工业测控执行器及控制网络系统的制作方法

本实用新型涉及一种工业测控执行器及采用该工业测控执行器后的控制网络系统，主要应用于工业自动化控制系统，在涉及由控制中心与被监控设备组成的系统中都能广泛运用，尤其适用于控制中心与被监控设备距离较远、且布线不方便的场合，具体适用行业领域包括但不局限于道路隧道、地铁、高铁、城市地下综合管廊、港口码头、电力、水利、石化、矿业、冶金、风电、太阳能，以及智能机械、智能工厂等。

背景技术：

工业自动化技术是一种运用控制理论或算法，并结合控制器、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目标的综合性技术，主要包括工业自动化软件、控制中心设备和外围被监控设备三大部分。

基于远程监控的自动化系统方案，目前主要采用含中心应用层、数据处理层和外围设备层的控制架构，如图1所示。

其中，中心应用层主要包括操作计算机、通讯转化设备、数据存储服务器、以及上位应用软件等。中心应用层是管理人员完成监测数据、控制设备、设置预案、维护系统等各类管理操作的平台，一般一个项目或者一个系统配置一个监控室或者监控工作站。

数据处理层主要包括控制处理器、通讯设备、IO模块、继电器、断路器、端子排、防雷器、以及成套组装的柜体等，根据每个系统的需要而配置。目前主流的控制处理器主要有PLC、PAC、DCS，以及基于单片机技术开发的各类控制器等。数据处理层主要是汇聚外围设备层与中心应用层的各类数据，并作相关逻辑分析，从而向下端的外围设备层发布控制指令，向上端的中心应用层反馈监控状态。

外围设备层是指所有被监控的对象，根据各类自控系统的功能要求而不同。比如隧道机电监控系统的外围设备层主要包括风机、照明灯具、交通信号灯、车道指示器、横洞卷帘门、光强检测器、CO/VI检测器等等。

目前，在中心应用层、数据处理层以及外围设备层三个部分都各自比较分散的系统中，传统控制网络图如2所示。

传统控制网络中，在被监控设备分散且距离较远时，需要大量控制电缆，给项目施工和运营故障排查、维护改造都带来极大困扰。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：降低控制网络中控制电缆的布线量。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种工业测控执行器，其特征在于，包括用于与控制建立数据通讯的通讯模块、用于与各被监控设备相连的接线端子排及处理器单元，接线端子排具有数量可配置的数字量控制输出接口、模拟量控制输出接口、数字量信号输入接口及模拟量信号输入接口，通过数字量信号输入接口及模拟量信号输入接口采集到的输入信号经由光电隔离单元传输给处理器单元，由处理器单元输出的模拟控制信号经由光电隔离单元传输给模拟量控制输出接口，由处理器单元输出的数字控制信号则经由继电器组传输给数字量控制输出接口。

优选地，还包括具有防浪涌保护电路的电源，电源可选择地输入120～250VAC或10～48VDC，由电源为通讯模块、处理器单元、光电隔离单元及继电器组提供工作电压。

优选地，还包括与所述处理器单元相连的状态显示模块。

本实用新型的另一个技术方案是提供了一种控制网络系统，包括位于外围设备层的各被监控设备，位于数据处理层的各控制器及位于中心应用层的监控工作站，监控工作站与各控制器建立数据通讯，其特征在于，还包括位于数据处理层与外围设备层之间的测控执行层，在测控执行层布置多个上述的工业测控执行器，一个控制器与N个工业测控执行器通过通讯线缆串接，采用匹配的总线协议进行通讯，N≥1，每个工业测控执行器与被监控设备一对一连接。

本实用新型公开的一种工业测控执行器是一种连接于控制器与被监控设备之间的装置，能够将被监控设备的数据传输给控制器，同时也执行控制器发布的控制指令。本实用新型是一种应用于复杂的工业控制系统中的数据采集和控制执行装置，尤其适用于控制中心与被监控设备距离较远、且布线不方便的场合。采用该实用新型装置，可以极大地节约控制电缆，降低施工难度，促进施工进度，保障施工质量，提高运营维护水平。

附图说明

图1为传统控制架构图；

图2为传统控制网络图，图中的虚线为光纤或总线，实线为控制电缆；

图3为工业测控执行器组成示意图；

图4为采用工业测控执行器后的控制架构图；

图5为采用工业测控执行器后的控制网络图，图中的实线为通讯电缆，双实线为控制电缆。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图3所示，本实用新型提供的一种工业测控执行器由电源、防浪涌保护模块、通讯模块、处理器芯片、光电隔离模块、继电器组、状态显示模块、接线端子排等功能元器件组成。

