涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，屬于水利自動(dòng)化涵閘監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，主要特點(diǎn)是以AT91SAM9G20嵌入式微處理器為核心，包括flash存儲(chǔ)芯片、同步動(dòng)態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片、嵌入式微控制器及開(kāi)度與荷重傳感器，本發(fā)明與一臺(tái)觸摸屏和一臺(tái)上位監(jiān)控機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)互連，在相關(guān)軟件的支持下，每臺(tái)裝置可對(duì)兩扇閘門(mén)進(jìn)行監(jiān)控管理。本發(fā)明構(gòu)建的涵閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、資金投入少、建設(shè)周期短、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，控制保護(hù)動(dòng)作正確，響應(yīng)及時(shí)，滿足涵閘現(xiàn)代化控制管理應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)采集精度、控制保護(hù)性能、抗干擾能力等均滿足涵閘自動(dòng)化控制應(yīng)用要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，屬于水利自動(dòng)化涵閘監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]就涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置而言，目前業(yè)內(nèi)主要實(shí)現(xiàn)途徑有以下幾類(lèi):1)采用開(kāi)度荷重儀、電量智能儀表實(shí)現(xiàn)(典型產(chǎn)品:徐州淮海電子傳感工程研究所ZHY-3型開(kāi)度荷重儀)；
2)采用數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)(典型產(chǎn)品:蘇州智能的PDM810MR數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置，國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司的PSM400數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置)；3)基于通用PLC控制器實(shí)現(xiàn)。由帶以太網(wǎng)接口的PLC、綜合顯示控制屏(觸摸屏)及其它自動(dòng)化部件構(gòu)成。
[0003]開(kāi)度荷重儀只實(shí)現(xiàn)開(kāi)度與荷重的測(cè)控，缺少對(duì)電機(jī)與電源的監(jiān)控保護(hù)功能；保護(hù)測(cè)控裝置只實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)與電源的監(jiān)控保護(hù)，缺少對(duì)開(kāi)度與荷重的有效測(cè)控；基于PLC的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置則所需配套設(shè)備繁多，實(shí)現(xiàn)成本較高，且二次開(kāi)發(fā)工作量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，解決現(xiàn)有上述裝置、尤其是數(shù)字式電動(dòng)機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置不具備閘門(mén)開(kāi)度監(jiān)測(cè)、荷重監(jiān)測(cè)保護(hù)及涵閘運(yùn)行管理調(diào)控等功能的不足，通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)具有閘門(mén)開(kāi)度與荷重實(shí)時(shí)監(jiān)控、啟閉電機(jī)監(jiān)控保護(hù)等一體化功能，并以標(biāo)準(zhǔn)Modbus/TCP協(xié)議與上位機(jī)的通訊。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述裝置以AT91SAM9G20嵌入式微處理器為核心，包括flash存儲(chǔ)芯片、同步動(dòng)態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片、嵌入式微控制器及開(kāi)度與荷重傳感器；AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過(guò)數(shù)據(jù)總線或地址總線、控制總線連接flash存儲(chǔ)芯片、同步動(dòng)態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片；模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片接開(kāi)度與荷重傳感器轉(zhuǎn)換成的模擬量、外接電流互感器TA、電壓互感器TV經(jīng)變壓器隔離后的模擬量。
[0006]所述裝置還設(shè)置USB接口、RS-485串口、GPS校時(shí)脈沖輸入口 ；所述的AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過(guò)USB總線連接到面板的U盤(pán)口，RS-485串口接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的uart外備，GPS校時(shí)脈沖接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的時(shí)鐘外備。此外，嵌入式微控制器stm32f 103c8t6接至AT91SAM9G20的另一個(gè)uart外備口。
[0007]所述開(kāi)度與荷重傳感器轉(zhuǎn)換成4_20ma模擬量后經(jīng)線性光藕隔離器件接模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片。
[0008]所述的flash存儲(chǔ)芯片采用S29GL128。
[0009]所述的同步動(dòng)態(tài)RAM芯片采用MT48LC2M32。
[0010]所述的以太網(wǎng)接口芯片采用DM900EP及DP83620。
[0011]所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片MAXl 1056。
