Io系列的水务数据采集控制智能终端及水务集中监控系统的制作方法

Io系列的水务数据采集控制智能终端及水务集中监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种IO系列的水务数据采集控制智能终端及水务集中监控系统，包括：包括:水务数据采集装置，所述水务数据采集装置与监测站点的自动控制系统和设备仪表的IO接口进行通信；数据处理装置通过外部网关设备同步更新内置的标准化数据指标库，并根据所述标准化数据指标库将所述自控变量数据和所述设备IO接口数据转化为标准指标数据；通信装置获取管理员通过所述移动终端发送的控制指令，并将所述控制指令转发至所述数据处理装置。本发明与监测站点的自动控制系统和设备仪表的IO接口进行通信，采集IO接口的数据，对采集到的水务数据进行标准化处理和数据统计，可以实现对水务数据的集中采集与远程控制。
【专利说明】
IO系列的水务数据采集控制智能终端及水务集中监控系统
技术领域
[0001] 本发明设及水务大数据采集、处理、分析技术领域，特别设及一种IO系列的水务数 据采集控制智能终端及水务集中监控系统。。
【背景技术】
[0002] 目前污水处理厂、自来水厂、累站、监测站点的远程数据采集和远程控制没有成熟 专有系统，多数情况下利用组态软件部署在互联网（或企业专网）上进行远程数据采集和远 程控制，利用通用DTU/RTU进行数据通讯。
[0003] 组态软件的应用基础是工业网（局域网），工业网的网络稳定、安全性高，组态软件 运行效果很好，是工业领域的常规数据采集控制系统。但在互联网领域，传统的组态软件 DTU/RTU不能在稳定性差、安全性差(相对于工业网）的互联网上良好应用，存在W下问题：
[0004] (1)数据传输可靠性差：由于组态技术发源于工业网络，工业网为有线局域网，网 络拓扑单一、稳定，但是互联网网络环境复杂，包括有线和无线(包括GPRS、3G等通信方式） 网络路径。组态软件原有的数据传输技术不能完全适应互联网，容易出现连接中断或数据 丢失，目前的DTU/RTU产品多为透明传输的通用产品，存储量小，不能实现可靠的断点续传。
[0005] (2)工业数据库支持数据综合分析能力差:组态软件利用工业库存储实时数据，工 业库用于存储海量实时数据，采用线性压缩存储技术，存储机制为变化存储。另外，数据存 储单元为"变量"每个变量一个记录。运种机制针对实时监控、历史分析、多变量对比分析等 纵向抽取的支持力度很大，但对于多站点指标查询、对比分析、统计分析等多维分析不支持 直接访问，需要大量中间处理过程，存储开发复杂，效率较低，人机交互时间长的缺点。
[0006] (3)远程控制不可靠:组态软件为实时控制软件，需要稳定快速的网络通道，但互 联网网络环境复杂，并且包括有线和无线（包括GPRS、3G等通信方式）网络路径，网络不稳 定，丢包率较高，导致组态软件的控制指令不能及时送达和回馈，其原有远程控制机制容易 出现错误。
[0007] (4)无法进行数据标准化:组态软件采用的是变量存储管理机制，DTU/RTU为透明 传输，变量由自控工程师自定义，变量定义不能包含太多业务概念，导致组态过程不能实现 数据的指标化定义、管理W及标准化，不利于在线数据的后续综合分析。
[000引水务行业厂站自控系统的数据一般W化C变量形态存在。PLC变量的定义在一些成 熟行业有行业标准，但是在水务行业没有相关行业标准指导设计人员和自控工程师定义变 量，导致水务行业自控系统化C变量的定义存在很大的随意性。传统的W组态软件为主的单 厂站自控系统W监控为主，业务逻辑相对简单，运种随意性对自控系统本身来讲没有太多 影响。
[0009]在互联网时代，水务公司、水务管理和监管部口采集一个城市甚至全国的厂站在 线数据不仅用于集中监控，还需要将在线数据进行挖掘利用，为业务系统、决策支持系统服 务。运种各厂站随意定义的变量数据集中采集到一起，很难实现标准化展现、通用对比分 析、统计汇总、综合分析等常用如软件功能。
[0010] 例如，每个水厂相同工艺节点设备的同一在线数据为不同变量，数据利用时不能 按固定规则随意查询分析，而需要逐个变量的配置，当增加或减少厂站时，还需要重新配 置，不能自动接入或剔除。当数据查询时不能任意查询一个变量进行多个厂站数据对比。
[0011] (5)无法进行数据预处理:基于组态软件功能及工业库变量存储机制，组态软件及 DTU/RTU不能在采集前端实现复杂公式计算、数据统计汇总、特征数据提取等数据预处理功 能。

【发明内容】

[0012] 本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0013] 为此，本发明的目的在于提出一种IO系列的水务数据采集控制智能终端及水务集 中监控系统，通过与监测站点的自动控制系统和设备仪表的IO接口进行通信，采集IO接口 的数据，利用ARM嵌入式处理器对采集到的水务数据进行标准化处理和数据统计，可W实现 对水务数据的集中采集与远程控制，适用于厂站远程数据采集与控制，实现运营管理一体 化。
