本發(fā)明涉及一種化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及其遠(yuǎn)程監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的大型激光器尤其是化學(xué)激光器的監(jiān)控系統(tǒng)大多數(shù)都是基于PLC或單片機(jī)的單一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器各工作模塊的數(shù)據(jù)采集與控制交互。對(duì)傳統(tǒng)的激光器而言，其體積與規(guī)模相對(duì)較小，采集點(diǎn)與控制單元數(shù)量不多，原激光器的監(jiān)控方式大都可以滿足對(duì)激光器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制輸出需求。但如今的激光器，尤其是化學(xué)激光器的功率放大后，其體積與規(guī)模也隨之增加很大，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的激光器各模塊工作狀態(tài)與控制單元的數(shù)量同樣也增加了很多，與之也帶來(lái)了較高的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控人員成本和安全風(fēng)險(xiǎn)成本。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)大型用電設(shè)備，如變頻器循環(huán)泵等，造成的現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾也尤為嚴(yán)重，較以往單一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，無(wú)論從處理能力、易擴(kuò)展、易維護(hù)，還是抗干擾、安全可靠性上都捉襟見(jiàn)肘。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種基于PAC架構(gòu)的高性能實(shí)時(shí)控制器，采用UDP與RDP協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大型激光器尤其是化學(xué)激光器的工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)及其遠(yuǎn)程監(jiān)控方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括PAC架構(gòu)控制器以及通過(guò)工業(yè)交換機(jī)與其連接的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端、遠(yuǎn)程激光器控制端；

PAC架構(gòu)控制器用于采集化學(xué)激光器的傳感器信息并發(fā)送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端，接收遠(yuǎn)程激光器控制端的命令控制化學(xué)激光器的動(dòng)作執(zhí)行單元?jiǎng)幼鳌?/p>

所述PAC架構(gòu)控制器包括處理單元以及與其通過(guò)PXI總線連接的調(diào)理模塊、采集模塊、輸出模塊、存儲(chǔ)單元、通信單元；

所述調(diào)理模塊用于接收并處理化學(xué)激光器的溫度傳感器、壓力傳感器的原 始信號(hào)；

所述采集模塊用于采集經(jīng)調(diào)理模塊調(diào)理后的原始數(shù)據(jù)；

所述處理單元用于將采集模塊的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)、物理量轉(zhuǎn)換處理得到采集數(shù)據(jù)，并保存于存儲(chǔ)單元；并接收通過(guò)通信單元發(fā)來(lái)的指令發(fā)送至輸出模塊；

所述輸出模塊用于接收指令控制化學(xué)激光器的電磁閥；

所述通信單元用于將處理單元中的激光器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)打包封裝，由網(wǎng)卡經(jīng)工業(yè)交換機(jī)傳送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端；并經(jīng)工業(yè)交換機(jī)通過(guò)網(wǎng)卡接收遠(yuǎn)程激光器控制端的指令發(fā)送至處理單元。

所述通信單元通過(guò)網(wǎng)卡與工業(yè)交換機(jī)連接，工業(yè)交換機(jī)通過(guò)光纖與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端、遠(yuǎn)程激光器控制端連接。

所述通信單元集成UDP協(xié)議和RDP協(xié)議。

化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法，包括以下步驟：

遠(yuǎn)程激光器控制端遠(yuǎn)程通過(guò)RDP協(xié)議發(fā)送命令啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集；處理單元采集化學(xué)激光器的溫度傳感器、壓力傳感器原始數(shù)據(jù)；并對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)、物理量轉(zhuǎn)換處理得到采集數(shù)據(jù)，經(jīng)UDP協(xié)議打包成數(shù)據(jù)幀傳送至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端；

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端接收UDP數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過(guò)解析后實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)信息，并保存；

遠(yuǎn)程激光器控制端根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求通過(guò)RDP協(xié)議發(fā)出指令，通過(guò)控制PAC架構(gòu)控制器控制激光器的動(dòng)作執(zhí)行單元?jiǎng)幼鳌?/p>

所述數(shù)據(jù)幀格式為：幀頭、數(shù)據(jù)包序列號(hào)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

