UA12667U

UA12667U - Dispersed system for monitoring process variables

Info

Publication number: UA12667U
Application number: UAU200508373U
Authority: UA
Inventors: Viktor Mykolaiovych Popov; Oleksandr Volodymyrov Dmytrash
Original assignee: Viktor Mykolaiovych Popov; Oleksandr Volodymyrov Dmytrash
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2006-02-15

Abstract

The proposed dispersed system for monitoring process variables contains a central computer (15) with a modem (14), which is installed in the control station room, and monitoring subsystems (1). Each monitoring subsystem contains process parameter transducers (2), a unit (3) for communication with the transducers, and a microprocessor control unit (7). The microprocessor control unit contains a modem (12), a nonvolatile memory unit (8), a timer (10), and additionally, a displaying unit (9) and a communication line interface (11). The unit (3) for communication with the transducers contains an interface (4) for the transducers with current output signal, an interface (5) for the transducers with pulse output signal, and a data bus interface (6). The communication line interface (11) is connected to the modem (12) of the microprocessor control unit. The modems of the monitoring subsystems are connected to the modem (14) of the central computer (15) via a communication line (13).

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель відноситься до вимірювальної та обчислювальної техніки і може бути використана для 2 контролю параметрів технологічних процесів, фізичного середовища та споживання ресурсів.The utility model refers to measuring and computing technology and can be used to control parameters of technological processes, physical environment and resource consumption.

Найближчою, за сукупністю ознак, до запропонованої є розосереджена система контролю параметрів за ОА 37884, 5010 4/00, О1К 11/56, 15.05.2001. Вона складається з комп'ютеру центрального диспетчерського пункту з модемом залізниці та мережі віддалених підсистем, кожна з яких приймає, обробляє та спрямовує до комп'ютеру центрального диспетчерського пункту дані про споживання електроенергії на окремій дільниці. Кожна з цих підсистем містить блок прийому вхідних сигналів у вигляді лічильників споживаної електроенергії, мікропроцесор з модемами, блоком енергонезалежної пам'яті та таймером реального часу, чотирьох портовий модуль, дешифратор, елементи гальванічної розв'язки, ключі та регістр. Комп'ютер центрального диспетчерського пункту через концентратор під'єднаний до модемів, які, у свою чергу, під'єднані до модемів кожної підсистеми. 19 Недоліком відомого пристрою є низька надійність в умовах застосування його для збору даних з достатньо великої кількості віддалених об'єктів-підсистем, оскільки ця надійність залежить від надійності мережі передачі даних, а, навіть при нетривалих перервах зв'язку, частина даних буде втрачатись. Крім того, відомий пристрій має дуже високу вартість експлуатації, особливо при застосуванні його для збору даних з великої кількості віддалених підсистем, оскільки він потребує постійної наявності зв'язку, що, у свою чергу, обумовлює необхідність використання виділених ліній телефонного зв'язку або безперервного використання о5М-каналів зв'язку.The closest, in terms of features, to the proposed one is the decentralized system of control of parameters according to ОА 37884, 5010 4/00, О1К 11/56, 15.05.2001. It consists of a computer of the central dispatching point with a railway modem and a network of remote subsystems, each of which receives, processes and sends to the computer of the central dispatching point data on the consumption of electricity in a separate section. Each of these subsystems contains a block for receiving input signals in the form of electricity consumption counters, a microprocessor with modems, a block of non-volatile memory and a real-time timer, a four-port module, a decoder, galvanic separation elements, keys and a register. The computer of the central control center is connected to the modems through the hub, which, in turn, are connected to the modems of each subsystem. 19 The disadvantage of the known device is its low reliability in the conditions of its application to collect data from a sufficiently large number of remote objects-subsystems, since this reliability depends on the reliability of the data transmission network, and even with short communication interruptions, part of the data will be lost. In addition, the known device has a very high operating cost, especially when applied to collect data from a large number of remote subsystems, since it requires constant availability of communication, which in turn requires the use of dedicated telephone lines or continuous use of o5M communication channels.

