涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，屬于水利自動化涵閘監(jiān)控【技術領域】，主要特點是以AT91SAM9G20嵌入式微處理器為核心，包括flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉換接口芯片、嵌入式微控制器及開度與荷重傳感器，本實用新型與一臺觸摸屏和一臺上位監(jiān)控機通過以太網(wǎng)互連，在相關軟件的支持下，每臺裝置可對兩扇閘門進行監(jiān)控管理。本實用新型構建的涵閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有結構簡單、資金投入少、建設周期短、功能齊全等優(yōu)點，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確，控制保護動作正確，響應及時，滿足涵閘現(xiàn)代化控制管理應用需求，數(shù)據(jù)采集精度、控制保護性能、抗干擾能力等均滿足涵閘自動化控制應用要求。
【專利說明】涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，屬于水利自動化涵閘監(jiān)控【技術領域】。
【背景技術】
[0002]就涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置而言，目前業(yè)內(nèi)主要實現(xiàn)途徑有以下幾類:1)采用開度荷重儀、電量智能儀表實現(xiàn)(典型產(chǎn)品:徐州淮海電子傳感工程研究所ZHY-3型開度荷重儀)；2)采用數(shù)字式電動機保護測控裝置實現(xiàn)(典型產(chǎn)品:蘇州智能的PDM810MR數(shù)字式電動機保護測控裝置，國電南京自動化股份有限公司的PSM400數(shù)字式電動機保護測控裝置)；3)基于通用PLC控制器實現(xiàn)。由帶以太網(wǎng)接口的PLC、綜合顯示控制屏(觸摸屏)及其它自動化部件構成。
[0003]開度荷重儀只實現(xiàn)開度與荷重的測控，缺少對電機與電源的監(jiān)控保護功能；保護測控裝置只實現(xiàn)對電機與電源的監(jiān)控保護，缺少對開度與荷重的有效測控；基于PLC的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置則所需配套設備繁多，實現(xiàn)成本較高，且二次開發(fā)工作量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型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)字式電動機保護測控裝置不具備閘門開度監(jiān)測、荷重監(jiān)測保護及涵閘運行管理調(diào)控等功能的不足，通過本實用新型實現(xiàn)具有閘門開度與荷重實時監(jiān)控、啟閉電機監(jiān)控保護等一體化功能，并以標準Modbus/TCP協(xié)議與上位機的通訊。
[0005]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(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存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉換接口芯片、嵌入式微控制器及開度與荷重傳感器；AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過數(shù)據(jù)總線或地址總線、控制總線連接flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉換接口芯片；模數(shù)轉換接口芯片接開度與荷重傳感器轉換成的模擬量、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]所述裝置還設置USB接口、RS-485串口、GPS校時脈沖輸入口 ；所述的AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過USB總線連接到面板的U盤口，RS-485串口接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的uart外備，GPS校時脈沖接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的時鐘外備。此外，嵌入式微控制器stm32f 103c8t6接至AT91SAM9G20的另一個uart外備口。
[0007]所述開度與荷重傳感器轉換成4_20ma模擬量后經(jīng)線性光藕隔離器件接模數(shù)轉換接口芯片。
[0008]所述的flash存儲芯片采用S29GL128。
[0009]所述的同步動態(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。[0013]本實用新型具有閘門開度與荷重實時監(jiān)控、啟閉電機監(jiān)控保護等一體化功能，并以標準Modbus/TCP協(xié)議與上位機的通訊，基于國際最新智能器件及網(wǎng)絡技術，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，也可直接安裝于開關柜上進行分散式控制，可直接應用于大、中型集散型涵閘(或泵站)自動化監(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，更以其功能一體化特征有效地降低工程總體造價和系統(tǒng)集成二次開發(fā)量。
[0014]本實用新型與一臺觸摸屏和一臺上位監(jiān)控機通過以太網(wǎng)互連，在相關軟件的支持下，每臺裝置可對兩扇閘門進行監(jiān)控管理。其中，觸摸屏和上位監(jiān)控機分別提供本地和遠程圖形化操作界面。應用實踐證明，本實用新型構建的涵閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有結構簡單、資金投入少、建設周期短、功能齊全等優(yōu)點。系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確，控制保護動作正確，響應及時，滿足涵閘現(xiàn)代化控制管理應用需求。依據(jù)國家相關標準和行業(yè)規(guī)范，經(jīng)測試檢驗，本實用新型的數(shù)據(jù)采集精度、控制保護性能、抗干擾能力等均滿足涵閘自動化控制應用要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型結構框圖。
【具體實施方式】
[0016]結合附圖和實施例進一步說明本實用新型，如圖1所示，本實用新型以AT91SAM9G20嵌入式微處理器為核心，包括flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉換接口芯片、嵌入式微控制器及開度與荷重傳感器；AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過數(shù)據(jù)總線或地址總線、控制總線連接flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉換接口芯片；強電中的電流互感器TA、電壓互感器TV經(jīng)變壓器隔離后的模擬量及開度與荷重傳感器轉換成的4-20ma模擬量接到模數(shù)轉換接口芯片。還設置USB接口、RS-485串口、GPS校時脈沖輸入口 ；所述的AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過USB總線連接到面板的U盤口，RS-485串口接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的uart外備，GPS校時脈沖接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的時鐘外備。此外，嵌入式微控制器stm32f 103c8t6接至AT91SAM9G20的另一個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存儲芯片；MT48LC2M32是同步動態(tài)RAM芯片；DM900EP及DP83620為以太網(wǎng)接口芯片；MAX11056則為模數(shù)轉換接口片子。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輸入。
