工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)及方法，其特征在于，包括控制終端：設(shè)置于靠近開關(guān)量設(shè)備處，與監(jiān)控終端通過無線通信方式進行通信，用于開關(guān)量信號的采集、處理、傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)及控制；監(jiān)控終端：通過保護裝置與監(jiān)控處理中心相連接，實現(xiàn)控制終端開關(guān)量數(shù)據(jù)與監(jiān)控處理中心數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)，以及組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信?？刂平K端間通信、控制終端與監(jiān)控終端間無線通信距離可達2700m，控制終端接收監(jiān)控終端發(fā)來的組網(wǎng)配對信息，實現(xiàn)控制終端間的開關(guān)量輸入/開關(guān)量輸出間一對一、一對多、多對一、多對多配對，構(gòu)建星型網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)多臺工作設(shè)備共享及聯(lián)動，提高工作效率，減少有線布線、維修成本及耗時。
【專利說明】工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)及方法。屬無線通信和嵌入式系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展主要經(jīng)歷手動控制、半自動控制和智能化控制三個階段。手動控制方式?jīng)]有中控室，控制全憑借經(jīng)驗操作，隨意性大。半自動控制方式終端運行參數(shù)數(shù)據(jù)一般通過有線電纜傳輸，從中控室對其進行設(shè)置。終端設(shè)備按照設(shè)置的參數(shù)自動進行作業(yè)，在作業(yè)過程中，可根據(jù)實際情況進行必要的干預(yù)，也可以在中控室設(shè)置參數(shù)或命令通過有線電纜控制作業(yè)，或通過裝載無線設(shè)備進行無線控制。智能化運行方式主要采用遠程控制模式，作業(yè)人員在中控室中進行控制，發(fā)出指令，終端設(shè)備按照指令進行工作。工作過程中，作業(yè)人員可在中控室進行監(jiān)控和干預(yù)。如果現(xiàn)場場地大，有多臺設(shè)備的話，人工遠程干預(yù)將不易實現(xiàn)，因此，該方式一般用于現(xiàn)場設(shè)備很少的情況下，如日本北陸電力大田七尾發(fā)電所采用這種方式。傳統(tǒng)的遠程控制基于PLC的有線信號傳輸控制。每臺終端通過自身的PLC進行有線信號的收集和處理，并將處理結(jié)果信息通過有線電纜傳送到中控室，這種方式長年累月易造成電纜磨損，影響信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性。
[0003]針對這種現(xiàn)象，利用無線通信技術(shù)，進行控制信息傳輸，即點對點控制。這里點對點控制采用雙向無線智能控制器，可以完全代替終端設(shè)備的控制電纜，實現(xiàn)無線控制，從而解決傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的控制電纜斷裂造成嚴重影響生產(chǎn)的問題，同時維護更換方便，節(jié)省了大量的人力、物力和財力。點對點控制需要兩臺配對使用，相互控制，輸入狀態(tài)控制到對方設(shè)備的輸出，設(shè)備同時具有自診斷功能、檢測對方設(shè)備是否在線、故障輸出告警等功能，具有配置簡單、使用方便、實用性強、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。
[0004]點對點雙向無線智能控制器避免了有線傳輸中因電纜損壞或接觸不良造成控制信號丟失現(xiàn)象，但是，也帶來頻段利用率低、效率不高等缺點。通過多個控制終端組建工業(yè)無線傳感網(wǎng)，實現(xiàn)控制終端開關(guān)量輸入/開關(guān)量輸出間一對一、一對多、多對一、多對多的配置，達到一臺控制終端，控制多臺輸出設(shè)備，解決現(xiàn)場終端設(shè)備數(shù)量多、分布不集中的控制問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)及通信方法。目的在于將將監(jiān)控終端、控制終端組建成工業(yè)無線傳感網(wǎng)，通過配置，構(gòu)建控制終端開關(guān)量輸入/開關(guān)量輸出間一對一、一對多、多對一、多對多映射，實現(xiàn)控制終端的聯(lián)動，提高設(shè)備利用效率，增強整個網(wǎng)絡(luò)生存周期。