В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення надійності функціонування розосередженої системи контролю параметрів, підвищення її живучості та здешевлення за рахунок надання їй властивості збору інформації від віддалених об'єктів як в автономному режимі, з формуванням власних баз даних кожної 29 підсистеми, такі в системному режимі, з поповненням інтегрованої бази даних диспетчерського центру. -оThe useful model is based on the task of increasing the reliability of the decentralized parameter control system, increasing its survivability and making it cheaper by giving it the property of collecting information from remote objects both in autonomous mode, with the formation of its own databases of each 29 subsystems, such in system mode, with replenishment of the integrated database of the dispatch center. -at

Для вирішення поставленої задачі в розосередженій системі контролю параметрів, що містить комп'ютер диспетчерського центру з модемом, до якого під'єднані підсистеми, кожна з яких включає блок прийому вхідних сигналів та мікропроцесор з модемом, блоком енергонезалежної пам'яті та таймером реального часу, відповідно з корисною моделлю блоки прийому вхідних сигналів виконані у вигляді периферійних датчиків контрольованих в параметрів, кожна підсистема споряджена блоком інтерфейсів датчиків, до складу якого входять інтерфейси Ге) датчиків з струмовим виходом, інтерфейси датчиків з імпульсним виходом та інтерфейси шин, мікропроцесор кожної підсистеми додатково споряджений блоком індикації та блоком комунікаційного інтерфейсу, причому, ее, вихід кожного з периферійних датчиків підключений до блока інтерфейсів датчиків з можливістю під'єднання до Га відповідного інтерфейсу, вихід блока інтерфейсів підключений до входу мікропроцесора, до якого також підключені блок індикації таймером реального часу та блок комунікаційного інтерфейсу, блок комунікаційного (7 інтерфейсу підключений до модема підсистеми, а модеми підсистем через телекомунікаційну мережу під'єднані до модема комп'ютера диспетчерського центру.To solve the given problem in a distributed parameter control system containing a dispatch center computer with a modem to which subsystems are connected, each of which includes a block for receiving input signals and a microprocessor with a modem, a block of non-volatile memory and a real-time timer, in accordance with the useful model, the units for receiving input signals are made in the form of peripheral sensors controlled in parameters, each subsystem is equipped with a sensor interface unit, which includes interfaces of Ge) sensors with current output, sensor interfaces with pulse output and bus interfaces, the microprocessor of each subsystem is additionally equipped an indication block and a communication interface block, and, ee, the output of each of the peripheral sensors is connected to the sensor interface block with the possibility of connecting to the corresponding interface, the output of the interface block is connected to the input of the microprocessor, to which the real-time timer indication block is also connected time and the communication interface block, the communication interface block (7) is connected to the modem of the subsystem, and the modems of the subsystems are connected to the computer modem of the dispatch center through the telecommunications network.

Така сукупність елементів системи та зв'язків між ними забезпечує можливість постійного функціонування « кожної підсистеми з фіксацією та обробкою вхідних даних та архівізацією даних по кожній підсистемі, в З 70 автономному режимі, та, додатково, в режимі опитування, з підключенням до комп'ютера диспетчерського с центру як частини підсистем (з функціонуванням пристрою як часткової системи), так і всіх підсистем (зSuch a combination of system elements and connections between them provides the possibility of continuous functioning of each subsystem with recording and processing of input data and archiving of data for each subsystem, in Z 70 autonomous mode, and, additionally, in survey mode, with a connection to a computer of the dispatch center from both a part of the subsystems (with the functioning of the device as a partial system) and all subsystems (from