所述幀頭為4個(gè)字節(jié)，依次為數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí)碼、第一填充值、第二填充值、數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度

本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明的化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及其遠(yuǎn)程監(jiān)控方法，兼容了激光器上所使用的絕大部分的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控與控制系統(tǒng)和人機(jī)界面，并可以 實(shí)現(xiàn)不同總線與PXI總線的無(wú)縫連接。

2、遠(yuǎn)程連接采用光纖傳輸?shù)姆绞剑苊饬藗鹘y(tǒng)電纜傳輸所面臨的現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾嚴(yán)重的情況，為遠(yuǎn)程可靠通信提供了解決方案。

3、采用UDP協(xié)議對(duì)PAC架構(gòu)控制器的激光器現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)送，可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端同時(shí)實(shí)時(shí)接收顯示激光器現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)的目標(biāo)。

4、采用RDP協(xié)議遠(yuǎn)程操作PAC架構(gòu)控制器，可不局限于遠(yuǎn)程激光器控制端的操作系統(tǒng)類型，無(wú)障礙、直接、方便、安全的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程桌面化可視控制。

5、數(shù)據(jù)采集控制服務(wù)器采用PAC架構(gòu)，具有標(biāo)準(zhǔn)、通用、開(kāi)放的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，和嵌入式硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及PXI背板總線，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任務(wù)的實(shí)時(shí)、確定性控制，同時(shí)解決了傳統(tǒng)單一總系統(tǒng)處理能力較低、不易擴(kuò)展、不易維護(hù)的諸多瓶頸問(wèn)題。

6、實(shí)現(xiàn)了大型激光器，尤其是化學(xué)激光器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與操作控制，降低了試驗(yàn)測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)與安全成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，110傳感器，120動(dòng)作執(zhí)行單元，130調(diào)理模塊，140采集模塊，150輸出模塊，160 PXI總線，170 UDP協(xié)議，180 RDP協(xié)議，190網(wǎng)卡，200工業(yè)交換機(jī)，210光纖，220處理單元，230存儲(chǔ)單元，240通信單元；A化學(xué)激光器，B PAC架構(gòu)控制器，C遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端，D遠(yuǎn)程激光器控制端。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供了一種能夠通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)激光器的遠(yuǎn)程監(jiān)系統(tǒng)及其遠(yuǎn)程監(jiān)控的方法。本發(fā)明的化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括對(duì)化學(xué)激光器溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集、激光器動(dòng)作執(zhí)行單元控制輸出、數(shù)據(jù)調(diào)理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)發(fā)送與遠(yuǎn)程連接的PAC架構(gòu)控制器，所述PAC架構(gòu)控制器通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)連接至少一個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端和一 個(gè)遠(yuǎn)程激光器控制端，所述遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端和遠(yuǎn)程激光器控制端，包括至少一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及其遠(yuǎn)程監(jiān)控方法，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化學(xué)激光器現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)，遠(yuǎn)程高效控制操作化學(xué)激光器工作運(yùn)行，從而解決了控制操作化學(xué)激光器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，激光器試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人化監(jiān)控與安全試驗(yàn)操作的目的。

本發(fā)明中所選擇的基于PAC架構(gòu)控制器的性能是基于其輕便的控制引擎，標(biāo)準(zhǔn)、通用、開(kāi)放的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，嵌入式硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及PXI背板總線，并使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是實(shí)時(shí)、確定性的可定制的控制系統(tǒng)。從激光器試驗(yàn)操作與試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)人員的安全性而言，本發(fā)明也提供了一種既能高性能、穩(wěn)定的完成對(duì)激光器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，又能安全、可靠的進(jìn)行遠(yuǎn)程試驗(yàn)監(jiān)控的方法。