关于该实用新型装置的供电说明：工业测控执行器既能接受120～250VAC供电，也能接受10～48VDC供电。可以根据现场供电条件自由选择，增强了工业现场的适用性。供电线路采用了防浪涌保护措施。

关于该实用新型装置的通讯说明：不同系列的工业测控执行器分别采用不同方式的通讯协议，包括有线通讯和无线通讯。其中有线通讯包括但不限于Ethernet、Modbus，Profibus，Interbus，Profinet，DeviceNet，CAN，CC-Link，HART以及自有开发的协议等；无线通讯包括但不限于无线局域网802.11(Wi-Fi)，ZigBee，Bluetooth以及自有开发的协议等。可以根据对接的控制器类型和现场环境所具备的条件进行选择。采用通讯方式的工业测控执行器可以实现将相关被控设备用一根通讯线缆串在一起，极大的简化了布线，提高了系统的稳定性。

关于该实用新型装置的测控功能说明：工业测控执行器将监测和控制的功能集成一体。其中监测功能是指采集被控设备的输入信号，包括数字量输入信号DI和模拟量输入信号AI；控制功能是指输出信号给被控设备，实现对被控设备的控制功能，包括数字量控制信号DO和模拟量控制信号AO。输入信号(DI\AI)和模拟量控制信号AO都采取光电隔离措施，防止外部信号干扰，实现信号的稳定。每路数字量控制信号DO通过继电器输出，能够扩大控制范围、转换控制电路、实现电路保护等，比如可以直接控制220V高压电路通断。每个工业测控执行器装置的DI、DO、AI、AO点数可以根据实际应用需求配置，比如某被控设备有4个状态输入(DI)，2路数字量控制输出(DO)，4路模拟量信号输入(AI)，则对应的工业测控执行器选用4DI\2DO\4AI的规格。

关于该实用新型装置的显示功能说明：工业测控执行器带有显示面板，可以是指示灯面板，也可以是液晶屏面板。主要显示包括但不限于电源状态、通讯状态、各种输入输出点位状态等。通过显示功能，可以直观的了解该装置的各种工作状态信息。

关于该实用新型装置的处理器说明：工业测控执行器可以采用多种处理器实现功能，包括但不限于嵌入式微控制器，如8051、P51XA、MCS-251等；嵌入式微处理器，如ARM、AM186/88、CPLD/FPGA，等；嵌入式数字信号处理器(DSP)，如TMS320，MCS-296，DSP56000等；嵌入式片上系统(SOC)。针对不同的处理器，开发相适应的软件实现通讯、监测、控制、预案等功能。

关于该实用新型装置的防护等级说明：根据使用环境场合，工业测控执行器可以采用低防护等级(IP20)至高防护等级(IP68)间的不同规格。

工业测控执行器的实用新型是上述内容的智能集成，是一种应用于复杂的工业控制系统中的数据采集和控制执行装置，尤其适用于控制中心与被监控设备距离较远、且布线不方便的场合。采用该实用新型装置，可以极大地节约控制电缆，降低施工难度，促进施工进度，保障施工质量，提高运营维护水平。

据图5所示，工业测控执行器是应用于数据处理层和外围设备层之间的一种装置，在图5中，MCA-1至MAC-N表示N个工业测控执行器。

在控制系统中，工业测控执行器与控制器之间采用匹配的总线协议进行通讯，一个控制器下所有的工业测控执行器通过通讯线缆串接，不需要重复布线接线，极大的简化了系统线路。

工业测控执行器与外围设备是一对一联接，不需要配置继电器、断路器、电源等附件，并且就近放置于被控设备附近，极大的节省控制电缆，不会导致接线错误，也大大提高了系统的集成度，现场不再需要额外的控制柜等设施。

工业测控执行器内置处理器，可以实现各种控制预案。例如，当控制器损坏或通讯线路中断，能自动启动预设方案，确保被控状态，从而极大地提高了整体控制系统的稳定性和智能化。

通过采用本实用新型提供的装置，在传统的控制系统中实现了技术创新，能够实现节省造价、简化施工、利于维护等多方面的优化升级。尤其适用于公路隧道、城市地下综合管廊、地铁、高铁、港口码头等各种存在被监控设备分散且距离远的场合。