Із» функціонуванням пристрою як повної системи). Усунення необхідності постійного зв'язку віддалених підсистем з комп'ютером диспетчерського центру запобігає втраті даних. Надійність та живучість системи також підвищуються, а вартість її експлуатації зменшується завдяки можливості використання в якості телекомунікаційних мереж комутованої телефонної мережі або каналів СЗМ. Крім того, системі притаманний - високий рівень однорідності елементів, що обумовлює її високі експлуатаційні характеристики (обслуговування, ка пошук пошкоджень, ремонт тощо). Нарешті, застосування згаданих інтерфейсів датчиків та засобів їх зв'язку з іншими елементами забезпечує можливість формування різноманітної інформації з датчиків різних типів, що б значно розширює функціональні можливості системи та розширює галузі її застосування. б 20 Корисна модель пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 наведено структурну схему запропонованої системи, а на Фіг.2 - блок-схему алгоритму роботи. т Запропонована розосереджена система утворена мережею віддалених підсистем 14...14, призначених приймати, обробляти та передавати різноманітні дані вимірів фізичного та технічного середовища. До складу кожної з цих систем входять периферійні датчики 24...24, виходи яких підключені до входів блока З інтерфейсів 52 датчиків. До складу останнього входять інтерфейси 4 датчиків з струмовим виходом, інтерфейси 5 датчиків з с імпульсним виходом та інтерфейси б шин. Виходи датчиків 24...24 підключені до входів відповідних інтерфейсів: виходи датчиків з струмовим виходом - до входів інтерфейсів 4 датчиків з струмовим виходом, виходи датчиків з імпульсним виходом - до входів інтерфейсів 5 датчиків з імпульсним виходом, а виходи датчиків зі спеціальним цифровим виходом - до входів інтерфейсів 6 шин. 60 За блоком З інтерфейсів знаходиться блок 7 мікропроцесора з блоками 8 енергонезалежної пам'яті, 9 індикації та таймера 10 реального часу. До першого входу блока 7 мікропроцесора підключені виходи блока З інтерфейсів, до другого входу - блок 8 енергонезалежної пам'яті, до третього входу - блок 9 індикації, до четвертого входу - вхід таймера 10 реального часу, а до п'ятого входу - першій вхід блока 11 комунікаційного інтерфейсу. До другого входу блока комунікаційного інтерфейсу підключений першій вхід модема 12. бо Другі входи та виходи модемів 12 усіх підсистем 14...1,4, Через телекомунікаційну систему 13 та модем 14 підключені до комп'ютеру 15 диспетчерського центру.With" functioning of the device as a complete system). Eliminating the need for constant communication of remote subsystems with the dispatch center computer prevents data loss. The reliability and survivability of the system is also increased, and the cost of its operation is reduced due to the possibility of using the switched telephone network or SZM channels as telecommunication networks. In addition, the system is characterized by a high level of homogeneity of elements, which determines its high operational characteristics (maintenance, damage detection, repair, etc.). Finally, the use of the mentioned interfaces of sensors and means of their communication with other elements provides the possibility of forming a variety of information from sensors of different types, which would significantly expand the functional capabilities of the system and expand the fields of its application. b 20 The useful model is explained by drawings, where Fig. 1 shows the structural diagram of the proposed system, and Fig. 2 shows the block diagram of the work algorithm. t The proposed distributed system is formed by a network of remote subsystems 14...14, designed to receive, process and transmit various data of measurements of the physical and technical environment. Each of these systems includes peripheral sensors 24...24, the outputs of which are connected to the inputs of the Z interface block of 52 sensors. The latter includes interfaces of 4 sensors with current output, interfaces of 5 sensors with pulse output and bus interfaces. The outputs of the sensors 24...24 are connected to the inputs of the corresponding interfaces: the outputs of the sensors with a current output - to the inputs of the interfaces of 4 sensors with a current output, the outputs of the sensors with a pulse output - to the inputs of the interfaces of 5 sensors with a pulse output, and the outputs of the sensors with a special digital output - to the inputs of 6 bus interfaces. 60 Behind the Z interface block is a microprocessor block 7 with non-volatile memory blocks 8, an indication 9 and a real-time timer 10. The outputs of the Z interfaces block are connected to the first input of the microprocessor block 7, to the second input - the non-volatile memory block 8, to the third input - the indication block 9, to the fourth input - the real time timer input 10, and to the fifth input - the first input block 11 of the communication interface. The first input of the modem 12 is connected to the second input of the communication interface block. Because the second inputs and outputs of the modems 12 of all subsystems 14...1,4, through the telecommunication system 13 and the modem 14 are connected to the computer 15 of the dispatch center.

Як периферійні датчики 24...24 можуть використовуватись датчики різних типів, наприклад, датчики струмуVarious types of sensors can be used as peripheral sensors 24...24, for example, current sensors

Е780, датчики тиску "Міда" та інші датчики та вимірювальні перетворювачі зі струмовим виходом, лічильники електроенергії та витратоміри з імпульсним виходом, датчики температури з інтерфейсом Місгоїап 051821. БлокE780, "Mida" pressure sensors and other sensors and measuring converters with current output, electricity meters and flow meters with pulse output, temperature sensors with Misgoiap interface 051821. Block

