本實用新型涉及一種工業(yè)測控執(zhí)行器及采用該工業(yè)測控執(zhí)行器后的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要應(yīng)用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，在涉及由控制中心與被監(jiān)控設(shè)備組成的系統(tǒng)中都能廣泛運用，尤其適用于控制中心與被監(jiān)控設(shè)備距離較遠(yuǎn)、且布線不方便的場合，具體適用行業(yè)領(lǐng)域包括但不局限于道路隧道、地鐵、高鐵、城市地下綜合管廊、港口碼頭、電力、水利、石化、礦業(yè)、冶金、風(fēng)電、太陽能，以及智能機械、智能工廠等。

背景技術(shù)：

工業(yè)自動化技術(shù)是一種運用控制理論或算法，并結(jié)合控制器、儀器儀表、計算機和其他信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目標(biāo)的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、控制中心設(shè)備和外圍被監(jiān)控設(shè)備三大部分。

基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的自動化系統(tǒng)方案，目前主要采用含中心應(yīng)用層、數(shù)據(jù)處理層和外圍設(shè)備層的控制架構(gòu)，如圖1所示。

其中，中心應(yīng)用層主要包括操作計算機、通訊轉(zhuǎn)化設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器、以及上位應(yīng)用軟件等。中心應(yīng)用層是管理人員完成監(jiān)測數(shù)據(jù)、控制設(shè)備、設(shè)置預(yù)案、維護(hù)系統(tǒng)等各類管理操作的平臺，一般一個項目或者一個系統(tǒng)配置一個監(jiān)控室或者監(jiān)控工作站。

數(shù)據(jù)處理層主要包括控制處理器、通訊設(shè)備、IO模塊、繼電器、斷路器、端子排、防雷器、以及成套組裝的柜體等，根據(jù)每個系統(tǒng)的需要而配置。目前主流的控制處理器主要有PLC、PAC、DCS，以及基于單片機技術(shù)開發(fā)的各類控制器等。數(shù)據(jù)處理層主要是匯聚外圍設(shè)備層與中心應(yīng)用層的各類數(shù)據(jù)，并作相關(guān)邏輯分析，從而向下端的外圍設(shè)備層發(fā)布控制指令，向上端的中心應(yīng)用層反饋監(jiān)控狀態(tài)。

外圍設(shè)備層是指所有被監(jiān)控的對象，根據(jù)各類自控系統(tǒng)的功能要求而不同。比如隧道機電監(jiān)控系統(tǒng)的外圍設(shè)備層主要包括風(fēng)機、照明燈具、交通信號燈、車道指示器、橫洞卷簾門、光強檢測器、CO/VI檢測器等等。

目前，在中心應(yīng)用層、數(shù)據(jù)處理層以及外圍設(shè)備層三個部分都各自比較分散的系統(tǒng)中，傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)圖如2所示。

傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)中，在被監(jiān)控設(shè)備分散且距離較遠(yuǎn)時，需要大量控制電纜，給項目施工和運營故障排查、維護(hù)改造都帶來極大困擾。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是：降低控制網(wǎng)絡(luò)中控制電纜的布線量。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是提供了一種工業(yè)測控執(zhí)行器，其特征在于，包括用于與控制建立數(shù)據(jù)通訊的通訊模塊、用于與各被監(jiān)控設(shè)備相連的接線端子排及處理器單元，接線端子排具有數(shù)量可配置的數(shù)字量控制輸出接口、模擬量控制輸出接口、數(shù)字量信號輸入接口及模擬量信號輸入接口，通過數(shù)字量信號輸入接口及模擬量信號輸入接口采集到的輸入信號經(jīng)由光電隔離單元傳輸給處理器單元，由處理器單元輸出的模擬控制信號經(jīng)由光電隔離單元傳輸給模擬量控制輸出接口，由處理器單元輸出的數(shù)字控制信號則經(jīng)由繼電器組傳輸給數(shù)字量控制輸出接口。

優(yōu)選地，還包括具有防浪涌保護(hù)電路的電源，電源可選擇地輸入120～250VAC或10～48VDC，由電源為通訊模塊、處理器單元、光電隔離單元及繼電器組提供工作電壓。

