本實用新型涉及一種泵站設備各種工作參數(shù)的自動采集、實時數(shù)據(jù)傳送、智能控制、自動化控制的基于物聯(lián)網(wǎng)的泵站測控信息智能終端。

背景技術：

目前泵站自動化控制技術是利用計算機技術、現(xiàn)代電子技術、網(wǎng)絡通訊技術和信息處理技術實現(xiàn)對泵站主機設備（水泵、電動機）和輔助設備（包括電氣一次設備、輔助動力設備、電動閥門等）進行自動控制、測量、調節(jié)等。就目前而言，自動化控制不僅獨立系統(tǒng)要安全可靠，而且各子系統(tǒng)間要相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，協(xié)調完成泵站相關設備的自動監(jiān)視、控制、調節(jié)任務。

目前泵站設計及應用中，在自動化控制及遠程測控領域雖已呈現(xiàn)百花齊放，但歸納起來主要以計算機系統(tǒng)或工控機系統(tǒng)及其所附的軟件開發(fā)應用平臺為后臺，現(xiàn)場PLC或分布的DCS儀表系統(tǒng)為主站系統(tǒng)所構成。由于泵站涉及的主泵電機拖動設備、各類電動閥門調節(jié)裝置、因工藝不同所輔屬的動力設備以及因應用領域的不同決定了自動化控制現(xiàn)狀的多樣性，因而表現(xiàn)出諸多弊端或不足：第一，基于PLC的系統(tǒng)控制，對PLC硬件及擴展線路的依賴性比較強，當PLC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，診斷和維修處理復雜，往往會直接影響整個泵站系統(tǒng)的使用。第二，無論是PLC控制還是分步式的DCS控制對整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的采集和處理是逐級進行的，實時性相對較差，特別是對重大、重要、涉及安全指標的信息的處理；第三，無論是后臺控制程序設計還是PLC程序設計的專用性較強，往往是面對整個工程面的廣泛的整套的設計，而針對泵站系統(tǒng)所及進行的程序設計的通用性以及專一性較差。第四，傳統(tǒng)的泵站系統(tǒng)中央控制室的設計多數(shù)僅限于現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息的采集、監(jiān)視、管理，而對現(xiàn)場設備管理、控制相對較差。所以，設計一種針對泵站系統(tǒng)的專一的、可編程設置的、以現(xiàn)場控制為核心的、數(shù)據(jù)采集實時性能高的、遠程測控于一體的基于物聯(lián)網(wǎng)的泵站測控信息智能終端成為本實用新型的主導思想。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的泵站測控信息智能終端，集中目前各技術領域優(yōu)勢，結合泵站系統(tǒng)當前設備及工藝應用現(xiàn)狀，以成熟的嵌入式觸摸屏為系統(tǒng)控制的核心，采用先進的模塊化的圖文組態(tài)技術、獨特高效的單片機系統(tǒng)程序設計思想，通過觸摸屏程序和人機界面平臺對泵站系統(tǒng)的主泵電動機、一次電氣設備（啟動器）、出口電動調節(jié)法、進口電動閥、引水電磁閥等設備現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息進行采集、智能判斷與處理、執(zhí)行等操作，實現(xiàn)泵站自動化智能控制；同樣，借助高度集成的通訊模塊連接泵站現(xiàn)場和計算機后臺，進行二者之間數(shù)據(jù)信息的遠程交互，達到對泵站系統(tǒng)進行實時遠程測控的目的。

一種基于物聯(lián)網(wǎng)的泵站測控信息智能終端，包括嵌入式觸摸屏和分別與其相連接的數(shù)字信號采集板、模擬信號采集板、數(shù)據(jù)存儲器、通訊模塊和擴展輸出板，通過利用泵站設置的現(xiàn)場電壓、電流、功率因數(shù)、溫度、壓力、流量、振幅、液位各傳感器，將泵站主泵電機的電壓、電流、功率因數(shù)、線匝溫度、主泵電機和主泵軸承溫度、振動幅度、主泵進、出口壓力、出水流量、進出口液位各信號通過模擬信號采集板和數(shù)字信號采集板實時采集到嵌入式觸摸屏，所述嵌入式觸摸屏的處理器采用單片機。