З інтерфейсів датчиків може бути виконаним, наприклад, на базі регістрів 74НС573, а блок 7 мікропроцесора - на базі однокристального мікроконтролера, наприклад, АТтеда128. Як блок 8 енергонезалежної пам'яті може бути використаним флеш диск або РЕЕКМ, наприклад, РЕКМС256. Блок 9 індикації може бути виконаним на базі індикатора мікросхем МАХ232. Як модем 12 може використовуватись телефонний або О5М модем. Як 70 телекомунікаційна мережа можуть використовуватись телефонна мережа, мережа (С5М зв'язку, канали радіозв'язку або виділені лінії.Sensor interfaces can be made, for example, on the basis of 74НС573 registers, and block 7 of the microprocessor - on the basis of a single-chip microcontroller, for example, ATteda128. As block 8 of non-volatile memory, a flash disk or REEKM, for example, REKMS256, can be used. Block 9 of the indication can be made on the basis of the MAX232 microcircuit indicator. A telephone or O5M modem can be used as modem 12. A telephone network, a network (S5M communication, radio communication channels or dedicated lines) can be used as a 70 telecommunication network.

Віддалені об'єкти можуть нормально функціонувати як в автономному режимі, так і в складі системи, в режимі опитування підсистем, під контролем комп'ютеру 15 диспетчерського центру. В кожній з підсистем 11...14 здійснюються опитування диспетчерського центру. В кожній з підсистем 1 4...1474 здійснюються опитування периферійних датчиків 24...24 У відповідності з закладеними уставками періодів опитування для кожного датчика та архівація отриманих та оброблених даних у блока 8 енергонезалежної пам'яті, із записанням мітки часу опитування. Таким чином у кожній з підсистем 114...1,4 формується своя база даних в енергонезалежній пам'яті підсистеми. Ці бази у сукупності складають розосереджену енергонезалежну базу даних, яка дублює інтегровану базу даних в комп'ютері 15 диспетчерського центру, що формується на основі баз даних підсистем 11...14.Remote objects can function normally both in autonomous mode and as part of the system, in subsystem polling mode, under the control of the computer 15 of the dispatch center. In each of the subsystems 11...14, surveys of the dispatch center are carried out. In each of the subsystems 1 4...1474, surveys of peripheral sensors 24...24 are carried out in accordance with the set polling period settings for each sensor and archiving of the received and processed data in unit 8 of the non-volatile memory, with recording of the poll time stamp. Thus, each of the subsystems 114...1,4 forms its own database in the subsystem's non-volatile memory. Together, these databases make up a distributed non-volatile database that duplicates the integrated database in the computer 15 of the dispatch center, which is formed on the basis of the databases of subsystems 11...14.

Бази даних підсистем використовуються на місцях для оперативного аналізу режимів роботи та допомоги у прийнятті рішень черговим персоналом віддалених об'єктів. Інтегрована база даних диспетчерського центру використовується для аналізу режимів роботи всієї розосередженої системи та прийняття рішень по функціонуванню всієї розосередженої системи.Databases of subsystems are used on the ground for operational analysis of work modes and assistance in decision-making by staff on duty at remote facilities. The integrated database of the dispatch center is used to analyze the operating modes of the entire distributed system and make decisions on the functioning of the entire distributed system.

Система функціонує таким чином. Як видно з Фіг.2, після подачі живлення у підсистему відбувається ов автоматичне відновлення її конфігурації та уставок. Крім того, відбувається автоматичне відновлення баз даних підсистеми за період перерви живлення шляхом заповнення цієї частини бази даних відповідними позначками. о,The system works like this. As can be seen from Fig. 2, after supplying power to the subsystem, its configuration and settings are automatically restored. In addition, there is an automatic restoration of the subsystem databases during the period of power interruption by filling this part of the database with the appropriate labels. at,