[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控終端和控制終端，利用無線通信技術(shù)，構(gòu)建工業(yè)無線傳感網(wǎng)。
[0008]具體來說，所述的控制終端設(shè)置于靠近開關(guān)量設(shè)備處，與監(jiān)控終端通過無線通信方式進行通信，用于開關(guān)量信號的采集、處理、傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)及控制；
[0009]進一步地，所述的監(jiān)控終端通過保護裝置與監(jiān)控處理中心相連接，用于轉(zhuǎn)發(fā)控制終端開關(guān)量數(shù)據(jù)到監(jiān)控處理中心，以及轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控處理中心數(shù)據(jù)或命令到控制終端，實現(xiàn)組網(wǎng)及數(shù)據(jù)通信。
[0010]進一步地，所述的工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)由一臺監(jiān)控終端和多臺控制終端組成，通過星型架構(gòu)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)多臺控制終端信息共享及聯(lián)動。通過監(jiān)控終端實現(xiàn)對控制終端配置及控制，以及配置網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)實際情況進行靈活多樣的配置，達到資源利用最優(yōu)。
[0011]前述的工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，其特征在于，包括以下步驟:
[0012]I)將控制終端靠近開關(guān)量設(shè)備安裝，二者通過有線進行連接，開關(guān)量設(shè)備采用低壓電源供電，或采用控制終端的電源供電；
[0013]2)將監(jiān)控終端通過保護裝置靠近監(jiān)控處理中心安裝，二者通過有線進行連接，監(jiān)控終端電源可采用監(jiān)控處理中心供電或單獨供電；
[0014]3)監(jiān)控終端有線接收監(jiān)控處理中心的控制命令，經(jīng)過處理，群發(fā)工業(yè)無線傳感網(wǎng)中的各個控制終端，組建星型網(wǎng)絡(luò)；
[0015]4)控制終端接收監(jiān)控終端發(fā)來的命令信息進行解析，實現(xiàn)工業(yè)無線傳感網(wǎng)中的各個控制終端開關(guān)量輸入/開關(guān)量輸出間一對一、一對多、多對一、多對多的配置，并將配置信息保存；
[0016]5)監(jiān)控終端配置完成后，通過無線傳輸反饋給監(jiān)控終端，監(jiān)控終端將配置結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控處理中心并保存，組網(wǎng)成功；
[0017]6)開關(guān)量輸入到控制終端后，控制終端將電信號轉(zhuǎn)化為O或I數(shù)字信號，并根據(jù)配對信息，無線傳輸給配對的控制終端開關(guān)量輸出；
[0018]7)控制終端無線接收到配對的控制終端傳輸來的數(shù)據(jù)進行解析，輸出控制開關(guān)量輸出；
[0019]8)監(jiān)控處理中心通過監(jiān)控終端實現(xiàn)監(jiān)控工業(yè)無線傳感網(wǎng)中的控制終端的實時狀態(tài)，也可實現(xiàn)調(diào)整控制終端的配對信息。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點及效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)通過監(jiān)控終端實現(xiàn)對控制終端的配置及控制?？蓪崿F(xiàn)一對一、一對多的靈活配置，即每個控制終端可臨時作為主控制終端用以控制整個網(wǎng)絡(luò)中其它控制終端的工作狀態(tài)。避免因個別設(shè)備故障，造成所在區(qū)域工作無法完成，及系統(tǒng)效率低下；也可以根據(jù)現(xiàn)場情況，通過監(jiān)控終端設(shè)置設(shè)備工作狀態(tài)。通過組網(wǎng)方式，實現(xiàn)設(shè)備功效最大化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)的控制終端圖；
