多种传输模式的可组态电能及数字量、模拟量集成采集器的制作方法

本发明专利属于智能制造及信息化应用范围，实现对生产设备基础数据的收集，为工业智能化及工业互联网发展服务。

背景技术：

工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，日益成为新工业革命的关键支撑和对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性影响。工业互联网通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系，打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施，形成智能化发展的新兴业态和应用模式。数据采集是整个工业物联体系中最重要的基础。专业的产品可以解决数据采集数量少、源单一、精度低、成本高等问题，增加设备设施、生产管理、作业环境可感知的深度、广度和精度，可以解决原来因数据缺失、延时和粗糙，无法精准管理的问题。在传统的工业控制中，能量的采集是采用传统的电表，且并不能细化到第一台设备上的，做不到设备的精细化、效益化管理，为更好的了解设备的工作状况以及能耗情况，有必要采用一种集成多种功能的产品，将用户所需的各种数据通过一种渠道进行管理。

发明专利内容

本发明专利所要解决的技术问题在于：包含有线、无线等多种传输模式的可组态的可对电能及数字量、模拟量进行采集的集成产品。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案在于：提供一种多功能的数据采集器，包括数据中央处理部分、采集部分、信号隔离部分、通讯部分、存储部分、组态配置部分，具体所述有三相电压电流输入的电能采集、有8路开关量采集、有4路模拟量采集。所述包含有线通讯端口rs232、rs485、以太口、lora、nb-iot、wifi、2g/3g/4g/5g无线通讯端口，所述各端口及端口的属性可进行组态和配置，开关量的每个位的含义定义，模拟量的0～5v、0～10v、4～20ma、0～20ma输入类型配置，各种无线模块多选或单选的配置。所述有无限次快速读写的铁磁存储单元，所述实现上述功能的多线程、多事件触发及仲裁算法，所述采用的高性能嵌入式mcu。

在本技术方案中，三相电能采集信号隔离输入为三相电压及对应的三相电流。

在本技术方案中，开关量输入、模拟量输入均采用光电隔离输入。

在本技术方案中，远程通讯协议为modbusrtu或自定义协议。

在本技术方案中，远程通讯地址的任意设置及修改。

在本技术方案中，远程通讯波特率为4800-115200。

本发明专利的有益效果在于：传统的电能采集及数据采集往往是独立的或者功能不全的、如实现本专利功能则一体积较大，二成本较高，三需要二种以上产品，不能满足实际用户需求，所以本专利的高度集成化及灵活的组态功能完全能够满足实际所需，可以根据被采样设备的不同，对采集来的数据进行分析处理，可为企业能源管理、设备管理、提高产品质量和效率、降低成本提供准确的数据支持，是产业升级不可缺少的数据来源，并具有体积小、重量轻，结构紧凑，功能灵活，性能稳定、可靠，减少用户费用支出的优点。

附图说明

图1是本发明专利的电路原理框图。

图2是本发明专利的软件事件处理流程。

具体实施方式

如图1所示，其包括电能解析功能模块2，可以根据输入的三相电压、三相电流，解析用电设备的电能信息，包括三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、三相视在功率、三相电能、三相功率因数、合相功率、合相电能、合相功率因数等数据。电压、电流转换精度为32位。其中电压隔离1及电流隔离3，采用高精度的电压及电流互感器，杜绝高电压及大电流对设备的干扰和实现安全防护。电能解析功能模块2与中央处理单元6之间通过spi进行高速通讯将电能数据传递中央处理单元6。开关量隔离4是处理输入的开关量，共8路，输入电压驱动可从12v～24v，采用光电隔离。模拟量隔离9是处理输入的摸拟量，共4路，差分输入抗干扰，输入信号可为0～5v、0～10v、4～20ma、0～20ma，输入模式可以通过软硬件进行配置，同时采用光电隔离。模拟量输入精度为24位。rs232端口5与rs485端口7，可实现在有线方式下的信息通讯功能，两种方式任意切换，无需配置，两个端口也是系统配置接口，通过串口调试软件进行配置以太口状态、无线模块信息等，同时rs232端口可进行系统在线、离线程序下载升级等。以太口8是用来进行联网通讯，实现多台设备的联网数据传输，该端口兼容ieee802.3z协议，内嵌tcp/ip协议具有tcp、client/tcp、server/udp、client/udpserver4种工作模式，端口信息配置可通过rs232串口及浏览器模式进行设置或修改。无线端口10可扩展为多种方式，lora、nb-iot、wifi、2g/3g/4g/5g等，具体应用可以配置，可多选，使产品实现小型网关功能，将数据传送至云服务器。中央处理单元6是采用嵌入式mcu，处理速度快，存储空间大，功能强大，其中包含一个铁磁存储器，可无限次读写数据，保证不丢失所有采集到的数据。中央处理单元6处理电能信息、开关量及模拟量数据，将数据进行存储、管理，通过modbusrtu协议与外部设备进行交互，通过有线或无线方式将数据上传至管理服务端，通讯地址任意设置修改及波特率从4800-115200。