[0012]所述的嵌入式微控制器采用stm32fl03c8t6,連接液晶顯示器和鍵盤(pán)。[0013]本發(fā)明具有閘門(mén)開(kāi)度與荷重實(shí)時(shí)監(jiān)控、啟閉電機(jī)監(jiān)控保護(hù)等一體化功能，并以標(biāo)準(zhǔn)Modbus/TCP協(xié)議與上位機(jī)的通訊，基于國(guó)際最新智能器件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以最終產(chǎn)品形式提供高可靠性的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置。裝置既可組屏集中安裝，也可直接安裝于開(kāi)關(guān)柜上進(jìn)行分散式控制，可直接應(yīng)用于大、中型集散型涵閘(或泵站)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中。在監(jiān)控系統(tǒng)集成中使用該裝置不僅在于其功能與性能的優(yōu)勢(shì)，更以其功能一體化特征有效地降低工程總體造價(jià)和系統(tǒng)集成二次開(kāi)發(fā)量。
[0014]本發(fā)明與一臺(tái)觸摸屏和一臺(tái)上位監(jiān)控機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)互連，在相關(guān)軟件的支持下，每臺(tái)裝置可對(duì)兩扇閘門(mén)進(jìn)行監(jiān)控管理。其中，觸摸屏和上位監(jiān)控機(jī)分別提供本地和遠(yuǎn)程圖形化操作界面。應(yīng)用實(shí)踐證明，本發(fā)明構(gòu)建的涵閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、資金投入少、建設(shè)周期短、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，控制保護(hù)動(dòng)作正確，響應(yīng)及時(shí)，滿足涵閘現(xiàn)代化控制管理應(yīng)用需求。依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，經(jīng)測(cè)試檢驗(yàn)，本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集精度、控制保護(hù)性能、抗干擾能力等均滿足涵閘自動(dòng)化控制應(yīng)用要求。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，如圖1所示，本發(fā)明以AT91SAM9G20嵌入式微處理器為核心，包括flash存儲(chǔ)芯片、同步動(dòng)態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片、嵌入式微控制器及開(kāi)度與荷重傳感器；AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過(guò)數(shù)據(jù)總線或地址總線、控制總線連接flash存儲(chǔ)芯片、同步動(dòng)態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片；強(qiáng)電中的電流互感器TA、電壓互感器TV經(jīng)變壓器隔離后的模擬量及開(kāi)度與荷重傳感器轉(zhuǎn)換成的4-20ma模擬量接到模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片。還設(shè)置USB接口、RS-485串口、GPS校時(shí)脈沖輸入口 ；所述的AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過(guò)USB總線連接到面板的U盤(pán)口，RS-485串口接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的uart外備，GPS校時(shí)脈沖接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的時(shí)鐘外備。此外，嵌入式微控制器stm32f 103c8t6接至AT91SAM9G20 的另一個(gè) uart 外備口。
[0017]圖1中AT91SAM9G20為阿特梅爾公司的嵌入式微處理器，其內(nèi)核是arm926EJ_S；S29GL128是AMD公司的flash存儲(chǔ)芯片；MT48LC2M32是同步動(dòng)態(tài)RAM芯片；DM900EP及DP83620為以太網(wǎng)接口芯片；MAX11056則為模數(shù)轉(zhuǎn)換接口片子。另外，圖中stm32f 103c8t6為一款嵌入式微控制器，用以管理液晶顯示和鍵盤(pán)輸入。
[0018]本發(fā)明的一體化功能:
a數(shù)據(jù)采集.裝置可實(shí)時(shí)采集反應(yīng)涵閘運(yùn)行狀況的閘位、啟閉機(jī)荷重、限位開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電參數(shù)(包電壓、電流、功率、電度等)等信息。
[0019]b閘門(mén)啟閉控制.每臺(tái)裝置可同時(shí)控制兩扇閘門(mén)升/降/停操作及進(jìn)線電源的分/合，并支持閘門(mén)的定開(kāi)度操作(按預(yù)先設(shè)定開(kāi)度自動(dòng)完成閘門(mén)啟閉操作)。
c保護(hù)功能.裝置支持速斷保護(hù)、熱繼保護(hù)、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、荷重保護(hù)等功能，并支持故障錄波功能。[0020]d現(xiàn)地操作界面.裝置配有帶背光的漢字IXD (液晶顯示器)和小鍵盤(pán)，支持現(xiàn)地顯示、參數(shù)設(shè)定與涵閘啟閉操作。
[0021]e通訊聯(lián)網(wǎng)功能.裝置備用USB接口、RS-485串口、GPS校時(shí)脈沖輸入口、以太網(wǎng)口(兩個(gè)口)等通訊接口，可支持裝置程序升級(jí)、故障錄波數(shù)據(jù)導(dǎo)出、GPS校時(shí)以及與觸摸屏、上位控制計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等功能。
[0022]本發(fā)明關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)的采用(技術(shù)手段、技術(shù)方案、工作原理、結(jié)構(gòu)特征)包括:
a裝置核心器件采用Atmel公司基于ARM920T-S核的AT91SAM9G20嵌入式微處理器，AT91SAM9G20內(nèi)部集成豐富的外設(shè)資源，適用于要求外設(shè)資源豐富、功耗低、工作嚴(yán)格穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性高的工業(yè)控制儀器。
