[发明专利]一种基于物联网的分布式智能仪表控制系统及其方法

摘要

本发明涉及一种基于物联网的分布式智能仪表控制系统，包括I/O(输入/输出)单元、运算单元、通讯单元和用户端设备，I/O(输入/输出)单元一端与现场仪表相连接，I/O(输入/输出)单元另一端通过无线网络实现与通讯单元进行数据交互，通讯单元与运算单元之间利用数据总线进行数据通信，每个运算单元均搭配有对应的一个通讯单元，以完成信号、参数、指令的传输和转发任务，通讯单元通过局域网与用户端设备进行通讯连接，用户端设备包括工业计算机和移动设备，移动设备包括智能手机和Pad；本发明同现有技术相比，不仅有助于实现生产智能化，提高生产效率，提高用户体验，而且降低了成本，有助于实现仪表的分散控制以及智能化改造。

主权项

1.一种基于物联网的分布式智能仪表控制系统，其特征在于：包括输入/输出单元、运算单元、通讯单元和用户端设备，所述输入/输出单元一端与现场仪表相连接，所述输入/输出单元另一端通过无线网络或串行接口实现与通讯单元进行数据交互，所述通讯单元与运算单元之间利用数据总线进行数据通信，每个运算单元均搭配有对应的一个通讯单元，以完成信号、参数、指令的传输和转发任务，所述通讯单元通过局域网与用户端设备进行通讯连接，所述用户端设备包括工业计算机和移动设备，所述移动设备包括智能手机和Pad；所述局域网通过Internet接口站与互联网相连，所述互联网上连接有远程终端，所述远程终端包括计算机二和移动设备二；所述输入/输出单元包括CPU一、无线通讯接口、串行通讯接口、32路开关量输入、16路开关量输出、8路模拟量输入及4路模拟量输出，所述无线通讯接口、串行通讯接口分别通过隔离电路连接CPU一，所述32路开关量输入、16路开关量输出分别通过光电隔离连接CPU一，所述8路模拟量输入、4路模拟量输出分别通过磁隔离连接CPU一；所述32路开关量输入为干节点输入，用于提供安全的低压直流查寻电压；所述16路开关量输出为继电器输出，每路开关量输出提供一付一转换触点，与其相连的隔离电路用于保证继电器的动作不会干扰其它通道和其它电路；所述8路模拟量输入为自适应多功能通道，各个通道之间彼此隔离，并有过流、过压电路保护；所述4路模拟量输出为0‑20mA电流环输出，各通道之间彼此隔离，有过流、过压电路保护；所述无线通讯接口使用ZigBee技术，所述输入/输出单元通过无线通信ZigBee网络实现与通讯单元进行数据交互，所述串行通讯接口使用RS485总线或CAN总线，每个输入/输出单元内部均设有一个ZigBee收发模块，所述ZigBee收发模块与输入/输出单元的CPU间通过USART口交换数据，所述CAN总线用于输入/输出单元与运算单元、输入/输出单元与输入/输出单元之间交换数据，所述RS485总线或CAN总线的驱动电路与CPU间设有的隔离电路，用于避免干扰和故障窜入；所述运算单元用于运算、逻辑控制、信号采样和参数获取、语言组态解析、输出与指令下发及任务调度，所述运算单元包括CPU二和快速数据总线接口，所述快速数据总线接口通过隔离电路连接CPU二，所述CPU二使用32位处理器，所述32位处理器内部集成有Flash和RAM，所述32位处理器还集成有浮点运算单元，所述浮点运算单元用于现场控制计算需求；所述通讯单元用于通讯接口、信息收发、信息标记、信息路由及协议转换，所述通讯单元包括CPU三、快速数据总线接口、ZigBee接口、RS485/CAN接口、Bluetooth接口、Wi‑Fi接口、以太网接口和移动数据接口，所述ZigBee接口、RS485/CAN接口分别通过隔离电路连接CPU三，所述Bluetooth接口、Wi‑Fi接口、以太网接口、移动数据接口分别连接CPU三，所述CPU三通过隔离电路连接快速数据总线接口；所述通讯单元通过ZigBee接口在输入/输出单元以及其他通讯单元之间构成一个无线的网状结构，用于帮助运算单元获取通道信号并下发控制指令；所述RS485/CAN接口用于系统扩展，以方便现场仪表接入本系统，又作为组成部分接入其他控制系统，还可代替无线方式用于组成串行网络；所述Wi‑Fi接口用作与互联网、与其他通讯单元交换数据，其数据量相对ZigBee网络更大，远程终端的访问也是通过该Wi‑Fi接口实现；所述以太网接口用于调试作为和Wi‑Fi接口的备用，并用于在两个运算单元之间建立交换网；所述移动数据接口为GPRS、4G移动数据接口，用于上传数据至远程终端服务器。