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管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):6285089閱讀:343來源:國(guó)知局
專利名稱:管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型是一種管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。涉及控制和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
在長(zhǎng)距離輸油、輸氣管道工程中,按照規(guī)范要求,需要對(duì)大量的管道截?cái)嚅y 實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控,其相關(guān)數(shù)據(jù)的及時(shí)釆集和有效監(jiān)控是保證管道安全、可靠、平穩(wěn)、
高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提條件。目前為滿足截?cái)嚅y遠(yuǎn)控要求,均釆用建設(shè)RTU閥室 的實(shí)施方式。傳統(tǒng)的RTU遠(yuǎn)傳閥室包含了 RTU、通信、電源、接地、設(shè)備間等部 分,各部分獨(dú)立建設(shè),總體投資大,設(shè)計(jì)復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)。為了改善目前這種 現(xiàn)狀,使閬室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)投資少、建設(shè)周期短、安全可靠實(shí)用、適應(yīng)更惡劣環(huán) 境,截?cái)嚅佭h(yuǎn)程監(jiān)控方案的改進(jìn)迫在眉睫。
目前國(guó)內(nèi)外截?cái)嚅y遠(yuǎn)控的實(shí)現(xiàn)方式較多,但在技術(shù)上均有一定的局限性。比 如,為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的小型化、低功耗,這些遠(yuǎn)控設(shè)備均釆用無線通信的方式。此 方式適用于公網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好的區(qū)域,而且傳輸帶寬窄,穩(wěn)定性較差。缺乏 一種適用范圍廣、穩(wěn)定可靠的通用方案。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種適用于室外具有光纖資源遠(yuǎn)控、基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 能提供大的傳輸帶寬、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的管道閬室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。
該技術(shù)適用范圍廣,不僅滿足截?cái)嚅y的遠(yuǎn)控要求,同時(shí)釆用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為控 制數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ),符合管道自動(dòng)化發(fā)展的總體方向。隨著電子、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的迅 速發(fā)展,小型化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的器件也已經(jīng)非常成熟,具備了創(chuàng)建本技術(shù)的 技術(shù)條件和元器件條件。
本實(shí)用新型是基于光纖傳輸方式的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)釆集控制系統(tǒng),集信號(hào)釆集、控 制,通信傳輸,供電于一體。如圖1所示。它主要由三部分組成供電單元(太 陽(yáng)能電池板、電源控制模塊,蓄電池),控制單元UTU釆集控制模塊),通訊單 元(轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊)?,F(xiàn)場(chǎng)儀表輸出接RTU釆集控制模塊的輸入,RTU采集 控制模塊的數(shù)字量(D0)輸出接現(xiàn)場(chǎng)儀表;RTU采集控制模塊的串口通過轉(zhuǎn)換模 塊與通訊模塊連接,以太網(wǎng)接口直接與通訊模塊連接;通訊模塊的輸出通過自身 光接口連接至干線光纖;RTU釆集控制模塊的串行接口至第三方通訊接口;太陽(yáng)能電池板和蓄電池接電源控制模塊后與RTU采集控制模塊、轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊 連接,并通過串行接口與RTU釆集控制模塊連接。
該系統(tǒng)三部分的功能
1、 供電當(dāng)有一定強(qiáng)度陽(yáng)光照射條件下,電源控制模塊根據(jù)電池溫度,調(diào)整 電源系統(tǒng)對(duì)蓄電池的浮充電壓為其充電,同時(shí)將經(jīng)過穩(wěn)壓后的電源供給RTU釆集 控制模塊、轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊;無陽(yáng)光照射條件下蓄電池直接為以上三個(gè)模塊 供電;
