专利名称：分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机分布式监控网络和电子设备自动化管理领域，尤其是涉及利用计算机分布式网络和模拟量及数字量数据采集与控制技术进行工业自动化管理、智能楼宇自动化管理、智能社区自动化管理、智能区域自动化管理的网络系统。
本发明的目的是这样实现的，一种分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统，包括由服务器和工作站及网络基础设施组成的数据采集与控制信息管理系统网络(信息管理系统网络)、由通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器和对等式现场总线网络基础设施组成的模拟量及数字量数据采集与控制信息处理系统网络(信息处理系统网络)、以及由通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器和具强抗干扰性能的RS-485现场总线等组成的模拟量及数字量数据采集与控制信号处理系统网络(信号处理系统网络)，其特征在于，所述信息管理系统网络、信息处理系统网络、以及信号处理系统网络采用分级网络互联技术通过逐级信息交换的方式连接成一个完整的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统；所述通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器本身是一个具有运行智能化数字信息采集及控制功能监控程序能力的独立的信号监控系统；整个通用模拟量及数字量数据采集与控制网络采用全分布式处理的三层监控方法和执行多种监控功能的管理模式。
实施本发明的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统，由于增加了一个专门的现场信号采集与控制网络层次，采用全分布式处理的三层监控方法，以及执行多种监控功能的管理模式，合理分配系统负荷，从而可以全面地改善被监控系统工作性能，并可以独立解决被监控系统内各个管理单元的管理质量问题，有利于实现被监控系统管理效率的最大化，大幅提高了被监控系统管理能力，具有很强的社会效益和经济效益，是管理信息化建设的一种强有力的工具。
信息管理系统网络的关键是服务器、工作站及网络基础设施。在所述信息采集与控制网络服务器上存在着分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统组态的公共系统信息；在这些公共系统信息的基础上，所述信息采集与控制网络服务器上还运行用以执行信息交换任务的特殊的数据同步和数据接口程序。
如图2所示，信息处理系统网络的关键是通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器和对等式现场总线网络基础设施。通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器本身是一个具有运行智能化数字信息采集及控制功能监控程序能力的独立的信号监控系统。
如图3所示，信号处理系统网络的关键是通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器和具强抗干扰性能的RS-485现场总线。
如图4所示，通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器包括具有独立工作和联机(或联网)工作能力的用以实现信号监控功能的嵌入式微处理器核心模块、用以选通被监控信号对象的信号对象选通控制器模块、用以实现与现场信号对象进行抗干扰数字通讯的RS-485现场总线驱动模块和用以实现与信息采集与控制网络服务器之间信息上传及下载的网络接口模块。下面对各组成部分分别进行详细的说明(1)嵌入式微处理器核心模块主要由微处理器(CPU)，存储器、总线控制器、时钟电路、输入/输出(I/O)接口电路等组成，其主要功能是执行固有的可以从网络下载的智能监控程序，与智能网络配合实现多种监控功能和信息管理模式；(2)信号对象选通控制器模块主要由标准译码电路、门控电路、锁存器电路和电子开关电路等组成，其主要功能是确定信号对象的选择，以对该信号对象(即标准模拟和标准数字的对应数字编码信息)进行数据信息的输入/输出操作；(3)RS-485现场总线驱动模块主要由标准RS485总线驱动电路、门控电路和锁存器电路等组成，其主要功能是向现场信号调理器传递总线控制信号(即地址总线、控制总线、数据总线)，以对特定信号对象进行状态信息的输入/输出操作。(4)网络接口模块主要由通讯协议控制模块和媒介访问控制模块组成。其中，通讯协议控制模块主要由时钟、CPU、存储器、总线控制器、I/O控制器等电路组成，其主要功能是执行标准的通讯协议。媒介访问控制模块主要由时钟、CPU、存储器、总线控制器、I/O控制器、媒介收发器等电路组成，其主要功能是执行标准的网络信号传输。
如图5所示，通用模拟量及数字量数据采集与控制数据采集与控制信号调理器包括用以实现与通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器之间信息上传及下载的RS-485现场总线驱动模块、用以确定被选通对象的监控对象选通控制器模块，和用以对监控对象进行现场数据采集或控制的高低电平调整、模数(A/D)和数模(D/A)转换的信号对象处理模块组成。下面对各组成部分分别进行详细的说明(1)RS-485现场总线驱动模块主要由标准RS485总线驱动电路、门控电路和锁存器电路等组成，其主要功能是接收来自通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器的总线控制信号(即地址总线、控制总线、数据总线)，以对特定信号对象进行状态信息的输入/输出操作。(2)监控对象选通控制器模块主要由标准译码电路、门控电路、锁存器电路和电子开关电路等组成，其主要功能是确定信号对象的选择，以对该信号对象(即现场模拟量和数字量信号)进行调理后状态信息的输入/输出操作；(3)信号对象处理模块主要由高低电平调整电路、标准A/D和D/A转换电路、门控电路或锁存器电路等组成，其主要功能是对选定信号对象进行信号调理，并进行调理后状态信息的输入/输出操作。