Після цього проводиться аналіз наявності зв'язку з комп'ютером 15 диспетчерського центру та визначення режиму роботи кожної підсистеми - автономний режим або в складі системи під керуванням комп'ютера 15 та параметри (час, тривалість, частота) підключень до системи. М зо При роботі підсистеми в автономному режимі відбувається зчитування поточного часу з таймера 10 реального часу та порівняння поточного часу з уставками періоду опитування периферійних датчиків 2 1...2п ісе) різних типів. При відповідності поточного часу уставці періоду опитування датчика відбувається опитування Ге відповідного датчика та архівація отриманих даних разом з відміткою часу про отримання даних в блоці 8 енергонезалежної пам'яті. Після здійснення опитування периферійних датчиків та поповнення архіву блок 7 с мікропроцесора проводить обробку результатів вимірювань та їх виведення на блок 9 індикації. Крім того, блок о/р 7 мікропроцесора здійснює аналіз режимів роботи технологічного обладнання віддаленого об'єкта та визначення відхилень від нормального режиму, про що сигналізує на блок 9 індикації або на комп'ютер 15 диспетчерського центру. Також блок 7 мікропроцесора проводить періодичне тестування обладнання віддаленого об'єкту та архівацію поточних «After that, the presence of communication with the computer 15 of the dispatch center is analyzed and the mode of operation of each subsystem is determined - autonomous mode or as part of the system under the control of the computer 15 and the parameters (time, duration, frequency) of connections to the system. M zo During the operation of the subsystem in the offline mode, the current time is read from the real-time timer 10 and the current time is compared with the polling period settings of peripheral sensors 2 1...2p ise) of various types. When the current time corresponds to the setting of the sensor polling period, the corresponding sensor is polled and the received data is archived together with the timestamp of the data reception in block 8 of the non-volatile memory. After polling the peripheral sensors and replenishing the archive, the microprocessor unit 7c processes the measurement results and outputs them to the display unit 9. In addition, the unit o/r 7 of the microprocessor analyzes the operating modes of the technological equipment of the remote object and determines deviations from the normal mode, which is signaled to the display unit 9 or to the computer 15 of the dispatch center. Also, unit 7 of the microprocessor periodically tests the equipment of the remote object and archives the current "

При роботі в складі системи під контролем комп'ютера 15 диспетчерського центру підсистеми 14...1,4, окрім пу с виконання вище згаданих функцій, через телекомунікаційну систему 13 та модем 14 передають накопичену в їх архівах інформацію в інтегровану базу даних на комп'ютер 15. Крім того, підсистеми виконують команди, ;» отримані через телекомунікаційну систему 13 та модем 14 від комп'ютера 15. Також комп'ютер 15 здійснює синхронізацію відліку часу таймерами 10 реального часу всіх підсистем 14...17 що забезпечує коректність формування баз даних. - Високі функціональні можливості системи, її надійність, живучість та зручність обслуговування та ремонту доведені випробуваннями дослідних зразків запропонованого пристрою на об'єктах водогосподарських ю зрошувальних систем півдня України та системах водопостачання кількох населених пунктів Вінницької області. (22) бу 70When working as part of the system under the control of the computer 15 of the dispatch center of the subsystem 14...1,4, in addition to performing the functions mentioned above, through the telecommunication system 13 and the modem 14, they transmit the information accumulated in their archives to the integrated database on the computer computer 15. In addition, subsystems execute commands, ;" received through the telecommunications system 13 and modem 14 from the computer 15. Also, the computer 15 synchronizes the time counting with the real-time timers 10 of all subsystems 14...17, which ensures the correctness of the database formation. - The high functionality of the system, its reliability, survivability and ease of maintenance and repair have been proven by tests of prototypes of the proposed device on the facilities of water management and irrigation systems in the south of Ukraine and water supply systems of several settlements of the Vinnytsia region. (22) would be 70

Claims

The formula of the invention is that

Distributed parameter control system containing a computer 15 of the dispatch center with a modem 14, to which subsystems 14...1,4 are connected, each of which includes a block for receiving input signals and a microprocessor

7 with a modem 12, a non-volatile memory unit 8 and a real-time timer 10, which differs in that the units for receiving input signals are made in the form of peripheral sensors 2 14...24 controlled parameters,

c each subsystem is equipped with a block of sensor interfaces, which includes interfaces of 4 sensors with current output, interfaces of 5 sensors with pulse output and 6 bus interfaces, the microprocessor 7 of each subsystem is additionally equipped with a display unit 9 and a communication interface unit 11, and the output of each from the peripheral sensors is connected to the sensor interface block with the possibility of connecting to the corresponding interface, the output of the mentioned interface block is connected to the microprocessor input, to which the indication block, the real-time timer and the communication interface block are also connected, the communication interface block is connected to the modem 12 of the subsystem, and the modems of the subsystems are connected to the computer modem of the dispatch center through the telecommunication network 13.

b5