2、 信號(hào)采集控制RTU釆集控制模塊完成數(shù)字量(DI)、模擬量(AI)的數(shù) 據(jù)釆集,同時(shí)完成數(shù)字量(D0)的輸出控制及歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警事件記錄的存儲(chǔ); 電源控制模塊完成相關(guān)供電系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)采集;RTU通過串行接口與電源控制 模塊進(jìn)行通訊,獲取全部供電數(shù)據(jù),并留有串行接口用于與第三方設(shè)備通訊;
3、 通訊所有數(shù)據(jù)全部集中在RTU釆集控制模塊中,RTU采集控制模塊本身 自帶一個(gè)以太網(wǎng)接口,通過一塊轉(zhuǎn)換模塊將一個(gè)串口轉(zhuǎn)換成一個(gè)以太網(wǎng)接口,這 樣系統(tǒng)提供了兩個(gè)以太網(wǎng)接口;這兩個(gè)以太網(wǎng)接口接到通訊模塊上,經(jīng)過通訊模塊 中的以太網(wǎng)交換及光電轉(zhuǎn)換后,轉(zhuǎn)換成光信號(hào),再通過系統(tǒng)對(duì)外的兩個(gè)光口直接 接入干線光纖,向上、下游兩個(gè)方向進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,在傳輸介質(zhì)上做到了冗余。
本管道閩室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)總的電原理圖如圖2所示。RTU的Port B端接轉(zhuǎn)換 模塊Cl的RS232, Cl的Ethernet接以太網(wǎng)交換機(jī)C2的Ethernet4, C2的 Ethernet3接RTU的Ethernet;太陽(yáng)能電池板S的"-"極接24V電源負(fù)母排M2, 太陽(yáng)能電池板S的"+"極經(jīng)空開斷路器K1串聯(lián)二極管PN接直流固體繼電器KS 的"+,,極,直流固體繼電器KS的"-,,極接24V電源正母排Ml, 24V電源正母排 Ml —是經(jīng)串聯(lián)的空開斷路器K2、蓄電池至24V電源負(fù)母排M2, 二是經(jīng)帶保險(xiǎn)管 的開關(guān)端子T27至電源控制模塊C3的V+,三是至常閉接觸器LVD ,常閉接觸器 LVD分別經(jīng)帶保險(xiǎn)管的開關(guān)端子K3、 K4、 K5至RTU、 Cl、 C2的電源"+"極;C3 的V-、 RTU的25端、Cl的Vl-、 C2的0V分別接24V電源負(fù)母排M2; RS232接RTU 的Port D。
為了供電單元防止雷擊,太陽(yáng)能電池板S的"+"極經(jīng)空開斷路器K1后,還 經(jīng)壓敏電阻VI接24V電源負(fù)母排M2。
為了監(jiān)測(cè)供電單元供電電流,在^V電源正母排M1接向空開斷路器K2和常閉 接觸器LVD處分別裝有電流傳感器LH2和電流傳感器LH1。其中
RTU:釆集控制模塊;
Cl:轉(zhuǎn)換模塊;
C2:以太網(wǎng)交換機(jī);
C3:電源控制模塊;
S:太陽(yáng)能電池板;
KS:直流固體繼電器;
LVD:常閉接觸器;
VI:壓敏電阻;
LH1、 LH2:電流傳感器;
PN: 二極管;
Kl、 K2:空開斷路器;
K3、 K4、 K5、 K6、 T27:帶保險(xiǎn)管的開關(guān)端子;
Ml: 24V電源正母排;
M2: 24V電源負(fù)母排;
蓄電池powercomSB系列100Ah。
這里以太網(wǎng)交換機(jī)選用帶光口的網(wǎng)管型以太網(wǎng)交換機(jī)。
該方案適用范圍廣、穩(wěn)定可靠,不僅滿足截?cái)嚅伒倪h(yuǎn)控要求,同時(shí)釆用網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)作為控制數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ),符合管道自動(dòng)化發(fā)展的總體方向。隨著電子、網(wǎng)絡(luò)等 技術(shù)的迅速發(fā)展,截?cái)嚅y遠(yuǎn)控的實(shí)施技術(shù)越來越多,小型化、網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備也已 經(jīng)非常成熟,具備了更新截?cái)嚅y遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)解決方案的技術(shù)基礎(chǔ)和物質(zhì)基 礎(chǔ)。
本實(shí)用新型適用于室外且具有光纖資源遠(yuǎn)控的場(chǎng)合,它基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù),能提供 大的傳輸帶寬,而且適用范圍廣、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,是一種符合管道自動(dòng)化發(fā)展總體 方向的管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。


圖1管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)原理框圖
圖2管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)電原理圖
5圖3模擬測(cè)試系統(tǒng)