如图6所示，是通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器的流程控制逻辑框图，下面对框图中的各个部分进行详细的说明信息处理网络系统现场总线是指连接上层数据服务器与通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器之间的数字通讯线路；现场总线网络传输控制和协议控制逻辑是指上层数据服务器与通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器之间的数字通讯控制过程；嵌入式微处理器信号处理控制逻辑是指通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器预设的内部信号监控处理过程；输入输出信号对象编码和地址选通控制逻辑是指通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器与下层通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器之间达成信号对象同步处理过程；输入输出信号处理控制逻辑是指将嵌入式微处理器内部监控逻辑转换为外部I/O电路驱动信号逻辑的处理过程；RS-485信号总线传输控制逻辑是指将I/O电路驱动信号与RS-485差分数字信号互相转换的处理过程；信号处理网络系统现场总线是指连接通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器与下层通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器之间的数字通讯线路。
如图7所示，是通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器的流程控制逻辑框图，下面对框图中的各个部分进行详细的说明信号处理网络系统现场总线是指连接上层通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器与通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器之间的数字通讯线路；RS-485信号总线传输控制逻辑是指将I/O电路驱动信号与RS-485差分数字信号互相转换的处理过程；输入输出信号对象编码和地址选通控制逻辑是指通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器与上层通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器之间达成信号对象同步处理过程；输入输出信号数据锁存控制逻辑是指对输入输出信号的数据锁存处理过程；模拟及数字量信号处理控制逻辑是指对信号对象进行高低电平调整、A/D和D/A转换的处理过程；现场信号接入控制逻辑是指对信号对象的选择性接入处理过程；现场信号引线电缆是指将现场信号引入通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器的信号电缆。
本发明的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统的功能是通过局域网络(即信息管理系统网络)、对等式现场总线网络(即信息处理系统网络)和RS-485总线网络(即信号处理系统网络)三个层面来实现的，每个完整的被监控系统都可配套一个所述的智能网络。
如
图1所示，通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统(即信息管理网络系统)层面的功能如下
通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统通过各种连接在网络上的服务器、工作站、网络设备、通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器、通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器自动更新被监控系统的状态管理信息，并以此信息为依据，可以采用人工智能的方法实施评估整个被监控系统的工作状态，并利用预定的监控手段动态调节被监控系统的管理功能，提升被监控系统的运行性能。
如图2、图4和图6所示，通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器(即信息处理网络系统)层面的功能如下通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器对被监控系统的每一信号对象实施控制与状态监测的过程如下嵌入式微处理器核心模块运行独立的人工智能程序实现智能化信号监控功能，信号对象选通控制器模块则由嵌入式微处理器核心模块操纵选择信号监控信息传递路径，可以同时监控1～256个模拟量及数字量信号对象的经数字化的信息通道，RS-485现场总线驱动器模块在信号对象选通控制器模块的配合下完成通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器与安装在现场的通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器之间的监控信号转换。其实现的具体方法是将这1～256个信息通道所对应的信号对象进行硬地址编码，每个由通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器与通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器之间的数据传递都是根据地址总线的设置值而依次通过数据总线进行的。通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器具有联网和独立操作两种工作模式，当在联网操作模式时，网络接口模块充当了与上级网络的信息交换接口的角色。
如图3、图5和图7所示，通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器(即信号处理网络系统)层面的功能如下通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器对被监控系统的每一信号对象实施控制与状态监测的过程如下RS-485现场总线驱动器模块接收通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器传来的总线编码信号，信号对象选通控制器模块则根据总线编码信号接通相应的信号对象，信号对象处理模块根据总线输入/输出的要求对信号对象进行高低电平调整、标准A/D或D/A转换，并完成相应的输入/输出状态信号的操作，可分时将1～64个标准或者非标准模拟量或数字量信号调理成标准模拟量(0～10V或4～20mA)或者标准数字量(0/1)信号，其实现的具体方法是将1～64个信号对象以硬件方式进行编址，并在地址总线的控制下轮流将采样调理后数据通过数据总线在通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器和通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器之间传递。