所述數(shù)據(jù)存儲器采用256K的數(shù)據(jù)存儲器。

所述通訊模塊集成了INTERNET網(wǎng)絡接口、LORA無線通訊接口、CAN通訊接口，用于互聯(lián)群控之需要。

所述模擬信號采集板至少包括8路模擬量信號的輸入，用于電壓、電流、壓力、流量的傳感器信號輸入；至少包括2路溫度信號的輸入；至少包括3路涉及X/Y/Z軸的振幅檢測信號的輸入。

所述數(shù)字信號采集板用于現(xiàn)場離散信號的采集，保證各離散工作狀態(tài)的自檢測或強制輸入。

所述擴展輸出板用于連接泵站現(xiàn)場各執(zhí)行器，包括主泵電機、進水閥、出水閥、引水電磁閥、聲光報警，所述擴展輸出板至少包括8路數(shù)字量輸出，至少包括1路4-20mA模擬量輸出

本實用新型的功能包括：

采集功能：可監(jiān)測管道流量、水池及河道液位、雨量傳感器數(shù)據(jù)、（管道、箱體等）壓力、采集位置、運行狀態(tài)，溫度、振動等傳感器信號，泵站供電參數(shù)（包括：電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、用電量、諧波分析等），采集一次設備供電狀態(tài)和箱門開關狀態(tài)。

控制功能：支持自動控制、遠程控制。

遠程測控功能：支持RJ45接口網(wǎng)絡通訊、LORA無線通訊、CAN接口通訊；可遠程參數(shù)設置、程序升級。

手機管理：支持手機APP客戶端移動監(jiān)控管理設備。

報警功能：監(jiān)測數(shù)據(jù)越限，立即上報告警信息。

存儲功能：本機循環(huán)存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)，掉電不丟失。

邏輯編程設置和畫面組態(tài)功能，適用于泵站不同的工藝配置。

可自成獨立的最下智能控制系統(tǒng)，減少人力成本，減少用戶投資。自適應監(jiān)測電動機運行狀態(tài)，實現(xiàn)泵站負荷率最佳匹配。

具備OPC功能，并對外提供編程擴展。

強大的Web發(fā)布功能，使得遠程瀏覽和監(jiān)控更為便捷。

高效的報警處理功能幫助客戶進行故障監(jiān)視并決策制定。

強大的數(shù)據(jù)解析功能：既可解析現(xiàn)場設備實時上報的單條數(shù)據(jù)，又可解析設備同時上報的多條歷史數(shù)據(jù)。

本實用新型的技術參數(shù)說明如下：

存儲容量：256K。

通訊協(xié)議：標準MODBUS-RTU協(xié)議、RVLra-4331無線協(xié)議或嵌入其它協(xié)議。

供電電源：12V--30V DC。

工作環(huán)境：溫度：-30～+85℃；濕度：≤95%。

本實用新型的獨到優(yōu)勢是：

先進的、成熟的人機界面應用軟件測控平臺，體現(xiàn)一種獨特的，模塊化的圖文編輯結構的設計思想的一種智能終端。

獨特的、結合多年專家經(jīng)驗、創(chuàng)新性揉合泵站所有設備自動化測控于一體的程序設計思想，實現(xiàn)泵站設備的可編程組態(tài)設置的一種智能終端。

構思巧妙，體現(xiàn)一種以現(xiàn)場海量數(shù)據(jù)采集控制為主，各動力分配與輸出為輔的控制思想，具體表現(xiàn)在以現(xiàn)場控制為主站系統(tǒng)、主要動力分配及輸出控制為從站的一種控制模式。