[0014] 为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种IO系列的水务数据采集控制 智能终端，包括:水务数据采集装置，所述水务数据采集装置与监测站点的自动控制系统和 设备仪表的IO接口进行通信，用于采集监测站点的自动控制系统和设备仪表的数字量和模 拟量，包括:所述监测站点自动控制系统的自控变量数据和所述设备仪表的设备IO接口数 据;数据处理装置，所述数据处理装置与外部的网关设备进行通信，采用TCP/IP协议通过所 述外部网关设备同步更新内置的标准化数据指标库，并根据所述标准化数据指标库将所述 自控变量数据和所述设备IO接口数据转化为标准指标数据，将所述标准指标数据W预设数 据存储规则进行存储得到本地实时数据库，W及对所述本地实时数据和历史数据进行数据 预处理得到所述自动控制系统和设备仪表的基础数据和特征数据，并将所述本地实时数 据、基础数据和特征数据通过所述网关设备上传至远程监控系统，W由所述远程监控系统 对所述监测站点的设备设施和所述设备仪表的运行数据和运行状态进行监控，通信装置， 所述通信装置与所述数据处理装置和外部移动终端设备进行通信，W获取管理员通过所述 移动终端发送的控制指令，并将所述控制指令转发至所述数据处理装置。
[0015] 进一步，所述通信装置为GSM/GPRS通信模块。
[0016] 进一步，所述水务数据采集装置采用USB接口、VGA接口、RJ45接口、RS232接口和/ 或RS485接口连接所述自动控制系统和所述设备仪表;数据处理装置采用RJ45接口连接数 据网关设备。
[0017] 进一步，所述自控变量数据的类型包括：水量、水质、工艺运行参数、设备运行参 数、设备运行状态。
[0018] 进一步，所述标准化数据指标库包括指标匹配清单，所述指标匹配清单包括指标 名称、指标属性定义和自控变量匹配信息，
[0019] 所述数据处理装置在获取所述自控变量数据和设备IO接口数据后，依据所述指标 匹配清单将所述自控变量数据和设备IO接口数据转换为对应的标准指标数据。
[0020] 进一步，所述基础数据包括:对所述本地实时数据和历史数据分别W日、周和月进 行统计汇总，生成对应的日表、周表和月表。
[0021] 进一步，所述特征数据包括:对所述本地实时数据和历史数据进行分析得到的最 大值、最小值、平均值和累计值。
[0022] 进一步，所述数据处理装置还用于通过所述网关设备接收所述远程监控系统的远 程控制指令，并对所述远程控制指令进行转换，将转换后的远程控制指令发送至所述监测 站点的自动控制系统和/或设备仪表，W由所述自动控制系统和/或设备仪表执行对应的控 制动作，其中，所述远程控制指令包括:所述远程监控系统根据所述实时数据、基础数据和 特征数据生成的对所述自动控制系统的控制策略。
[0023] 本发明实施例的IO系列的水务数据采集控制智能终端，通过与监测站点的自动控 制系统和设备仪表的IO接口进行通信，采集IO接口的数据，利用ARM嵌入式处理器对采集到 的水务数据进行标准化处理和数据统计，可W实现对水务数据的集中采集与远程控制，适 用于厂站远程数据采集与控制，实现运营管理一体化，使得嵌入式运行管理软件与自动控 制系统和设备仪表直接互联，并且采用移动通信模块实现与外部的移动终端的通信，接收 管理员的远程控制指令。本发明实施例的IO系列水务数据采集控制智能终端，具有W下有 益效果：
[0024] (1)集成化:本发明集成了多个软硬件系统功能(例如:工控机、采集卡、数据标准 化及预处理软件、数据上传及断点续传软件，相当于将工控机、组态软件、DTU/RTU等集成为 一个嵌入式设备），使得整个系统简捷，故障点少。
[0025] (2)智能化:针对水务数据采集与远程控制业务进行了数据标准化、数据预处理、 业务逻辑控制等功能设置，使得智能终端比通用DTU/RTU具有了更多智能性。
[0026] (3)易维护:相比传统的基于工控机+RTU的数据采集及控制系统，本发明均采用嵌 入式、低功耗、无风扇设计，设备体积小，易于放置;低功耗、无风扇特性使得设备无需机房 环境，维护成本低;嵌入式系统，开机即启动，无需专业人员管理;嵌入式系统无管理桌面， 一般人员无法进行其他用途，系统稳定。
[0027] (4)数据传输可靠性强:本发明采用同步和异步数据传输机制，基于应用于互联网 的数据交换技术开发与中屯、数据接收网关的数据同步功能，使得数据采集控制智能终端与 中屯、数据接收网关的数据传输可靠性大大增强。