一種化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括PAC架構(gòu)控制器，將調(diào)理模塊、采集模塊、輸出模塊、處理單元、存儲(chǔ)單元、通信單元通過(guò)內(nèi)部的PXI總線背板相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通信；所述PAC架構(gòu)控制器與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端、遠(yuǎn)程激光器控制端通過(guò)工業(yè)交換機(jī)經(jīng)光纖連接通信。所述調(diào)理模塊與化學(xué)激光器的溫度傳感器、壓力傳感器線路連接；所述輸出模塊與化學(xué)激光器的電磁閥線路連接；所述采集模塊采集經(jīng)調(diào)理模塊調(diào)理后的原始信號(hào)；所述處理單元將采集模塊中的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)、物理量轉(zhuǎn)換處理，并保存于存儲(chǔ)單元；所述通信單元將處理單元中的激光器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)經(jīng)設(shè)定的UDP協(xié)議打包封裝，由網(wǎng)卡經(jīng)工業(yè)交換機(jī)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端相連；所述通信單元將PAC架構(gòu)控制器的桌面控制指令經(jīng)設(shè)定的RDP協(xié)議，由網(wǎng)卡經(jīng)工業(yè)交換機(jī)與遠(yuǎn)程激光器控制端連接。

化學(xué)激光器各單元模塊的數(shù)據(jù)采集、激光器動(dòng)作執(zhí)行單元控制輸出、數(shù)據(jù)調(diào)理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為基于PAC架構(gòu)的實(shí)時(shí)、確定性控制服務(wù)器，內(nèi)部基于PXI總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通信。PAC架構(gòu)控制器與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端、遠(yuǎn)程激光器控制端通信的鏈接方式是數(shù)據(jù)采集控制服務(wù)器與工業(yè)交換機(jī)以RJ45雙屏蔽網(wǎng)線連接，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端、遠(yuǎn)程激光器控制端與工業(yè)交換機(jī)以光纖 連接，用于遠(yuǎn)距離傳輸并隔離傳輸過(guò)程中的電磁干擾。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端和遠(yuǎn)程激光器控制端，包括至少一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，并配有人機(jī)界面。化學(xué)激光器各單元模塊的數(shù)據(jù)采集包括PAC調(diào)理模塊和PAC采集模塊。

PAC架構(gòu)控制器與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端、遠(yuǎn)程激光器控制端的通信鏈接方式是PAC架構(gòu)控制器與工業(yè)交換機(jī)以雙屏蔽五類RJ45網(wǎng)線連接，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端、遠(yuǎn)程激光器控制端與工業(yè)交換機(jī)經(jīng)光纖收發(fā)器以光纖連接，用于遠(yuǎn)距離傳輸并隔離傳輸過(guò)程中的電磁干擾。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端和遠(yuǎn)程激光器控制端，包括至少一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

所述的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端，安裝有數(shù)據(jù)采集客戶端程序，接收、解析、顯示和保存經(jīng)UDP發(fā)送來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為遠(yuǎn)程激光器控制端，支持RDP協(xié)議。

化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括用于對(duì)化學(xué)激光器各單元模塊的數(shù)據(jù)采集、激光器動(dòng)作執(zhí)行單元控制輸出、數(shù)據(jù)調(diào)理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)發(fā)送與遠(yuǎn)程連接的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端、遠(yuǎn)程激光器控制端，所述遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端、遠(yuǎn)程激光器控制端與數(shù)據(jù)采集控制服務(wù)器通過(guò)工業(yè)交換機(jī)連接通信。

化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法的具體實(shí)施如下：

(1)初始化PAC架構(gòu)控制器；

(2)初始化化學(xué)激光器溫度傳感器、壓力傳感器及電磁閥相關(guān)外圍電路；

(3)初始化遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端和遠(yuǎn)程激光器控制端；

(4)遠(yuǎn)程激光器控制端經(jīng)RDP協(xié)議遠(yuǎn)程連接PAC架構(gòu)控制器；

(5)遠(yuǎn)程操作PAC架構(gòu)控制器，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集，將激光器現(xiàn)場(chǎng)溫度與壓力數(shù)據(jù)，經(jīng)UDP協(xié)議由通信單元的網(wǎng)口向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀；

(6)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端接收UDP數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過(guò)解析處理后，實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)信息，同時(shí)保存所顯示的數(shù)據(jù)信息。

(7)遠(yuǎn)程激光器控制端操作PAC架構(gòu)控制器執(zhí)行單個(gè)或多個(gè)電磁閥的開(kāi)關(guān)動(dòng) 作，進(jìn)行激光器預(yù)出光準(zhǔn)備動(dòng)作，判斷激光器溫度與壓力參數(shù)是否滿足正式出光試驗(yàn)條件。

