专利名称：管道阀室远程控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种管道阀室远程控制系统。涉及控制和管道系统技术领域。
背景技术：
在长距离输油、输气管道工程中，按照规范要求，需要对大量的管道截断阀 实施远程监控，其相关数据的及时釆集和有效监控是保证管道安全、可靠、平稳、
高效、经济运行的前提条件。目前为满足截断阀远控要求，均釆用建设RTU阀室 的实施方式。传统的RTU远传阀室包含了 RTU、通信、电源、接地、设备间等部 分，各部分独立建设，总体投资大，设计复杂、施工周期长。为了改善目前这种 现状，使阆室远程监控系统投资少、建设周期短、安全可靠实用、适应更恶劣环 境，截断阆远程监控方案的改进迫在眉睫。
目前国内外截断阀远控的实现方式较多，但在技术上均有一定的局限性。比 如，为了实现系统的小型化、低功耗，这些远控设备均釆用无线通信的方式。此 方式适用于公网无线网络覆盖较好的区域，而且传输带宽窄，稳定性较差。缺乏 一种适用范围广、稳定可靠的通用方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种适用于室外具有光纤资源远控、基于网络技术、 能提供大的传输带宽、系统稳定可靠的管道阆室远程控制系统。
该技术适用范围广，不仅满足截断阀的远控要求，同时釆用网络技术作为控 制数据传输基础，符合管道自动化发展的总体方向。随着电子、网络等技术的迅 速发展，小型化、模块化、网络化的器件也已经非常成熟，具备了创建本技术的 技术条件和元器件条件。
本实用新型是基于光纤传输方式的远程数据釆集控制系统，集信号釆集、控 制，通信传输，供电于一体。如图1所示。它主要由三部分组成供电单元(太 阳能电池板、电源控制模块，蓄电池)，控制单元UTU釆集控制模块)，通讯单 元(转换模块、通讯模块)。现场仪表输出接RTU釆集控制模块的输入，RTU采集 控制模块的数字量(D0)输出接现场仪表；RTU采集控制模块的串口通过转换模 块与通讯模块连接，以太网接口直接与通讯模块连接；通讯模块的输出通过自身 光接口连接至干线光纤；RTU釆集控制模块的串行接口至第三方通讯接口；太阳能电池板和蓄电池接电源控制模块后与RTU采集控制模块、转换模块、通讯模块 连接，并通过串行接口与RTU釆集控制模块连接。
该系统三部分的功能
1、 供电当有一定强度阳光照射条件下，电源控制模块根据电池温度，调整 电源系统对蓄电池的浮充电压为其充电，同时将经过稳压后的电源供给RTU釆集 控制模块、转换模块、通讯模块；无阳光照射条件下蓄电池直接为以上三个模块 供电；
2、 信号采集控制RTU釆集控制模块完成数字量(DI)、模拟量(AI)的数 据釆集，同时完成数字量(D0)的输出控制及历史数据、报警事件记录的存储； 电源控制模块完成相关供电系统的所有数据采集；RTU通过串行接口与电源控制 模块进行通讯，获取全部供电数据，并留有串行接口用于与第三方设备通讯；
3、 通讯所有数据全部集中在RTU釆集控制模块中，RTU采集控制模块本身 自带一个以太网接口，通过一块转换模块将一个串口转换成一个以太网接口，这 样系统提供了两个以太网接口；这两个以太网接口接到通讯模块上,经过通讯模块 中的以太网交换及光电转换后，转换成光信号，再通过系统对外的两个光口直接 接入干线光纤，向上、下游两个方向进行数据传输，在传输介质上做到了冗余。
本管道闽室远程控制系统总的电原理图如图2所示。RTU的Port B端接转换 模块Cl的RS232, Cl的Ethernet接以太网交换机C2的Ethernet4， C2的 Ethernet3接RTU的Ethernet;太阳能电池板S的"-"极接24V电源负母排M2, 太阳能电池板S的"+"极经空开断路器K1串联二极管PN接直流固体继电器KS 的"+，，极，直流固体继电器KS的"-，，极接24V电源正母排Ml, 24V电源正母排 Ml —是经串联的空开断路器K2、蓄电池至24V电源负母排M2, 二是经带保险管 的开关端子T27至电源控制模块C3的V+,三是至常闭接触器LVD ，常闭接触器 LVD分别经带保险管的开关端子K3、 K4、 K5至RTU、 Cl、 C2的电源"+"极；C3 的V-、 RTU的25端、Cl的Vl-、 C2的0V分别接24V电源负母排M2; RS232接RTU 的Port D。
为了供电单元防止雷击，太阳能电池板S的"+"极经空开断路器K1后，还 经压敏电阻VI接24V电源负母排M2。