[00%] (5)支持远程控制:采用异步控制策略，支持远程策略控制，接收远程监控中屯、的 控制策略，将控制策略转化为若干控制指令逐条发给设备，并可基于控制模型在反馈数据 的支撑下动态调整控制指令，W此实现可靠的远程控制。
[0029] (6)支持数据标准化:利用内嵌数据标准化管理功能，将采集的数据就地标准化后 进行存储、处理、上传，利于在线数据的后续展现和综合分析。
[0030] (7)支持数据预处理:利用内嵌数据预处理软件，可将标准化转换后的数据进行公 式计算、基础库抽取、计算指标计算等数据预处理工作，并将处理成果数据上传，在智能终 端进行数据预处理，可W提高数据准确性，避免在中屯、端进行预处理导致的因网络故障而 引发的数据错误。
[0031] 本发明实施例提供一种水务集中监控系统，包括:上述实施例提供的IO系列的水 务数据采集控制智能终端、网关设备和远程监控系统，其中，所述水务数据采集控制智能终 端与所述监测站点的自动控制系统和设备仪表的IO接口进行通信，所述网关设备分别与所 述水务数据采集控制智能终端和所述远程监控系统进行通信，所述网关设备用于将来自所 述水务数据采集控制智能终端的本地实时数据、基础数据和特征数据转发至所述远程监控 系统，W及将来自所述远程监控系统的标准化数据指标库同步至所述水务数据采集控制智 能终端，将所述远程控制指令转发至所述水务数据采集控制智能终端，W由所述水务数据 采集控制智能终端将所述远程控制指令下发至所述监测站点的自动控制系统和设备仪表， 控制所述自动控制系统和所述设备仪表调整运行状态;所述远程监控系统用于管理所述标 准化数据指标库，并接收所述IO系列的水务数据采集控制智能终端的本地实时数据、基础 数据和特征数据，对所述实时数据、基础数据和特征数据进行分析并呈现给运营管理人员， 对所述实时数据、基础数据和特征数据进行分析生成对所述自动控制系统和所述设备仪表 的远程控制指令，其中，所述远程控制指令包括对所述自动控制系统的控制策略。
[0032] 进一步，所述网关设备包括：
[0033] 数据接收网关，所述数据接收网关与所述水务数据采集控制智能终端和所述远程 监控系统相连，用于将所述IO系列的水务数据采集控制智能终端的本地实时数据、基础数 据和特征数据上传至所述远程监控系统；
[0034] 集中测控网关，所述集中测控网关与所述水务数据采集控制智能终端和所述远程 监控系统相连，用于将所述远程控制指令下发至所述水务数据采集控制智能终端；
[0035] 数据采集网关，所述数据采集网关与远传智能仪表、第S方数据传输单元DTU、第 S方采集数据库和远程监控系统相连，用于将所述远传智能仪表、第S方数据传输单元DTU 和第=方采集数据库采集的数据传输至所述远程监控系统。
[0036] 根据本发明实施例的水务集中监控系统，可W监测站点的自动控制系统和设备仪 表的数据通过网关设备远程上传给远程监控系统，由远程监控系统进行存储记录和分析， 并生成针对该自动控制系统的控制策略。由水务数据采集控制智能终端将控制策略转化为 若干控制指令逐条发给监测站点的自动控制系统和设备仪表，从而实现对其的远程控制， 具有较高的数据可靠性。
[0037] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0038] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解，其中：
[0039] 图1为根据本发明实施例的IO系列的水务数据采集控制智能终端的结构图；
[0040] 图2为根据本发明实施例的水务集中监控系统的结构图；
[0041] 图3为根据本发明实施例的水务集中监控系统的示意图。
【具体实施方式】
[0042] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0043] 水务行业为设备密集型行业，污水收集、污水处理、污泥处置、再生水回用等各板 块均有大量设备设施。为实现运营管理一体化，本发明提出了一种IO系列的水务数据采集 控制智能终端及水务集中监控系统，适用于水务特点的专业数据采集及控制应用，使得运 营管理软件与自动控制系统直接互联，实现城镇水务单位累站、水务监测站点和设备仪表 (串口）的远程数据采集与控制。
[0044] 如图1所示，本发明实施例的IO系列的水务数据采集控制智能终端，包括:水务数 据采集装置1、数据处理装置2和通信装置3。
[0045] 具体地，水务数据采集装置1与监测站点的自动控制系统10和设备仪表20的IO接 口进行通信，用于采集监测站点的自动控制系统和设备仪表的数字量和模拟量，包括:监测 站点自动控制系统的自控变量数据和所述设备仪表的设备IO接口数据。其中，监测站点例 如为:污水处理厂、自来水厂、污泥处置厂、累站等。其中，水务数据采集装置1具有32路单 端/16路差分AI，16路DI接口，16路DO接口。