(8)遠(yuǎn)程激光器控制端操作PAC架構(gòu)控制器執(zhí)行激光器出光時(shí)序動(dòng)作，進(jìn)行激光器正式出光試驗(yàn)操作。

(9)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端保存激光器正式出光試驗(yàn)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控方法，包括如下步驟：

(1)初始化PAC架構(gòu)控制器和外圍信號(hào)電路；

(2)初始化遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端和遠(yuǎn)程激光器控制端；

(3)遠(yuǎn)程激光器控制端經(jīng)RDP協(xié)議遠(yuǎn)程控制操作PAC架構(gòu)控制器，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集，經(jīng)UDP協(xié)議由通信單元的網(wǎng)口向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)幀；

(4)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端，接收UDP數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過(guò)解析處理后，實(shí)時(shí)顯示采集數(shù)據(jù)信息，同時(shí)保存所顯示的數(shù)據(jù)信息。

(5)遠(yuǎn)程激光器控制端經(jīng)RDP協(xié)議遠(yuǎn)程控制操作PAC架構(gòu)控制器，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求控制激光器動(dòng)作執(zhí)行單元進(jìn)行控制輸出操作。

(6)所述步驟(3)的UDP協(xié)議數(shù)據(jù)幀，其中第一部分為幀頭，占用4各字節(jié)，第一位數(shù)據(jù)類型為BYTE，占一個(gè)字節(jié)，代表數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí)碼，第二位字節(jié)填充值為0X6A(106，j)，第三位字節(jié)填充值為0X63(99，c)，故第二三位作為數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)識(shí)碼代表“監(jiān)測(cè)”，第四位為數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度。第二部分表示數(shù)據(jù)包序列號(hào)，數(shù)據(jù)類型為int型，占用四個(gè)字節(jié)。最后部分為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型為float型，依次順序排列監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值。

圖1所示，本發(fā)明的化學(xué)激光器工業(yè)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，包括PAC架構(gòu)控制器B，將調(diào)理模塊130(SCXI-1102B+SCXI 1308)、采集模塊140(PXI-6251)、輸出模塊150、處理單元220、存儲(chǔ)單元230、通信單元240通過(guò)內(nèi)部的PXI總線160背板相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與通信。

所述PAC架構(gòu)控制器與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端C、遠(yuǎn)程激光器控制端D通過(guò)工業(yè)交換機(jī)200經(jīng)光纖210連接通信。

所述調(diào)理模塊130與化學(xué)激光器的溫度傳感器、壓力傳感器110線路連接；所述輸出模塊150與化學(xué)激光器的電磁閥120線路連接。

所述采集模塊140采集經(jīng)調(diào)理模塊130調(diào)理后的傳感器電流信號(hào)。

所述處理單元220將采集模塊中的傳感器電流信號(hào)通過(guò)誤差校準(zhǔn)算法進(jìn)行校準(zhǔn)、物理量轉(zhuǎn)換處理(電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的激光器壓力、溫度物理量值)，并保存于存儲(chǔ)單元230。

所述通信單元240將處理單元220中的激光器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)經(jīng)設(shè)定的UDP協(xié)議170打包封裝，由網(wǎng)卡190經(jīng)工業(yè)交換機(jī)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端C相連。

所述通信單元240將PAC架構(gòu)控制器B的桌面控制指令經(jīng)設(shè)定的RDP協(xié)議180，由網(wǎng)卡190經(jīng)工業(yè)交換機(jī)200與遠(yuǎn)程激光器控制端D連接。

所述PAC架構(gòu)控制器B與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端C、遠(yuǎn)程激光器控制端D的通信鏈接方式是PAC架構(gòu)控制器B與工業(yè)交換機(jī)200以RJ45雙屏蔽網(wǎng)線230連接，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)端C、遠(yuǎn)程激光器控制端D與工業(yè)交換機(jī)200以光纖210連接，用于遠(yuǎn)距離傳輸并隔離傳輸過(guò)程中的電磁干擾。