权利要求
1.一种分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统，包括由服务器和工作站及网络基础设施组成的数据采集与控制信息管理系统网络(信息管理系统网络)、由通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器和对等式现场总线网络基础设施组成的模拟量及数字量数据采集与控制信息处理系统网络(信息处理系统网络)、以及由通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器和具强抗干扰性能的RS-485现场总线等组成的模拟量及数字量数据采集与控制信号处理系统网络(信号处理系统网络)，其特征在于，所述信息管理系统网络、信息处理系统网络、以及信号处理系统网络采用分级网络互联技术通过逐级信息交换的方式连接成一个完整的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统；所述通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器本身是一个具有运行智能化数字信息采集及控制功能监控程序能力的独立的信号监控系统；整个通用模拟量及数字量数据采集与控制网络采用全分布式处理的三层监控方法和执行多种监控功能的管理模式。
2.根据权利要求1所述的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统，其特征在于，在所述信息管理系统网络中的信息采集与控制网络服务器上存在着分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统组态的公共系统信息；在这些公共系统信息的基础上，所述信息采集与控制网络服务器上还运行用以执行信息交换任务的特殊的数据同步和数据接口程序。
3.根据权利要求1或2所述的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统，其特征在于，所述通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器包括具有独立工作和联机(或联网)工作能力的用以实现信号监控功能的嵌入式微处理器核心模块，用以选通被监控信号对象的信号对象选通控制器模块，用以实现与现场信号对象进行抗干扰数字通讯的RS-485现场总线驱动模块和用以实现与信息采集与控制网络服务器之间信息上传及下载的网络接口模块。
4.根据权利要求3所述的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统，其特征在于，所述网络接口模块包括用以执行标准的通讯协议的通讯协议控制模块，以及用以执行标准的网络信号传输的媒介访问控制模块。
5.根据权利要求3所述的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统，其特征在于，在所述通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器中，将1～256个信息通道所对应的信号对象进行硬地址编码，每个由通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器与通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器之间的数据传递都是根据地址总线的设置值而依次通过数据总线进行，从而使所述通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器可以同时监控1～256个模拟量或者数字量信号对象的经数字化的信息通道。
6.根据权利要求1或2所述的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统，其特征在于，所述通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器包括用以实现与通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器之间信息上传及下载RS-485现场总线驱动模块，用以确定被选通对象的监控对象选通控制器模块，用以对监控对象进行现场数据采集或控制的高低电平调整、模数(A/D)和数模(D/A)转换的信号对象处理器模块。
7.根据权利要求6所述的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统，其特征在于，在所述通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器中，将1～64个信号对象以硬件方式进行编址，并在地址总线的控制下轮流将采样调理后数据通过数据总线在通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器和通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器之间传递，从而使所述通用模拟量及数字量数据采集与控制信号调理器可分时将1～64个标准或者非标准模拟量或数字量信号调理成标准模拟量或者标准数字量信号。
8.根据权利要求1或2所述的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统，其特征在于，所述三层控制方法是通过局域网络(即信息管理系统网络)、对等式现场总线网络(即信息处理系统网络)和RS-485总线网络(即信号处理系统网络)三个层面来实现的。
全文摘要
本发明提供一种分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统,包括信息管理系统网络、信息处理系统网络以及信号处理系统网络,采用分级网络互联技术通过逐级信息交换的方式连接成一个完整的分布式通用模拟量及数字量数据采集与控制网络系统;所述信息处理系统网络中的通用模拟量及数字量数据采集与控制轮询处理器本身是一个具有运行智能化数字信息采集及控制功能监控程序能力的独立的信号监控系统;整个通用模拟量及数字量数据采集与控制网络采用全分布式处理的三层监控方法和执行多种监控功能的管理模式。实施本发明具有管理效率更高、管理能力更强、抗干扰能力更好、监控精度更优的积极效果。
文档编号H04L12/58GK1363907SQ0114130
公开日2002年8月14日 申请日期2001年9月25日 优先权日2001年9月25日
发明者郑肖惺 申请人:郑肖惺