[0018]本實用新型的一體化功能:
[0019]a數(shù)據(jù)采集.裝置可實時采集反應涵閘運行狀況的閘位、啟閉機荷重、限位開關狀態(tài)、電機驅(qū)動電參數(shù)(包電壓、電流、功率、電度等)等信息。
[0020]b閘門啟閉控制.每臺裝置可同時控制兩扇閘門升/降/停操作及進線電源的分/合，并支持閘門的定開度操作(按預先設定開度自動完成閘門啟閉操作)。
[0021]c保護功能.裝置支持速斷保護、熱繼保護、過壓過流保護、差動保護、荷重保護等功能，并支持故障錄波功能。[0022]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，支持現(xiàn)地顯示、參數(shù)設定與涵閘啟閉操作。
[0023]e通訊聯(lián)網(wǎng)功能.裝置備用USB接口、RS-485串口、GPS校時脈沖輸入口、以太網(wǎng)口(兩個口)等通訊接口，可支持裝置程序升級、故障錄波數(shù)據(jù)導出、GPS校時以及與觸摸屏、上位控制計算機聯(lián)網(wǎng)等功能。
[0024]本實用新型關鍵實現(xiàn)技術的采用(技術手段、技術方案、工作原理、結構特征)包括:
[0025]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)部集成豐富的外設資源，適用于要求外設資源豐富、功耗低、工作嚴格穩(wěn)定、實時性高的工業(yè)控制儀器。
[0026]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)訪問方式，避開了因為網(wǎng)絡風爆導致裝置死機的弊端，與傳統(tǒng)的定時查詢方式不一樣，其只要有空閑時間就會去查詢以太網(wǎng)，加快了以太網(wǎng)的反應速度，提高了數(shù)據(jù)通信的實時性。
[0027]c實現(xiàn)modbus以太網(wǎng)通信。Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。Modbus/TCP則是運行在TCP/IP上的Modbus報文傳輸協(xié)議。通過此協(xié)議，控制器相互之間通過網(wǎng)絡(例如以太網(wǎng))和其它設備之間可以通信。Modbus/TCP協(xié)議已經(jīng)成為一通用工業(yè)網(wǎng)絡應用層的標準，可兼容國內(nèi)流行采用的工業(yè)組態(tài)軟件，不需要專門的規(guī)約轉換器，順應了現(xiàn)場總線發(fā)展趨勢。
[0028]d裝置采用線性光藕隔離器件與開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。如此，可有效地提高裝置的可靠性和高抗擾度。
[0029]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，計算周期為1KHZ，使開度和荷重數(shù)據(jù)充足，有利于濾除錯誤的荷重和開度數(shù)據(jù)；電流、電壓、功率、的測量值不僅反映基波，還可正確反映2-13次諧波，從而使測量結果與專用測量表計一致。這些技術措施的采用，可有效地提高裝置數(shù)據(jù)采集的準確度。
[0030]f采用全圖形化編程技術以及穩(wěn)定、可靠的保護繼電器庫，提高裝置程序的可靠性及正確性。
[0031]本實用新型軟件包括裝置通信、存儲、顯示等事務功能由查詢方式完成；門控制、故障保護及數(shù)據(jù)采樣等實時性要求高的功能則由中斷方式完成。
[0032]基于本裝置組建的涵閘自動化系統(tǒng)相當簡單。系統(tǒng)實施者只要根據(jù)涵閘規(guī)模，適當配置幾臺本裝置(每臺本裝置可控制兩扇閘門)并將其與上位機系統(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。實施者只要根據(jù)系統(tǒng)要求對上位機軟件進行簡單組態(tài)開發(fā)就可完成涵閘自動化系統(tǒng)組建工作。
[0033]本實用新型中的開度與荷重傳感器采用現(xiàn)有技術中的傳感器，開度傳感器型號為GAX60-DHS13/12，荷重傳感器型號為 QCX-P-6.25T。
【權利要求】
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存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉換接口芯片、嵌入式微控制器及開度與荷重傳感器；AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過數(shù)據(jù)總線或地址總線、控制總線連接flash存儲芯片、同步動態(tài)RAM芯片、以太網(wǎng)接口芯片、模數(shù)轉換接口芯片；模數(shù)轉換接口芯片接開度與荷重傳感器轉換成的模擬量、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，所述裝置還設置USB接口、RS-485串口、GPS校時脈沖輸入口 ；所述的AT91SAM9G20嵌入式微處理器通過USB總線連接到面板的U盤口，RS-485串口接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的uart外備，GPS校時脈沖接到AT91SAM9G20嵌入式微處理器的時鐘外備。
3.根據(jù)權利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述開度與荷重傳感器轉換成4-20ma模擬量后經(jīng)線性光藕隔離器件接模數(shù)轉換接口芯片。
4.根據(jù)權利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的flash存儲芯片采用S29GL128。
5.根據(jù)權利要求1所述的涵閘現(xiàn)地監(jiān)控裝置，其特征是，所述的同步動態(tài)RAM芯片采用MT48LC2M32。
6.根據(jù)權利要求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)轉換接口芯片MAX11056。
8.根據(jù)權利要求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。
【文檔編號】G05B19/418GK203705926SQ201420045388
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權日:2014年1月24日
【發(fā)明者】錢鈞, 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 申請人:江蘇省秦淮河水利工程管理處