子站(13)通讯连接的报警装置(14)，所述控制单元(214)进一步配置成在所述采集数据处于所述预设值范围之外的情况下产生警示信号，所述传输模块(22)进一步配置成将所述警示信号通过所述子站(13)发送给所述报警装置(14)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的数据采集控制系统，其特征在于，所述数字化接口单元包括多个模拟量输入/输出接口(131)和多个串行通信接口(132)。

7.根据权利要求6所述的数据采集控制系统，其特征在于，所述模拟量输入/输出接口(131)包括4-20mA模拟量接口，所述串行通信接口(132)包括RS485接口。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的数据采集控制系统，其特征在于，所述数据采集装置(11)包括粉尘检测仪、水流量计、压缩空气压力表和蒸汽压力表中的一个或多个。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的数据采集控制系统，其特征在于，所述子系统(1)还包括与所述子站(13)通讯连接的至少一个自动化控制系统(15)。

10.根据权利要求9所述的数据采集控制系统，其特征在于，所述至少一个自动化控制系统(15)包括楼宇自动化控制系统、环境自动化控制系统和分布式控制系统中的一个或多个。