[0046] 在本发明的一个实施例中，自控变量数据的类型包括:水量、水质、工艺运行数据、 设备运行参数、设备运行状态。
[0047] 需要说明的是，上述数据仅是出于示例的目的，而不是限制变量数据的范围。变量 数据还可W包括其他类型的水务数据，在此不再寶述。
[004引在本发明的一个实施例中，水务数据采集装置1采用USB接口、VGA接口、RJ45接口、 RS232接口和/或RS485接口连接自动控制系统和设备仪表。具体地，水务数据采集装置1包 括:2个RS232接口、1个RS485接口、1个VGA接口、2个USB2.0接口。
[0049] 在本发明的一个实施例中，数据处理装置2采用ARM嵌入式处理器，具有1个RJ45接 口，用W连接至数据网关设备。
[0050] 相较于传统的基于工控机、RTU的数据采集及控制系统，数据处理装置2采用嵌入 式设备，具有嵌入式、低功耗、无风扇设计、设备体积小、易于放置等特点。嵌入式设备的功 耗低，无风扇特性使得设备无需机房环境，维护成本低。并且，嵌入式设备可W实现开机即 启动，无需专业人员管理，无管理桌面，一般人员无法进行其他用途，保证系统稳定。
[0051] 数据处理装置2与外部的网关设备进行通信，采用TCP/IP协议通过外部网关设备 同步更新内置的标准化数据指标库，并基于标准化数据指标库将自控变量数据转化为标准 指标数据。
[0052] 首先，对标准指标的定义进行相关说明。
[0053] 本发明为解决数据综合利用问题，建立了数据标准化管理体系，提出了数据"指 标"的概念。
[0054] 指标是对数据项的命名。根据城镇水务行业的业务特点，本发明将城镇水务生产 运营单位(企业、事业单位)的生产运行数据项定义为生产指标。例如:进水水量、出水水质、 溶解氧浓度、鼓风机电量、进水累房提升累状态等。指标定义的是唯一的数据项，运个数据 项在一个生产序列（相对完整的生产线)里是唯一的，在不同业务单元或不同生产序列里是 相同的。
[0055] 具体地，标准化过程中，标准指标的命名、属性定义、匹配配置等管理功能在远程 监控侧完成。
[0056] 下面对指标命名和定义进行说明。
[0057] (1)指标命名
[0058] 为了使指标名称代表一定的业务信息，指标名称可配置定义，实现指标标准化、唯 一性，根据城镇水务行业的业务特性，将指标名称按区段定义如下：
[0059] 生产指标=构筑物(成套设备)编号+构筑物(成套设备）名称+区段+
[0060] 设备仪表编号+设备仪表名称+基础指标
[0061] 需要说明的是，上述除"基础指标"为必须字段外，其余字段均为可选字段。
[0062] 1)基础指标是指标命名体系中最短的指标名称，代表明确的业务含义，仅不包含 空间位置信息。在城镇水务行业，很多指标名称已经约定俗成，无需附加位置信息就可理解 其业务含义。因此，在生产指标命名体系中除基础指标W外的属性为可选区段。
[0063] 为了使基础指标名称更规范，更容易维护，本发明将基础指标进行了近一步分解， 基础指标区段定义如下：
[0064] 基础指标二前修饰词+基础变量+后修饰词
[0065] 需要说明的是，除"基础变量"为必须字段外，其余字段均为可选字段。
[0066] 基础变量为指标定义体系中最小的单元，基础变量是带有最基础业务属性的名称 (不是没有业务特征的电压、水位、浓度等技术性名称），如:生化需氧量或生化耗氧量B0D、 化学需氧量COD、投药量、污泥浓度、阀口开度等）。
[0067] 基础变量为梳理结果，根据城镇水务行业业务实际，在已有的生产运行数据中梳 理提炼，形成基础变量清单。为使基础变量字典方便管理，本发明将基础变量分为化验类、 公益类、药品类、能耗类、管理类。
[0068] 前修饰词为:进水、出水、清水、备用等位置、对象及状态等信息，为了方便前修饰 词字典管理，本发明将前修饰词分为对象类、工艺段类、修饰类。
[0069] 后修饰词为平均、差、比例、浓度等计算及特性等信息。
[0070] 2)构筑物(成套设备)编号
[0071] 构筑物(成套设备）的编号统一为 1#，2#，3#，4#，5#，6#，7#，8#，9#，10#，11#……
[0072] 3)构筑物(成套设备）名称
[0073] 构筑物(成套设备）名称分为预处理工艺段、一级处理工艺段、二级处理工艺段、深 度处理工艺段、污泥处理及处置工艺段、管网输配等。
[0074] 4)区段
[0075] 区段用于曝气池、消化池等工艺段的定义，定义如下表： 「00761 123 表 1
2 5)设备仪表编号 3 设备仪表编码统一为W下格式： 「OOftnl
L0081J 表 2
[0082] 6)设备仪表名称
[0083] 设备仪表名称分为累类、机类、器类、仪表类、阀闽类、其他类等共6大类。
[0084] (2)指标定义