高集成、多種通訊方式的接口設計，體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)及相關通訊技術在本實用新型上的應用。

附圖說明

圖1是所述基于物聯(lián)網(wǎng)的泵站測控信息智能終端的結構框圖；

圖2是主泵電動機三相電流采集電路的示意圖；

圖3是主泵電動機三相電壓采集電路的示意圖；

圖4是2通道溫度采集PT100輸入電路的示意圖；

圖5是8通道模擬信號（4-20mA）的采集電路的示意圖；

圖6是8通道數(shù)字量輸入電路與輸出電路的示意圖；

圖7是所述基于物聯(lián)網(wǎng)的泵站測控信息智能終端的單片機的處理流程圖；

圖8是所述嵌入式觸摸屏單片機定時器中斷的處理流程圖。

具體實施方式

本實用新型提供的基于物聯(lián)網(wǎng)的泵站測控信息智能終端，集圖文組態(tài)顯示、數(shù)據(jù)采集、智能控制、遠程測控功能于一體，既能作為獨立的最小應用單元，又能作為分布式主（從）站單元組網(wǎng)形成大型復雜的測控系統(tǒng)，適用于水利工程、農業(yè)灌溉、工業(yè)生產、城市供水排污、防洪排澇、樓宇建筑等涉及國計民生各行各業(yè)的數(shù)據(jù)監(jiān)測、自動化控制、信息化管理領域。它屬于一種實現(xiàn)泵站設備智能測量控制的裝置。

本實用新型包括：嵌入式觸摸屏、數(shù)據(jù)存儲器、模擬采集板、數(shù)字采集板、通訊模塊、擴展輸出板等。本實用新型利用泵站現(xiàn)場電壓、電流、功率因數(shù)、溫度、壓力、流量、振幅、液位等傳感器，將泵站主泵電機的電壓、電流、功率因數(shù)、線匝溫度、主泵電機和主泵軸承溫度、振動幅度、主泵進、出口壓力、出水流量、進出口液位等信號通過模擬采集板和數(shù)字采集板實時采集到觸摸屏嵌入式單片機，并進行處理和程序初步判斷，通過嵌入式觸摸屏人機界面觸鍵輸入操作指令由本實用新型所述之裝置進行程序控制，或由主站系統(tǒng)通過通訊模塊發(fā)送指令和接受數(shù)據(jù)來進行控制，泵站系統(tǒng)重大報警和重要運行信息可按要求通過通訊模塊發(fā)送到手機或電腦客戶端，重要的歷史數(shù)據(jù)信息可臨時保存在數(shù)據(jù)存儲器中，以備本裝置或遠程調用。

其中，如圖1所示，基于物聯(lián)網(wǎng)的泵站測控信息智能終端包括：嵌入式觸摸屏、數(shù)據(jù)存儲器、模擬采集板、數(shù)字采集板、通訊模塊、擴展輸出板等。

嵌入式觸摸屏，是形成泵站的應用軟件平臺和程序控制的唯一載體，是進行人機交流的窗口。

數(shù)據(jù)存儲器，采用256K的數(shù)據(jù)存儲器用于保存臨時的重要的數(shù)據(jù)信息。

模擬采集板，至少包括8路模擬量信號的輸入，用于電壓、電流、壓力、流量等傳感器信號輸入；至少包括2路溫度信號的輸入；至少包括3路(X/Y/Z軸)振幅檢測信號的輸入。

數(shù)字采集板，用于現(xiàn)場離散信號的采集，保證各離散工作狀態(tài)的自檢測或強制輸入。

通訊模塊，集成了INTERNET網(wǎng)絡接口、LORA無線通訊接口、CAN通訊接口，用于互聯(lián)群控之需要。

擴展輸出板，用于連接泵站現(xiàn)場各執(zhí)行器，包括主泵電機、進水閥、出水閥、引水電磁閥、聲光報警等驅動。它至少包括8路數(shù)字量輸出，至少包括1路4-20mA模擬量輸出。