圖4管道閩室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)RTU數(shù)據(jù)釆集模塊接線圖
圖5管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通訊模塊接線圖及光電轉(zhuǎn)換模塊圖
圖6管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模塊接線圖
圖7管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)電源控制模塊接線圖
具體實(shí)施方式
實(shí)施例.本例是一實(shí)驗(yàn)樣機(jī),它主要由三部分組成供電單元(太陽(yáng)能電池板、 電源控制模塊,蓄電池),控制單元(RTU采集控制模塊),通訊單元(轉(zhuǎn)換模塊、 通訊模塊)?,F(xiàn)場(chǎng)儀表輸出接RTU采集控制模塊的輸入,RTU采集控制模塊的數(shù)字 量(DO)輸出接現(xiàn)場(chǎng)儀表;RTU釆集控制模塊的串口通過轉(zhuǎn)換模塊與通訊模塊連 接,以太網(wǎng)接口直接與通訊模塊連接;通訊模塊的輸出通過自身光接口連接至干 線光纖;RTU采集控制模塊的串行接口至第三方通訊接口;太陽(yáng)能電池板和蓄電 池接電源控制模塊后與RTU釆集控制模塊、轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊連接,并通過串行 接口與RTU采集控制模塊連接。
本例總的電原理圖如圖2所示。RTU的PortB端接轉(zhuǎn)換模塊Cl的RS232, CI 的Ethernet接以太網(wǎng)交換機(jī)C2的Ethernet4, C2的Ethernet3接RTU的Ethernet; 太陽(yáng)能電池板S的"-"極接24V電源負(fù)母排M2,太陽(yáng)能電池板S的"+"極經(jīng) 空開斷路器K1后, 一路經(jīng)二極管PN接直流固體繼電器KS的"+"極,另一路經(jīng)壓 敏電阻V1接24V電源負(fù)母排M2,直流固體繼電器KS的"-"極接24V電源正母 排M1, 24V電源正母排M1 —是經(jīng)串聯(lián)的電流傳感器LH2、空開斷路器K2、蓄電池 至24V電源負(fù)母排M2, 二是經(jīng)帶保險(xiǎn)管的開關(guān)端子T27至電源控制模塊C3的V+, 三是經(jīng)電流傳感器LH1至常閉接觸器LVD,常閉接觸器LVD分別經(jīng)帶保險(xiǎn)管的開 關(guān)端子K3、 K4、 K5至RHJ、 Cl、 C2的電源"+,,極;C3的V-、 RTU的25端、Cl 的Vl-、 C2的0V分別接24V電源負(fù)母排M2;RS232接RTU的Port D。
RTU釆集控制模塊接線如圖4所示。1-6及31-36端為數(shù)字量輸入DI; 7-8及 37-38為數(shù)字量輸出DO; 9-12及39-42為模擬量輸入AI; 44-47 Port C為 RS485,19—22 Port A為RS232, 14-16 Port D為RS232, JU45 Port B為RS232, RJ45 10/100M為Ethernet。
通訊模塊及光電轉(zhuǎn)換模塊接線如圖5所示。SFP Slot: Small Form-Factor Pluggable的縮寫,可以理解為小封裝的可插拔的槽,通過更換SFP模塊可以改變光通信的距離,SFP模塊提供的光接口類型通常為L(zhǎng)C口。通過此槽的接口模塊 將系統(tǒng)接入到干線光纖中。
RJ45 connector:光電裝換模塊的以太網(wǎng)接口 (電接口 );此口連接RTU的以 太網(wǎng)接口。
轉(zhuǎn)換模塊接線如圖6所示,將串行Modbus RTU/ASCII轉(zhuǎn)為Modbus TCP/IP。 RJ45 connector:轉(zhuǎn)換模塊以太網(wǎng)接口 (電接口 ),此口連接到通訊模塊的以 太網(wǎng)接口。
電源控制模塊的接線如圖7所示,LH1和LH2為檢測(cè)系統(tǒng)電流信號(hào);KS為控制 充放電的直流固體繼電器;LVD為常閉接觸器,用于切斷負(fù)載輸出。
根據(jù)上圖所選器件、模塊構(gòu)成實(shí)例,搭建了模擬測(cè)試系統(tǒng)(見圖3)。模擬測(cè) 試系統(tǒng)由兩個(gè)模擬閥室系統(tǒng)和兩個(gè)模擬工藝站場(chǎng)端站系統(tǒng)以及一個(gè)模擬中心組 成。彼此之間通過各自的光接口與光纜相連,在光線路上串入光衰減器(模擬60KM
距離),同時(shí)將兩個(gè)模擬工藝站場(chǎng)端站系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過各自路由器送到模擬中心的路 由器后傳至上位機(jī)軟件PKS (釆用Modbus TCP/IP協(xié)議)。模擬閩室系統(tǒng)由太陽(yáng)能 系統(tǒng)供電,進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月時(shí)間的測(cè)試,以下功能測(cè)試正常
1、 監(jiān)視功能對(duì)場(chǎng)站閥門狀態(tài)、清管球信號(hào)、相關(guān)報(bào)警輸入、系統(tǒng)自身電壓、蓄電池狀態(tài)、 第三方設(shè)備通訊狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視;
2、 測(cè)量功能
測(cè)量模擬量數(shù)據(jù)、系統(tǒng)自身電壓、系統(tǒng)負(fù)載電流;
3、 控制功能
遠(yuǎn)程操作控制(開、關(guān)閥等);