为了监测供电单元供电电流，在^V电源正母排M1接向空开断路器K2和常闭 接触器LVD处分别装有电流传感器LH2和电流传感器LH1。其中
RTU:釆集控制模块；
Cl:转换模块；
C2:以太网交换机；
C3:电源控制模块；
S:太阳能电池板；
KS:直流固体继电器；
LVD:常闭接触器；
VI:压敏电阻；
LH1、 LH2:电流传感器；
PN: 二极管；
Kl、 K2:空开断路器；
K3、 K4、 K5、 K6、 T27:带保险管的开关端子；
Ml: 24V电源正母排;
M2: 24V电源负母排；
蓄电池powercomSB系列100Ah。
这里以太网交换机选用带光口的网管型以太网交换机。
该方案适用范围广、稳定可靠,不仅满足截断阆的远控要求，同时釆用网络技 术作为控制数据传输基础，符合管道自动化发展的总体方向。随着电子、网络等 技术的迅速发展，截断阀远控的实施技术越来越多，小型化、网络化的设备也已 经非常成熟，具备了更新截断阀远程监控系统技术解决方案的技术基础和物质基 础。
本实用新型适用于室外且具有光纤资源远控的场合，它基于网络技术，能提供 大的传输带宽，而且适用范围广、系统稳定可靠,是一种符合管道自动化发展总体 方向的管道阀室远程控制系统。
图1管道阀室远程控制系统原理框图
图2管道阀室远程控制系统电原理图
5图3模拟测试系统
图4管道闽室远程控制系统RTU数据釆集模块接线图
图5管道阀室远程控制系统通讯模块接线图及光电转换模块图
图6管道阀室远程控制系统转换模块接线图
图7管道阀室远程控制系统电源控制模块接线图
具体实施方式
实施例.本例是一实验样机，它主要由三部分组成供电单元(太阳能电池板、 电源控制模块，蓄电池)，控制单元(RTU采集控制模块)，通讯单元(转换模块、 通讯模块)。现场仪表输出接RTU采集控制模块的输入，RTU采集控制模块的数字 量(DO)输出接现场仪表；RTU釆集控制模块的串口通过转换模块与通讯模块连 接，以太网接口直接与通讯模块连接；通讯模块的输出通过自身光接口连接至干 线光纤；RTU采集控制模块的串行接口至第三方通讯接口；太阳能电池板和蓄电 池接电源控制模块后与RTU釆集控制模块、转换模块、通讯模块连接，并通过串行 接口与RTU采集控制模块连接。
本例总的电原理图如图2所示。RTU的PortB端接转换模块Cl的RS232， CI 的Ethernet接以太网交换机C2的Ethernet4, C2的Ethernet3接RTU的Ethernet; 太阳能电池板S的"-"极接24V电源负母排M2，太阳能电池板S的"+"极经 空开断路器K1后， 一路经二极管PN接直流固体继电器KS的"+"极,另一路经压 敏电阻V1接24V电源负母排M2，直流固体继电器KS的"-"极接24V电源正母 排M1， 24V电源正母排M1 —是经串联的电流传感器LH2、空开断路器K2、蓄电池 至24V电源负母排M2， 二是经带保险管的开关端子T27至电源控制模块C3的V+, 三是经电流传感器LH1至常闭接触器LVD，常闭接触器LVD分别经带保险管的开 关端子K3、 K4、 K5至RHJ、 Cl、 C2的电源"+，，极；C3的V-、 RTU的25端、Cl 的Vl-、 C2的0V分别接24V电源负母排M2;RS232接RTU的Port D。
RTU釆集控制模块接线如图4所示。1-6及31-36端为数字量输入DI; 7-8及 37-38为数字量输出DO; 9-12及39-42为模拟量输入AI; 44-47 Port C为 RS485,19—22 Port A为RS232, 14-16 Port D为RS232, JU45 Port B为RS232, RJ45 10/100M为Ethernet。
通讯模块及光电转换模块接线如图5所示。SFP Slot: Small Form-Factor Pluggable的缩写，可以理解为小封装的可插拔的槽，通过更换SFP模块可以改变光通信的距离，SFP模块提供的光接口类型通常为LC口。通过此槽的接口模块 将系统接入到干线光纤中。
RJ45 connector:光电装换模块的以太网接口 (电接口 )；此口连接RTU的以 太网接口。
转换模块接线如图6所示，将串行Modbus RTU/ASCII转为Modbus TCP/IP。 RJ45 connector:转换模块以太网接口 (电接口 )，此口连接到通讯模块的以 太网接口。
电源控制模块的接线如图7所示,LH1和LH2为检测系统电流信号；KS为控制 充放电的直流固体继电器；LVD为常闭接触器，用于切断负载输出。