[0023]b以太網(wǎng)采用DMA傳輸，保證通信穩(wěn)定可靠；采用查詢式的以太網(wǎng)訪問(wèn)方式，避開(kāi)了因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)風(fēng)爆導(dǎo)致裝置死機(jī)的弊端，與傳統(tǒng)的定時(shí)查詢方式不一樣，其只要有空閑時(shí)間就會(huì)去查詢以太網(wǎng)，加快了以太網(wǎng)的反應(yīng)速度，提高了數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性。
[0024]c實(shí)現(xiàn)modbus以太網(wǎng)通信。Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。Modbus/TCP則是運(yùn)行在TCP/IP上的Modbus報(bào)文傳輸協(xié)議。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。Modbus/TCP協(xié)議已經(jīng)成為一通用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的標(biāo)準(zhǔn)，可兼容國(guó)內(nèi)流行采用的工業(yè)組態(tài)軟件，不需要專(zhuān)門(mén)的規(guī)約轉(zhuǎn)換器，順應(yīng)了現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展趨勢(shì)。
[0025]d裝置采用線性光藕隔離器件與開(kāi)度與荷重等傳感器連接；電壓與電流回路均采用電磁隔離技術(shù)。如此，可有效地提高裝置的可靠性和高抗擾度。
[0026]e采用14位雙極性逐次逼近型AD，保證采樣的高精度，采樣頻率為1KHZ，計(jì)算周期為1KHZ，使開(kāi)度和荷重?cái)?shù)據(jù)充足，有利于濾除錯(cuò)誤的荷重和開(kāi)度數(shù)據(jù)；電流、電壓、功率、的測(cè)量值不僅反映基波，還可正確反映2-13次諧波，從而使測(cè)量結(jié)果與專(zhuān)用測(cè)量表計(jì)一致。這些技術(shù)措施的采用，可有效地提高裝置數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度。
[0027]f采用全圖形化編程技術(shù)以及穩(wěn)定、可靠的保護(hù)繼電器庫(kù)，提高裝置程序的可靠性及正確性。
[0028]本發(fā)明軟件包括裝置通信、存儲(chǔ)、顯示等事務(wù)功能由查詢方式完成；門(mén)控制、故障保護(hù)及數(shù)據(jù)采樣等實(shí)時(shí)性要求高的功能則由中斷方式完成。
[0029]基于本裝置組建的涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)相當(dāng)簡(jiǎn)單。系統(tǒng)實(shí)施者只要根據(jù)涵閘規(guī)模，適當(dāng)配置幾臺(tái)本裝置(每臺(tái)本裝置可控制兩扇閘門(mén))并將其與上位機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)即可。圖中觸摸屏系選件，可提供現(xiàn)地圖形化操作界面。實(shí)施者只要根據(jù)系統(tǒng)要求對(duì)上位機(jī)軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單組態(tài)開(kāi)發(fā)就可完成涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)組建工作。
[0030]本發(fā)明中的開(kāi)度與荷重傳感器采用現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器，開(kāi)度傳感器型號(hào)為GAX60-DHS13/12，荷重傳感器型號(hào)為 QCX-P-6.25T。
【權(quán)利要求】
1.一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述裝置以AT91SAM9G20嵌入式微處理器為核心，包括flash存儲(chǔ)芯片、同步動(dòng)態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片、嵌入式微控制器及開(kāi)度與荷重傳感器；AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過(guò)數(shù)據(jù)總線或地址總線、控制總線連接flash存儲(chǔ)芯片、同步動(dòng)態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片；模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片接開(kāi)度與荷重傳感器轉(zhuǎn)換成的模擬量、外接電流互感器TA、電壓互感器TV經(jīng)變壓器隔離后的模擬量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述裝置還設(shè)置USB接口、RS-485串口、GPS校時(shí)脈沖輸入口 ；所述的AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過(guò)USB總線連接到面板的U盤(pán)口，RS-485串口接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的uart外備，GPS校時(shí)脈沖接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的時(shí)鐘外備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述開(kāi)度與荷重傳感器轉(zhuǎn)換成4-20ma模擬量后經(jīng)線性光藕隔離器件接模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的flash存儲(chǔ)芯片采用S29GL128。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的同步動(dòng)態(tài)RAM芯片采用MT48LC2M32。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的以太網(wǎng)接口芯片采用DM900EP 及 DP83620。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換接口芯片MAX11056。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的嵌入式微控制器采用stm32f 103c8t6，連接液晶顯示器和鍵盤(pán)。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK103728963SQ201410034850
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】錢(qián)鈞, 孫勇, 黃振富, 馬劍波, 傅捷, 吳皓明, 夏正創(chuàng), 胡彥明, 徐明波, 梁甜, 宦鴻興 申請(qǐng)人:江蘇省秦淮河水利工程管理處