[0085] 指标命名后，还需对其进行应用属性(操作属性)和计算公式定义。应用属性包括： 指标类型、操作类型、数据单位、数据类型、指标的状态、指标使用组织机构、数据格式、默认 值、最大值、最小值等。当指标类型为计算指标时，可W定义指标计算公式，计算公式包括四 则运算和函数计算，计算公式中可W引用其他参数也可引用其他指标。
[0086] 本发明实施例的水务数据采集控制智能终端实现的标准化功能包括:指标匹配清 单同步、数据转化。其中，标准化数据指标库包括指标匹配清单，指标匹配清单包括指标名 称、指标的属性定义和自控变量匹配信息。
[0087] 本发明实施例的IO系列水务数据采集控制智能终端与远程监控终端的标准化数 据指标库的同步，包括指标匹配清单同步。基于消息中间件实现与网关设备的指标匹配清 单数据同步，将已经定义配置完成的本站点的指标匹配清单同步到本地数据库，并实现动 态更新。
[0088] 数据处理装置2在获取变量数据后，基于指标匹配清单将自控变量数据转换为对 应的标准指标数据。
[0089] 具体地，数据处理装置2基于指标标准及指标匹配清单，将采集到的自动控制系统 的变量数据和设备仪表的设备IO接口数据转换为标准指标数据，将转换后的标准指标数据 存储在本地关系型数据并上传，利于在线数据的后续展现和综合分析。
[0090] 综上，数据处理装置2同步数据网关的标准化数据指标库，在采集相关变量数据 时，可通过配置进行复杂的业务逻辑运算，将采集的自控系统变量数据和设备IO接口数据 转换为标准指标数据，为变量数据和设备IO接口数据直接应用于上端的远程监控系统的提 供了条件，因为标准化后的数据才可向上传输。
[0091] 然后，数据处理装置2将标准指标数据W预设数据存储规则进行存储得到本地实 时数据。
[0092] 为实现由变量管理向指标化管理的转变，首先重新定义了数据存储模式，将部分 数据属性字段化，本发明定义的预设数据存储规则如下：
[0093] 数据=业务单元+序列+生产运营指标+频次+所属时间
[0094] 其中，所属时间:某日+时间段/时间点;时间段:上午、下午、白天、夜晚。
[00M]在运个预设数据存储规则下，生产运营指标名称所需要包含属性已经不用包含业 务单元、生产序列等组织信息，也不用包含频次、所属时间等时间信息，指标只需要包含业 务倍息。
[0096] 进一步，数据处理装置2对本地实时数据和历史数据进行数据预处理得到自动控 制系统和设备仪表的基础数据和特征数据，并将本地实时数据、基础数据和特征数据通过 网关设备上传至远程监控系统。由远程监控系统对监测站点的设备设施和设备仪表的运行 数据和运行状态进行监控。
[0097] 在本发明的一个实施例中，数据处理装置2进行数据预处理，数据预处理主要包括 W下两种形式：
[0098] (1)第一种形式是按指标计算公式进行指标计算。
[0099] 将标准化转换后的数据进行公式计算、基础库抽取、计算指标计算等数据预处理 工作，并将处理成果数据上传至远程监控系统。在智能终端侧进行数据预处理可W提高数 据准确性，避免在远程监控系统侧进行预处理导致因网络故障引发的数据错误等问题。
[0100] (2)将本地存储的短期历史数据按既定规则抽取汇总生成基础库，再将基础库上 传。
[0101] 具体地，数据处理装置2中设置有实时库、历史库、基础库。其中，实时库用于存储 本地实时数据，历史库用于存储历史数据，基础课用于存储基础数据。
[0102] 在本发明的一个实施例中，基础数据包括:对本地实时数据和历史数据分别W日、 周和月进行统计分析，生成对应的日表、周表和月表。
[0103] 此外，数据处理装置2还可W基于历史库提取特征数据，根据本地实时数据和历史 数据统计计算得到特征数据。
[0104] 在本发明的一个实施例中，特征数据包括:对本地实时数据和历史数据进行统计 计算得到的最大值、最小值、平均值和累计值等。
[0105] 在本发明的一个实施例中，本发明采用存储卡存储近期数据，包括:采集的变量数 据、本地实时数据、历史数据、预处理得到的基础数据和特征数据。
[0106] 采用存储卡存储数据可W保证在网络长期中断(几个月）恢复后实现断点续传。若 网络故障，则实时监测网络状况，网络恢复后进行断点续传。
[0107] 本发明在将变量数据标准化转换后，基于预设指标公式和本地实时数据、历史数 据进行前端计算(数据预处理），将计算结果上传至远程监控系统。远程监控系统基于前端 数据(预处理后的数据)进行，避免了因网络故障等原因引起的中屯、端数据(远程监控系统 侧的数据)不完整而造成的实时计算错误，保证数据稳定，计算结果正确率得到提高。
[0108] 在本发明的一个实施例中，存储卡内采用关系型数据库存储实时数据及主题数 据，将关系型数据库同步到远程监控系统，关系型数据库具有良好的数据统计汇总分析支 撑能力。