[0022]圖2是工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)的監(jiān)控終端圖；
[0023]圖3是工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖4是工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方案
[0025]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0026]圖1是工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)的控制終端圖。8路開關(guān)輸入量由兩個4路輸入量組成，通過光電隔離電路輸入到處理單片機，光電隔離電路使開關(guān)輸入量和處理單片機之間實現(xiàn)電氣隔離，增強系統(tǒng)穩(wěn)定性。指示燈獨立顯示8個輸入開關(guān)量的通斷狀態(tài)。無線單片機接收無線信號、轉(zhuǎn)換輸入到處理單片機，同時也將處理單片機傳來的信息無線發(fā)送出去。處理單片機解析無線單片機輸送來的信息，并將結(jié)果通過光電隔離電路，輸出控制8路開關(guān)量。DC-DC電路提供給處理單片機、無線單片機、射頻信號處理、指示燈、8路開關(guān)輸入量工作電源。
[0027]圖2是工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)的監(jiān)控終端圖。RS232通信接口、RS232/485通信接口傳輸有線數(shù)據(jù)到處理單片機，目的為工業(yè)控制中其它模塊進行有線通信，起到兼容功能。無線單片機接收無線信號、轉(zhuǎn)換輸入到處理單片機，同時也將處理單片機傳來的信息無線發(fā)送出去。處理單片機解析無線單片機輸送來的無線信息，以及通過RS232通信接口、RS232/485通信接口輸送來的有線信息。DC-DC電路提供給處理單片機、無線單片機、射頻信號處理、指示燈工作電源。
[0028]基于星型結(jié)構(gòu)，將控制終端、監(jiān)控終端組合在一起，構(gòu)建工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，如圖3所示。工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)采用3層的分層式星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的第一層(工作站)，包括監(jiān)控處理中心和監(jiān)控終端。第二層是以工作站為核心組成的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用控制終端作為無線節(jié)點。第三層是以第二層中某一節(jié)點為核心構(gòu)成星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用控制終端作為無線節(jié)點。監(jiān)控終端通過RS-232通信接口接收監(jiān)控處理中心發(fā)來的配置命令，進行相應(yīng)的配置，其中數(shù)據(jù)通信支持Modbus通信協(xié)議?？刂平K端通過無線接收監(jiān)控終端發(fā)來的1配對命令，實現(xiàn)控制終端的輸入通道遠程控制其它控制終端的輸出通道。無線傳輸數(shù)據(jù)幀總長度為20個字節(jié)，包括2個字節(jié)的幀頭，I個字節(jié)的數(shù)據(jù)類型，16個字節(jié)的數(shù)據(jù)字段和I個字節(jié)的結(jié)束標識。
[0029]圖4是工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置結(jié)構(gòu)示意圖。從圖4可以看出，監(jiān)控處理中心與監(jiān)控終端之間通過保護裝置進行有線傳輸數(shù)據(jù)，監(jiān)控終端與控制終端，控制終端與控制終端之間通過無線傳輸數(shù)據(jù)，每個控制終端可臨時作為主控制終端用以控制整個網(wǎng)絡(luò)中其它無線開關(guān)量控制終端的工作狀態(tài)，以及控制終端的輸入量與輸出量配對情況具有多樣性，其實施主要包括一下步驟:
[0030]I)將控制終端靠近開關(guān)量設(shè)備安裝，二者通過有線進行連接，開關(guān)量設(shè)備采用低壓電源供電，或采用控制終端的電源供電；
[0031]2)將監(jiān)控終端通過保護裝置靠近監(jiān)控處理中心安裝，二者通過有線進行連接，監(jiān)控終端電源可采用監(jiān)控處理中心供電或單獨供電；