4、 報(bào)警功能
一旦相關(guān)模擬量參數(shù)出現(xiàn)報(bào)警進(jìn)行存儲(chǔ),并上報(bào)中心;
5、 與第三方設(shè)備通訊功能 支持與第三方設(shè)備通訊(如Modbus RTU/ASCII);
6、 歷史數(shù)據(jù)、事件保存可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自診斷,提供IP或MAC地址過濾功能,支持VL緒劃分等。
數(shù)據(jù)流通過光纖向上下游站場(chǎng)兩側(cè)匯聚,實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)絡(luò),即便上下游站場(chǎng)間光 纜中斷或一側(cè)站場(chǎng)通訊中斷都不會(huì)影響數(shù)據(jù)上傳到中心,此方案是一種技術(shù)先進(jìn)、 適用范圍廣且穩(wěn)定可靠的通用方案。
權(quán)利要求1.一種管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),其特征是它主要由三部分組成太陽(yáng)能電池板、電源控制模塊、蓄電池供電單元、RTU采集控制模塊單元、轉(zhuǎn)換模塊和通訊模塊通訊單元;現(xiàn)場(chǎng)儀表輸出接RTU采集控制模塊的輸入,RTU采集控制模塊的數(shù)字量(D0)輸出接現(xiàn)場(chǎng)儀表;RTU采集控制模塊的串口通過轉(zhuǎn)換模塊與通訊模塊連接,以太網(wǎng)接口直接與通訊模塊連接;通訊模塊的輸出通過自身光接口連接至干線光纖;RTU采集控制模塊的串行接口至第三方通訊接口;太陽(yáng)能電池板和蓄電池接電源控制模塊后與RTU采集控制模塊、轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊連接,并通過串行接口與RTU采集控制模塊連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),其特征是電原理為RTU的 (Port B)端接轉(zhuǎn)換模塊CI的RS232, CI的(Ethernet)接以太網(wǎng)交換機(jī)C2的 (Ethernet4) , C2的(Ethernet3)接RTU的(Ethernet);太陽(yáng)能電池板S的"-" 極接24V電源負(fù)母排M2,太陽(yáng)能電池板S的"+"極經(jīng)空開斷路器Kl串聯(lián)二極管 PN接直流固體繼電器KS的"+"極,直流固體繼電器KS的"-"極接24V電源正 母排M1, 24V電源正母排M1 —是經(jīng)串聯(lián)的空開斷路器K2、蓄電池至24V電源負(fù) 母排M2, 二是經(jīng)帶保險(xiǎn)管的開關(guān)端子T27至電源控制模塊C3的(V+),三是至常閉 接觸器LVD,常閉接觸器LVD分別經(jīng)帶保險(xiǎn)管的開關(guān)端子K3、 K4、 K5至RTU、 Cl、 C2的電源"+"極;C3的(V-)、 RTU的(25)端、C1的(V1)-、 C2的(0V)分別接24V 電源負(fù)母排M2; RS232接RTU的(Port D)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),其特征是所述以太網(wǎng)交 換機(jī)C2為帶光口的網(wǎng)管型以太網(wǎng)交換機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),其特征是太陽(yáng)能電池板S 的"+"極經(jīng)空開斷路器K1后,還經(jīng)壓敏電阻V1接24V電源負(fù)母排M2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),其特征是在24V電源正母 排Ml接向空開斷路器K2和常閉接觸器LVD處分別裝有電流傳感器LH2和電流傳 感器LH1。
專利摘要本實(shí)用新型是一種管道閥室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。涉及控制和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。其特征是它主要由三部分組成太陽(yáng)能電池板、電源控制模塊、蓄電池供電單元、RTU采集控制模塊單元、轉(zhuǎn)換模塊和通訊模塊通訊單元;現(xiàn)場(chǎng)儀表輸出接RTU采集控制模塊的輸入,RTU采集控制模塊的數(shù)字量(DO)輸出接現(xiàn)場(chǎng)儀表;RTU采集控制模塊的串口通過轉(zhuǎn)換模塊與通訊模塊連接,以太網(wǎng)接口直接與通訊模塊連接;通訊模塊的輸出通過自身光接口連接至干線光纖;RTU采集控制模塊的串行接口至第三方通訊接口;太陽(yáng)能電池板和蓄電池接電源控制模塊后與RTU采集控制模塊、轉(zhuǎn)換模塊、通訊模塊連接,并通過串行接口與RTU采集控制模塊連接。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201340543SQ20082012456
公開日2009年11月4日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者勇 劉, 吉小赟, 崔煥發(fā), 張文偉, 徐志強(qiáng), 剛 王, 王懷義, 耿亞彬, 鄔俊華 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司
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