[0109] 此外，本发明W预设周期定期清理历史数据，释放硬盘空间，保证近期的数据获得 存储空间。
[0110] 通信装置3与数据处理装置2和外部移动终端设备30进行通信，W获取管理员通过 移动终端30发送的控制指令，并将控制指令转发至数据处理装置2。
[0111] 在本发明的一个实施例中，通信装置3可W为GSM/GPRS通信模块。
[0112] 综上，本发明的IO系列的水务数据采集控制智能终端为嵌入式设备，设备包括主 板、接口、存储卡、嵌入式软件。该智能终端为嵌入式ARM架构，超低功耗可靠性高，内置GSM/ GPRS蜂窝数据模块、具有数字量和模拟量采集功能的水务数据采集装置、工业标准Mo ^us- TCP数据通讯模块和可定制的采集软件。该智能终端可直连设备或传感器，在采集相关变量 数据时，还可通过配置进行复杂的业务逻辑运算，对数据进行标准化。本发明的智能终端也 具有远程管理和配置功能，支持远程固件更新和运行状态监控。本发明可配置多个数据源 同时进行数据采集，通过采集软件的定制化还可扩展并实现更多的业务功能。
[0113] 进一步，数据处理装置2还用于通过网关设备接收远程监控系统的远程控制指令， 并对远程控制指令进行转换，将转换后的远程控制指令发送至监测站点的自动控制系统 和/或设备仪表，W由监测站点的自动控制系统和/或设备仪表执行对应的控制动作。
[0114] 其中，远程控制指令包括远程监控系统根据本地实时数据、基础数据和特征数据 生成的对自动控制系统的控制策略。
[0115] 本发明的IO系列的水务数据采集控制智能终端的基本配置如下：
[0116] 操作系统：Linux-2.6.9;
[0117] 处理器:ARMlO 540MHz;
[011 引 内存:64MB;
[0119] 存储：256MB Flash，4GCF卡；
[0120] 无线:GSM/GPRS通信模块；
[0121 ] 采集:32路单端/16路差分AI，16路DI，16路DO;
[0122] 串口 ：2个RS232，1 个RS485;
[0123] 其他：IVGA，2个USB2.0，1个千兆RJ45;
[0124] 工作溫度:-40°C ~+85°C。
[0125] 本发明实施例的IO系列的水务数据采集控制智能终端，通过与监测站点的自动控 制系统和设备仪表的IO接口进行通信，采集IO接口的数据，利用ARM嵌入式处理器对采集到 的水务数据进行标准化处理和数据统计，可W实现对水务数据的集中采集与远程控制，适 用于厂站远程数据采集与控制，实现运营管理一体化，使得嵌入式运行管理软件与自动控 制系统和设备仪表直接互联，并且采用移动通信模块实现与外部的移动终端的通信，接收 管理员的远程控制指令。本发明实施例的IO系列水务数据采集控制智能终端，具有W下有 益效果：
[0126] (1)集成化:本发明集成了多个软硬件系统功能(例如:工控机、采集卡、数据标准 化及预处理软件、数据上传及断点续传软件，相当于将工控机、组态软件、DTU/RTU等集成为 一个嵌入式设备），使得整个系统简捷，故障点少。
[0127] (2)智能化:针对水务数据采集与远程控制业务进行了数据标准化、数据预处理、 业务逻辑控制等功能设置，使得智能终端比通用DTU/RTU具有了更多智能性。
[0128] (3)易维护:相比传统的基于工控机+RTU的数据采集及控制系统，本发明均采用嵌 入式、低功耗、无风扇设计，设备体积小，易于放置;低功耗、无风扇特性使得设备无需机房 环境，维护成本低;嵌入式系统，开机即启动，无需专业人员管理;嵌入式系统无管理桌面， 一般人员无法进行其他用途，系统稳定。
[0129] (4)数据传输可靠性强:本发明采用同步和异步数据传输机制，基于应用于互联网 的数据交换技术开发与中屯、数据接收网关的数据同步功能，使得数据采集控制智能终端与 中屯、数据接收网关的数据传输可靠性大大增强。
[0130] (5)支持远程控制:采用异步控制策略，支持远程策略控制，接收远程监控中屯、的 控制策略，将控制策略转化为若干控制指令逐条发给设备，并可基于控制模型在反馈数据 的支撑下动态调整控制指令，W此实现可靠的远程控制。
[0131] (6)支持数据标准化:利用内嵌数据标准化管理功能，将采集的数据就地标准化后 进行存储、处理、上传，利于在线数据的后续展现和综合分析。
[0132] (7)支持数据预处理:利用内嵌数据预处理软件，可将标准化转换后的数据进行公 式计算、基础库抽取、计算指标计算等数据预处理工作，并将处理成果数据上传，在智能终 端进行数据预处理，可W提高数据准确性，避免在中屯、端进行预处理导致的因网络故障而 引发的数据错误。
[0133] 下面参考图2和图3对本发明实施例的水务集中监控系统进行说明。
[0134] 如图2所示，本发明实施例的水务集中监控系统，包括:上述实施例提供的IO系列 的水务数据采集控制智能终端100、网关设备200和远程监控系统300。