如图2所示，在图1的中央处理单元6进行实时开关量、模拟量及电能的数据处理、存储、转发，同时进行各端口、各模块的信息配置。在产品工作时各功能块要协调工作，处理各功能采用多线程工作模式，在多事件管理上，采用仲裁算法，可保证关键事件多任务同时处理，并通过合理的拓扑结构来提升性能，在软件的数据链路层提供链路级的流量控制和在软件的逻辑层提供系统级的流量控制，保证通讯的高稳定性能。

技术特征：

1.一种多种传输模式的可组态电能及数字量、模拟量集成采集器，其包括有：通过内嵌三相智能电能采集芯片，与mcu进行高速spi通信读取电能数据，并扩展了多路数字di接口和模拟量ai接口，实现了电能与数字量、模拟量采集高度集成的功能。同时具有有线及无线通讯接口，采用多线程、多事件同时触发技术，增强和集成产品接口驱动能力，实现丰富的外部信息交互接口，即具有数据采集功能同时亦可替代网关的功能，实现所有设备、产线、传感器装备的数据收集。

2.如权利要求1所述的一种多种传输模式的可组态电能及数字量、模拟量集成采集器，其特征在于：电能与数字量及模拟量数据采集的小型化，集成化，并可对输入端口及通讯端口功能进行组态、配置。

3.如权利要求1所述的一种多种传输模式的可组态电能及数字量、模拟量集成采集器，其特征在于：通讯方式包括有线方式：无需配置任意切换的rs232与rs485接口及以太接口，多种方案的(lora/nb-iot/wifi/2g/3g/4g/5g)无线接口。

4.如权利要求1至3所述的一种多种传输模式的可组态电能及数字量、模拟量集成采集器，其特征在于：采用多线程触发技术，通过仲裁算法在采集及通讯接口方面做到实时响应，无延迟，做到即采即收即送。

5.如权利要求1至4任一项所述的一种多种传输模式的可组态电能及数字量、模拟量集成采集器，其特征在于：采集器地址可进行修改保存。

6.如权利要求1至4所述的一种多种传输模式的可组态电能及数字量、模拟量集成采集器，其特征在于：波特率从4800-115200可进行修改保存。

7.如权利要求1至4所述的一种多种传输模式的可组态电能及数字量、模拟量集成采集器，其特征在于：通讯支持工业标准modbusrtu协议。

8.如权利要求1所述的一种多种传输模式的可组态电能及数字量、模拟量集成采集器，其特征在于：电能采集精度为32位及模拟量采集精度为24位。

技术总结
本发明专利涉及多种传输模式的可组态电能及数字量、模拟量集成采集器。该产品集成了三相电能采集及8路开关量、4路模拟量输入端口，各输入端口可进行组态配置，支持MODBUS RTU协议，无论电量或开关量及模拟量采集均采用了光电隔离技术，避免外部信号对采集来信号的影响。电能精度为32位及模拟量采集为24位，并对每项数据进行了标准化校验。采集数据传输有线接口包含RS232/RS485/以太口、无线接口包含LoRa/NB‑IoT/wifi/2G/3G/4G/5G，各种接口可进行任意配置，其中RS232与RS485可随意切换。采集节点地址任意修改保存，波特率从4800‑115200任意修改保存。

技术研发人员：崔岩;孟凡成
受保护的技术使用者：崔岩
技术研发日：2019.05.06
技术公布日：2020.11.06