根据上图所选器件、模块构成实例，搭建了模拟测试系统(见图3)。模拟测 试系统由两个模拟阀室系统和两个模拟工艺站场端站系统以及一个模拟中心组 成。彼此之间通过各自的光接口与光缆相连,在光线路上串入光衰减器(模拟60KM
距离)，同时将两个模拟工艺站场端站系统数据通过各自路由器送到模拟中心的路 由器后传至上位机软件PKS (釆用Modbus TCP/IP协议)。模拟闽室系统由太阳能 系统供电,进行了长达3个月时间的测试，以下功能测试正常
1、 监视功能对场站阀门状态、清管球信号、相关报警输入、系统自身电压、蓄电池状态、 第三方设备通讯状态等进行监视；
2、 测量功能
测量模拟量数据、系统自身电压、系统负载电流；
3、 控制功能
远程操作控制(开、关阀等)；
4、 报警功能
一旦相关模拟量参数出现报警进行存储，并上报中心；
5、 与第三方设备通讯功能 支持与第三方设备通讯(如Modbus RTU/ASCII);
6、 历史数据、事件保存可实现远程自诊断，提供IP或MAC地址过滤功能，支持VL緒划分等。
数据流通过光纤向上下游站场两侧汇聚，实现双网络，即便上下游站场间光 缆中断或一侧站场通讯中断都不会影响数据上传到中心，此方案是一种技术先进、 适用范围广且稳定可靠的通用方案。
权利要求1.一种管道阀室远程控制系统，其特征是它主要由三部分组成太阳能电池板、电源控制模块、蓄电池供电单元、RTU采集控制模块单元、转换模块和通讯模块通讯单元；现场仪表输出接RTU采集控制模块的输入，RTU采集控制模块的数字量(D0)输出接现场仪表；RTU采集控制模块的串口通过转换模块与通讯模块连接，以太网接口直接与通讯模块连接；通讯模块的输出通过自身光接口连接至干线光纤；RTU采集控制模块的串行接口至第三方通讯接口；太阳能电池板和蓄电池接电源控制模块后与RTU采集控制模块、转换模块、通讯模块连接，并通过串行接口与RTU采集控制模块连接。
2. 根据权利要求1所述的管道阀室远程控制系统，其特征是电原理为RTU的 (Port B)端接转换模块CI的RS232, CI的(Ethernet)接以太网交换机C2的 (Ethernet4) ， C2的(Ethernet3)接RTU的(Ethernet);太阳能电池板S的"-" 极接24V电源负母排M2，太阳能电池板S的"+"极经空开断路器Kl串联二极管 PN接直流固体继电器KS的"+"极，直流固体继电器KS的"-"极接24V电源正 母排M1， 24V电源正母排M1 —是经串联的空开断路器K2、蓄电池至24V电源负 母排M2， 二是经带保险管的开关端子T27至电源控制模块C3的(V+)，三是至常闭 接触器LVD,常闭接触器LVD分别经带保险管的开关端子K3、 K4、 K5至RTU、 Cl、 C2的电源"+"极；C3的(V-)、 RTU的(25)端、C1的(V1)-、 C2的(0V)分别接24V 电源负母排M2; RS232接RTU的(Port D)。
3. 根据权利要求2所述的管道阀室远程控制系统，其特征是所述以太网交 换机C2为带光口的网管型以太网交换机。
4. 根据权利要求2所述的管道阀室远程控制系统，其特征是太阳能电池板S 的"+"极经空开断路器K1后，还经压敏电阻V1接24V电源负母排M2。
5. 根据权利要求2所述的管道阀室远程控制系统，其特征是在24V电源正母 排Ml接向空开断路器K2和常闭接触器LVD处分别装有电流传感器LH2和电流传 感器LH1。
专利摘要本实用新型是一种管道阀室远程控制系统。涉及控制和管道系统技术领域。其特征是它主要由三部分组成太阳能电池板、电源控制模块、蓄电池供电单元、RTU采集控制模块单元、转换模块和通讯模块通讯单元；现场仪表输出接RTU采集控制模块的输入，RTU采集控制模块的数字量(DO)输出接现场仪表；RTU采集控制模块的串口通过转换模块与通讯模块连接，以太网接口直接与通讯模块连接；通讯模块的输出通过自身光接口连接至干线光纤；RTU采集控制模块的串行接口至第三方通讯接口；太阳能电池板和蓄电池接电源控制模块后与RTU采集控制模块、转换模块、通讯模块连接，并通过串行接口与RTU采集控制模块连接。
文档编号G05B19/418GK201340543SQ20082012456
公开日2009年11月4日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者勇 刘, 吉小赟, 崔焕发, 张文伟, 徐志强, 刚 王, 王怀义, 耿亚彬, 邬俊华 申请人:中国石油天然气管道工程有限公司