基于物聯(lián)網(wǎng)的泵站測控信息智能終端的主菜單界面，設置有“故障信息”、“運行數(shù)據(jù)”、“參數(shù)設置”、“系統(tǒng)配置”等5功能界面。

基于物聯(lián)網(wǎng)的泵站測控信息智能終端主菜單界面所標明的具體內容闡述如下：本實用新型所述應用軟件測試平臺是包含進、出口液位檢測，進、出水壓力檢測，進、出水閥門控制，水泵控制，引水閥控制，止回閥控制，出水流量檢測，累積流量計算顯示的一種圖文顯示界面；它也是包含對泵站設備進行“遠程”、“本地”控制切換操作，“自動”、“手動”控制切換操作，“急停”操作，自動控制的“啟”、“?！辈僮鳎謩涌刂频摹伴_”、“關”、“?！薄ⅰ皢ⅰ?、“?！辈僮鳎约肮收巷@示和“復位”操作的一種操作控制界面；又是一種泵站運行信息的實時輸出界面。

具體電路如圖2-6，分別表示了主泵電動機三相電流采集電路的示意圖；主泵電動機三相電壓采集電路的示意圖；2通道溫度采集PT100輸入電路的示意圖；8通道模擬信號（4-20mA）的采集電路的示意圖；8通道數(shù)字量輸入電路與輸出電路的示意圖。

圖7為本實用新型中觸摸屏單片機的處理流程圖。流程開始于步300，在步300進行系統(tǒng)初始化，在步300后流程進入步301；

在步301進行硬件自檢測；

在步302判斷檢測的硬件是否故障，如果判斷為“是”，則進入步303；否則進入步304；

在步303進行硬件故障告警并上傳遙信，之后流程進入步304；

在步304自動調用內部參數(shù)、進行程序配置；之后流程進入步305；

在步305依次順序進行通訊之定時器中斷程序和泵站參數(shù)設置與系統(tǒng)配置中斷程序，并使能，在步305之后流程進入步306；

在步306依次順序進行泵站現(xiàn)場數(shù)字量、模擬量數(shù)據(jù)采集、刷新、顯示處理，在步306之后流程進入步307；

在步307判斷泵站系統(tǒng)是否報警，如果判斷為“是”，則進入步308；否則流程進入步311；

在步308，進行報警的自動動作處理，在步308之后，流程進入步309；

在步309，進行順序事件記錄處理，在步309之后，流程進入步310；

在步310進行通訊數(shù)據(jù)發(fā)送接收處理，在步310之后流程返回到步306；

在步311，進行工業(yè)觸摸屏觸鍵掃描輸入檢測、顯示和處理，在步311之后，流程進入步312；

在步312，根據(jù)觸鍵的處理結果，判斷并執(zhí)行操作權限的管理和處理，確保作業(yè)安全；在步312之后流程進入步313；

在步313，判斷是否“自動”控制模式，如果判斷結果為“是”，執(zhí)行自動子程序；否則執(zhí)行手動子程序，之后流程返回到步306。

圖8為定時器中斷的處理流程圖。流程開始于步400，步400為定時器中斷程序入口，在步400后流程進入步401；

在步401，進行看門狗復位，在步401后流程進入步402；

在步402，判斷通訊是否數(shù)據(jù)發(fā)送，如果結果為“是”，則進入步403；否則進入步404；

在步403，進行通訊數(shù)據(jù)發(fā)送，在步403后流程進入步404；

在步404，判斷通訊是否數(shù)據(jù)接收，如果結果為“是”，則進入步405；否則進入步406；

在步405，進行通訊數(shù)據(jù)接收，在步405后流程進入步406；

在步406，判斷通訊數(shù)據(jù)或返回值是否有效，如果結果為“是”，則進入步407；否則進入步408；

在步407，動作信息進行輸出，在步407之后流程進入步408。