優(yōu)選地，還包括與所述處理器單元相連的狀態(tài)顯示模塊。

本實用新型的另一個技術(shù)方案是提供了一種控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括位于外圍設(shè)備層的各被監(jiān)控設(shè)備，位于數(shù)據(jù)處理層的各控制器及位于中心應(yīng)用層的監(jiān)控工作站，監(jiān)控工作站與各控制器建立數(shù)據(jù)通訊，其特征在于，還包括位于數(shù)據(jù)處理層與外圍設(shè)備層之間的測控執(zhí)行層，在測控執(zhí)行層布置多個上述的工業(yè)測控執(zhí)行器，一個控制器與N個工業(yè)測控執(zhí)行器通過通訊線纜串接，采用匹配的總線協(xié)議進(jìn)行通訊，N≥1，每個工業(yè)測控執(zhí)行器與被監(jiān)控設(shè)備一對一連接。

本實用新型公開的一種工業(yè)測控執(zhí)行器是一種連接于控制器與被監(jiān)控設(shè)備之間的裝置，能夠?qū)⒈槐O(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸給控制器，同時也執(zhí)行控制器發(fā)布的控制指令。本實用新型是一種應(yīng)用于復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和控制執(zhí)行裝置，尤其適用于控制中心與被監(jiān)控設(shè)備距離較遠(yuǎn)、且布線不方便的場合。采用該實用新型裝置，可以極大地節(jié)約控制電纜，降低施工難度，促進(jìn)施工進(jìn)度，保障施工質(zhì)量，提高運營維護(hù)水平。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)控制架構(gòu)圖；

圖2為傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)圖，圖中的虛線為光纖或總線，實線為控制電纜；

圖3為工業(yè)測控執(zhí)行器組成示意圖；

圖4為采用工業(yè)測控執(zhí)行器后的控制架構(gòu)圖；

圖5為采用工業(yè)測控執(zhí)行器后的控制網(wǎng)絡(luò)圖，圖中的實線為通訊電纜，雙實線為控制電纜。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本實用新型。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

如圖3所示，本實用新型提供的一種工業(yè)測控執(zhí)行器由電源、防浪涌保護(hù)模塊、通訊模塊、處理器芯片、光電隔離模塊、繼電器組、狀態(tài)顯示模塊、接線端子排等功能元器件組成。

關(guān)于該實用新型裝置的供電說明：工業(yè)測控執(zhí)行器既能接受120～250VAC供電，也能接受10～48VDC供電。可以根據(jù)現(xiàn)場供電條件自由選擇，增強了工業(yè)現(xiàn)場的適用性。供電線路采用了防浪涌保護(hù)措施。

關(guān)于該實用新型裝置的通訊說明：不同系列的工業(yè)測控執(zhí)行器分別采用不同方式的通訊協(xié)議，包括有線通訊和無線通訊。其中有線通訊包括但不限于Ethernet、Modbus，Profibus，Interbus，Profinet，DeviceNet，CAN，CC-Link，HART以及自有開發(fā)的協(xié)議等；無線通訊包括但不限于無線局域網(wǎng)802.11(Wi-Fi)，ZigBee，Bluetooth以及自有開發(fā)的協(xié)議等?？梢愿鶕?jù)對接的控制器類型和現(xiàn)場環(huán)境所具備的條件進(jìn)行選擇。采用通訊方式的工業(yè)測控執(zhí)行器可以實現(xiàn)將相關(guān)被控設(shè)備用一根通訊線纜串在一起，極大的簡化了布線，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)于該實用新型裝置的測控功能說明：工業(yè)測控執(zhí)行器將監(jiān)測和控制的功能集成一體。其中監(jiān)測功能是指采集被控設(shè)備的輸入信號，包括數(shù)字量輸入信號DI和模擬量輸入信號AI；控制功能是指輸出信號給被控設(shè)備，實現(xiàn)對被控設(shè)備的控制功能，包括數(shù)字量控制信號DO和模擬量控制信號AO。輸入信號(DI\AI)和模擬量控制信號AO都采取光電隔離措施，防止外部信號干擾，實現(xiàn)信號的穩(wěn)定。每路數(shù)字量控制信號DO通過繼電器輸出，能夠擴(kuò)大控制范圍、轉(zhuǎn)換控制電路、實現(xiàn)電路保護(hù)等，比如可以直接控制220V高壓電路通斷。每個工業(yè)測控執(zhí)行器裝置的DI、DO、AI、AO點數(shù)可以根據(jù)實際應(yīng)用需求配置，比如某被控設(shè)備有4個狀態(tài)輸入(DI)，2路數(shù)字量控制輸出(DO)，4路模擬量信號輸入(AI)，則對應(yīng)的工業(yè)測控執(zhí)行器選用4DI\2DO\4AI的規(guī)格。