[0135] IO系列的水务数据采集控制智能终端100与监测站点的自动控制系统和设备仪表 的串口进行通信，用于采集监测站点的自动控制系统和设备仪表的IO接口的数据。
[0136] 网关设备200分别与IO系列的水务数据采集控制智能终端100和远程监控系统300 进行通信。
[0137] IO系列的水务数据采集控制智能终端100采用同步和异步数据传输机制，基于应 用于互联网的数据交换技术开发与网关设备200的数据同步功能，使得水务数据采集控制 智能终端100与网关设备200的数据传输可靠性大大增强。
[0138] 网关设备200将来自水务数据采集控制智能终端100的本地实时数据、基础数据和 特征数据转发至远程监控系统300,将来自远程监控系统300的标准化数据指标库同步至水 务数据采集控制智能终端100,将远程控制指令转发至水务数据采集控制智能终端100。由 水务数据采集控制智能终端100将远程控制指令下发至监测站点的自动控制系统和设备仪 表，控制自动控制系统和设备仪表调整运行状态。
[0139] 在本发明的一个实施例中，如图3所示，网关设备200包括:数据接收网关210、集中 测控网关220和数据采集网关230。
[0140] 具体地，数据接收网关210与水务数据采集控制智能终端100和远程监控系统300 相连，用于将本地实时数据、基础数据和特征数据上传至远程监控系统300。
[0141] 集中测控网关220与水务数据采集控制智能终端100和远程监控系统300相连，用 于将远程控制指令下发至水务数据采集控制智能终端100。水务数据采集控制智能终端100 接收集中测控网关220的远程控制指令，将指令转换后发送给站点设备。
[0142] 数据采集网关230与远传智能仪表400、第S方数据传输单元DTU500、第S方采集 数据库600和远程监控系统300相连，用于将远传智能仪表400、第S方数据传输单元DT呪00 和第=方采集数据库600采集的数据传输至远程监控系统300。
[0143] 远程监控系统300管理标准化数据指标库，并接收水务数据采集控制智能终端100 的本地实时数据、基础数据和特征数据，对实时数据、基础数据和特征数据进行分析并呈现 给运营管理人员，W实现对监测站点设备设施和设备仪表运行状态的远程监控。
[0144] 并且，远程监控系统300进一步对实时数据、基础数据和特征数据进行分析生成对 自动控制系统的远程控制指令。其中，远程控制指令包括:对自动控制系统的控制策略，例 如对自动控制系统的目标量、操作量等的控制。
[0145] 具体地，水务数据采集控制智能终端100采用异步控制策略，支持远程策略控制， 接收远程监控系统300的控制策略，将控制策略转化为若干控制指令逐条发给监测站点的 自动控制系统和/或设备仪表，例如厂站的上位机或可编程逻辑控制单元化C，并基于控制 模型在反馈数据的支撑下动态调整控制指令，W此实现可靠的远程控制。控制过程中和控 制完成后，水务数据采集控制智能终端100均将控制状态和控制结果反馈给远程监控系统 300。
[0146] 根据本发明实施例的水务集中监控系统，可W监测站点的自动控制系统和设备仪 表的数据通过网关设备远程上传给远程监控系统，由远程监控系统进行存储记录和分析， 并生成针对该自动控制系统的控制策略。由水务数据采集控制智能终端将控制策略转化为 若干控制指令逐条发给监测站点的自动控制系统和设备仪表，从而实现对其的远程控制， 具有较高的数据可靠性。
[0147] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可W在任何 的一个或多个实施例或示例中W合适的方式结合。
[0148] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可W理解的是，上述实施例是示例 性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨 的情况下在本发明的范围内可W对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围 由所附权利要求极其等同限定。
【主权项】