[0032]3)監(jiān)控終端有線接收監(jiān)控處理中心的控制命令，經(jīng)過處理，群發(fā)工業(yè)無線傳感網(wǎng)中的各個控制終端，組建星型網(wǎng)絡(luò)；
[0033]4)控制終端接收監(jiān)控終端發(fā)來的命令信息進行解析，實現(xiàn)工業(yè)無線傳感網(wǎng)中的各個控制終端開關(guān)量輸入/開關(guān)量輸出間一對一、一對多、多對一、多對多的配置，并將配置信息保存；
[0034]5)監(jiān)控終端配置完成后，通過無線傳輸反饋給監(jiān)控終端，監(jiān)控終端將配置結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控處理中心并保存，組網(wǎng)成功；
[0035]6)開關(guān)量輸入到控制終端后，控制終端將電信號轉(zhuǎn)化為O或I數(shù)字信號，并根據(jù)配對信息，無線傳輸給配對的控制終端開關(guān)量輸出；
[0036]7)控制終端無線接收到配對的控制終端傳輸來的數(shù)據(jù)進行解析，輸出控制開關(guān)量輸出；
[0037]8)監(jiān)控處理中心通過監(jiān)控終端實現(xiàn)監(jiān)控工業(yè)無線傳感網(wǎng)中的控制終端的實時狀態(tài)，也可實現(xiàn)調(diào)整控制終端的配對信息。
[0038]9)如果不改變配置信息,重復(fù)步驟6) -8);如果改變配置信息,重復(fù)步驟3) _8)。
[0039]綜上所述，采用本發(fā)明后，能夠有效利用無線傳輸?shù)膬?yōu)勢，靈活配置、可靠傳輸、低成本等。控制終端間無線通信距離最遠可達2700m，這在大型堆取料機運動場、港口等場所具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括: 控制終端:設(shè)置于靠近開關(guān)量設(shè)備處，與監(jiān)控終端通過無線通信方式進行通信，用于開關(guān)量信號的采集、處理、傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)及控制； 監(jiān)控終端:通過保護裝置與監(jiān)控處理中心相連接，用于轉(zhuǎn)發(fā)控制終端開關(guān)量數(shù)據(jù)到監(jiān)控處理中心，以及轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控處理中心數(shù)據(jù)或命令到控制終端，實現(xiàn)組網(wǎng)及數(shù)據(jù)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)無線傳感網(wǎng)開關(guān)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將控制終端靠近開關(guān)量設(shè)備安裝，二者通過有線進行連接，開關(guān)量設(shè)備采用低壓電源供電，或采用控制終端的電源供電； 2)將監(jiān)控終端通過保護裝置靠近監(jiān)控處理中心安裝，二者通過有線進行連接，監(jiān)控終端電源可采用監(jiān)控處理中心供電或單獨供電； 3)監(jiān)控終端有線接收監(jiān)控處理中心的控制命令，經(jīng)過處理，群發(fā)工業(yè)無線傳感網(wǎng)中的各個控制終端，組建星型網(wǎng)絡(luò)； 4)控制終端接收監(jiān)控終端發(fā)來的命令信息進行解析，實現(xiàn)工業(yè)無線傳感網(wǎng)中的各個控制終端開關(guān)量輸入/開關(guān)量輸出間一對一、一對多、多對一、多對多的配置，并將配置信息保存； 5)監(jiān)控終端配置完成后，通過無線傳輸反饋給監(jiān)控終端，監(jiān)控終端將配置結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控處理中心并保存，組網(wǎng)成功； 6)開關(guān)量輸入到控制終端后，控制終端將電信號轉(zhuǎn)化為O或I數(shù)字信號，并根據(jù)配對信息，無線傳輸給配對的控制終端開關(guān)量輸出； 7)控制終端無線接收到配對的控制終端傳輸來的數(shù)據(jù)進行解析，輸出控制開關(guān)量輸出； 8)監(jiān)控處理中心通過監(jiān)控終端實現(xiàn)監(jiān)控工業(yè)無線傳感網(wǎng)中的控制終端的實時狀態(tài)，也可實現(xiàn)調(diào)整控制終端的配對信息。
【文檔編號】G05B19/042GK104076719SQ201410341735
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】劉英平, 孟德軍, 楊子原, 林志貴, 王鵬 申請人:天津工業(yè)大學(xué)