關(guān)于該實用新型裝置的顯示功能說明：工業(yè)測控執(zhí)行器帶有顯示面板，可以是指示燈面板，也可以是液晶屏面板。主要顯示包括但不限于電源狀態(tài)、通訊狀態(tài)、各種輸入輸出點位狀態(tài)等。通過顯示功能，可以直觀的了解該裝置的各種工作狀態(tài)信息。

關(guān)于該實用新型裝置的處理器說明：工業(yè)測控執(zhí)行器可以采用多種處理器實現(xiàn)功能，包括但不限于嵌入式微控制器，如8051、P51XA、MCS-251等；嵌入式微處理器，如ARM、AM186/88、CPLD/FPGA，等；嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)，如TMS320，MCS-296，DSP56000等；嵌入式片上系統(tǒng)(SOC)。針對不同的處理器，開發(fā)相適應(yīng)的軟件實現(xiàn)通訊、監(jiān)測、控制、預(yù)案等功能。

關(guān)于該實用新型裝置的防護(hù)等級說明：根據(jù)使用環(huán)境場合，工業(yè)測控執(zhí)行器可以采用低防護(hù)等級(IP20)至高防護(hù)等級(IP68)間的不同規(guī)格。

工業(yè)測控執(zhí)行器的實用新型是上述內(nèi)容的智能集成，是一種應(yīng)用于復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和控制執(zhí)行裝置，尤其適用于控制中心與被監(jiān)控設(shè)備距離較遠(yuǎn)、且布線不方便的場合。采用該實用新型裝置，可以極大地節(jié)約控制電纜，降低施工難度，促進(jìn)施工進(jìn)度，保障施工質(zhì)量，提高運營維護(hù)水平。

據(jù)圖5所示，工業(yè)測控執(zhí)行器是應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理層和外圍設(shè)備層之間的一種裝置，在圖5中，MCA-1至MAC-N表示N個工業(yè)測控執(zhí)行器。

在控制系統(tǒng)中，工業(yè)測控執(zhí)行器與控制器之間采用匹配的總線協(xié)議進(jìn)行通訊，一個控制器下所有的工業(yè)測控執(zhí)行器通過通訊線纜串接，不需要重復(fù)布線接線，極大的簡化了系統(tǒng)線路。

工業(yè)測控執(zhí)行器與外圍設(shè)備是一對一聯(lián)接，不需要配置繼電器、斷路器、電源等附件，并且就近放置于被控設(shè)備附近，極大的節(jié)省控制電纜，不會導(dǎo)致接線錯誤，也大大提高了系統(tǒng)的集成度，現(xiàn)場不再需要額外的控制柜等設(shè)施。

工業(yè)測控執(zhí)行器內(nèi)置處理器，可以實現(xiàn)各種控制預(yù)案。例如，當(dāng)控制器損壞或通訊線路中斷，能自動啟動預(yù)設(shè)方案，確保被控狀態(tài)，從而極大地提高了整體控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和智能化。

通過采用本實用新型提供的裝置，在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中實現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省造價、簡化施工、利于維護(hù)等多方面的優(yōu)化升級。尤其適用于公路隧道、城市地下綜合管廊、地鐵、高鐵、港口碼頭等各種存在被監(jiān)控設(shè)備分散且距離遠(yuǎn)的場合。