1. 一种IO系列的水务数据采集控制智能终端，其特征在于，包括： 水务数据采集装置，所述水务数据采集装置与监测站点的自动控制系统和设备仪表的 IO接口进行通信，用于采集监测站点的自动控制系统和设备仪表的数字量和模拟量，包括： 所述监测站点自动控制系统的自控变量数据和所述设备仪表的设备IO接口数据； 数据处理装置，所述数据处理装置与外部的网关设备进行通信，采用TCP/IP协议通过 所述外部网关设备同步更新内置的标准化数据指标库，并根据所述标准化数据指标库将所 述自控变量数据和所述设备IO接口数据转化为标准指标数据，将所述标准指标数据以预设 数据存储规则进行存储得到本地实时数据库，以及对所述本地实时数据和历史数据进行数 据预处理得到所述自动控制系统和设备仪表的基础数据和特征数据，并将所述本地实时数 据、基础数据和特征数据通过所述网关设备上传至远程监控系统，以由所述远程监控系统 对所述监测站点的设备设施和所述设备仪表的运行数据和运行状态进行监控， 通信装置，所述通信装置与所述数据处理装置和外部移动终端设备进行通信，以获取 管理员通过所述移动终端发送的控制指令，并将所述控制指令转发至所述数据处理装置。2. 如权利要求1所述的IO系列的水务数据采集控制智能终端，其特征在于，所述通信装 置为GSM/GPRS通信模块。3. 如权利要求1所述的IO系列的水务数据采集控制智能终端，其特征在于，所述水务数 据采集装置采用USB接口、VGA接口、RJ45接口、RS232接口和/或RS485接口连接所述自动控 制系统和所述设备仪表;数据处理装置采用RJ45接口连接数据网关设备。4. 如权利要求1所述的IO系列的水务数据采集控制智能终端，其特征在于，所述自控变 量数据的类型包括:水量、水质、工艺运行参数、设备运行参数、设备运行状态。5. 如权利要求1所述的IO系列的水务数据采集控制智能终端，其特征在于，所述标准化 数据指标库包括指标匹配清单，所述指标匹配清单包括指标名称、指标属性定义和自控变 量匹配信息， 所述数据处理装置在获取所述自控变量数据和设备IO接口数据后，依据所述指标匹配 清单将所述自控变量数据和设备IO接口数据转换为对应的标准指标数据。6. 如权利要求1所述的IO系列的水务数据采集控制智能终端，其特征在于，所述基础数 据包括:对所述本地实时数据和历史数据分别以日、周和月进行统计汇总，生成对应的日 表、周表和月表。7. 如权利要求1所述的IO系列的水务数据采集控制智能终端，其特征在于，所述特征数 据包括:对所述本地实时数据和历史数据进行分析得到的最大值、最小值、平均值和累计 值。8. 如权利要求1-7任一项所述的IO系列的水务数据采集控制智能终端，其特征在于，所 述数据处理装置还用于通过所述网关设备接收所述远程监控系统的远程控制指令，并对所 述远程控制指令进行转换，将转换后的远程控制指令发送至所述监测站点的自动控制系统 和/或设备仪表，以由所述自动控制系统和/或设备仪表执行对应的控制动作，其中，所述远 程控制指令包括:所述远程监控系统根据所述实时数据、基础数据和特征数据生成的对所 述自动控制系统的控制策略。9. 一种水务集中监控系统，其特征在于，包括:权利要求1-8任一项所述的IO系列的水 务数据采集控制智能终端、网关设备和远程监控系统，其中，所述水务数据采集控制智能终 端与所述监测站点的自动控制系统和设备仪表的IO接口进行通信，所述网关设备分别与所 述水务数据采集控制智能终端和所述远程监控系统进行通信， 所述网关设备用于将来自所述水务数据采集控制智能终端的本地实时数据、基础数据 和特征数据转发至所述远程监控系统，以及将来自所述远程监控系统的标准化数据指标库 同步至所述水务数据采集控制智能终端，将所述远程控制指令转发至所述水务数据采集控 制智能终端，以由所述水务数据采集控制智能终端将所述远程控制指令下发至所述监测站 点的自动控制系统和设备仪表，控制所述自动控制系统和所述设备仪表调整运行状态； 所述远程监控系统用于管理所述标准化数据指标库，并接收所述IO系列的水务数据采 集控制智能终端的本地实时数据、基础数据和特征数据，对所述实时数据、基础数据和特征 数据进行分析并呈现给运营管理人员，对所述实时数据、基础数据和特征数据进行分析生 成对所述自动控制系统和所述设备仪表的远程控制指令，其中，所述远程控制指令包括对 所述自动控制系统的控制策略。10.如权利要求9所述的水务集中监控系统，其特征在于，所述网关设备包括： 数据接收网关，所述数据接收网关与所述水务数据采集控制智能终端和所述远程监控 系统相连，用于将所述IO系列的水务数据采集控制智能终端的本地实时数据、基础数据和 特征数据上传至所述远程监控系统； 集中测控网关，所述集中测控网关与所述水务数据采集控制智能终端和所述远程监控 系统相连，用于将所述远程控制指令下发至所述水务数据采集控制智能终端； 数据采集网关，所述数据采集网关与远传智能仪表、第三方数据传输单元DTU、第三方 采集数据库和远程监控系统相连，用于将所述远传智能仪表、第三方数据传输单元DTU和第 三方采集数据库采集的数据传输至所述远程监控系统。
【文档编号】G05B19/042GK105955108SQ201610292879
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月5日
【发明人】蔡金良, 高明
【申请人】中科智水（北京）科技有限公司