一種基於嵌入式操作的管理系統及裝置的製作方法
2023-07-05 22:03:31 3
專利名稱：一種基於嵌入式操作的管理系統及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於工業自動控制系統及裝置的技術領域。即涉及到調度或監控人員使用的數據採集與監控系統及裝置，特別適合於在供電、配電調度、工業過程控制的領域中推廣應用。
背景技術：
在現代電網系統和工業控制系統中，調度與監控人員通過數據自動採集與監控系統和裝置可以在調度室裡遠距離及時準確掌握現場的實時運行情況，即數位化運行參數，必要時可以通過具體操作實現控制功能，以確保各系統高效、安全的運行。
當前，集控變電站，電廠和其它工業企業雖然多數採用了數據採集與監控系統，但隨著通訊和數據網的發展，自動化程度不斷提高，傳統的控制系統已經在穩定性，實時性和通用性方面漸顯落後。以電力系統的集控變電站為例進行分析，可以看出現有系統存在的問題主要表現在(1)、當前應用的電力系統的數據採集與監控系統，如果需要處理的數據量很大(如發生故障瞬間)時，由於調度伺服器處理能力有限，極易造成系統調度端癱瘓，從而使系統無法正常運行；(2)、當系統的服務端和前置端的信息通道失效時，許多老系統不能保證有效的運行，由於系統的數據存儲，備份功能較差，前置機上傳輸的實時數據將會大量丟失；(3)、現有系統對故障的處理速度雖能達到使用行業的要求，但隨著行業服務質量要求的不斷提高，已經表現出在預警，故障響應，數字圖形顯示方面存在實效性差的問題；(4)、現有系統對數據採集裝置及與通訊設備連接是「綁定的」，當現場環境改變或外部設備需要更新時，就必須調整接口設備並修改控制系統的源程序，從而導致系統維護相對困難。
發明內容
本發明從分析目前電力系統應用數據採集與監控系統所存在的問題入手，考慮到其它工業部門在數據自動採集和監控作業的需要，開發一種具有通用性的基於嵌入式操作的數據管理系統及裝置。
本發明以QNX(即一種基於Linux的嵌入式系統)為支撐平臺，採用基於組件式對象模型(簡稱COM)的編程思想即面向對象的方式，並採用可移植性強，面向對象編程(簡稱OOP)語言C++為開發工具，開發了一套面向對象的數據管理軟體。Linux是一種開放原始碼的類Unix的多任務、多用戶的作業系統，它可以運行在包括PC機在內的大量的硬體平臺上，憑著優秀的性能和與生俱來的開放性，Linux在集群中得到了廣泛的應用，而且由於Linux及針對其開發的大量軟體可以免費獲得，因此基於Linux的集群系統其成本也較低。
本發明所提出的一種基於嵌入式操作的管理系統，它包含有數據處理模塊，通信模塊，其特徵在於(1)在數據處理模塊中添加有共享實時資料庫，歷史數據記錄，網絡狀態顯示，前置端數據顯示和系統監控模塊；(2)在通信模塊中添加有現場通訊處理模塊，調度端通訊模塊、轉發上級管理信息系統(簡稱MIS)模塊和通訊解約模塊；(3)另加有系統熱備份模塊。
本發明的軟體系統把整個應用程式分成上述多個子模塊，使每個模塊保持一定的功能獨立性，在協同工作時，通過相互之間的接口完成特定的任務。當系統的外部軟體環境和硬體設備發生變化時，並不需要對所有的組件進行修改，重新加以組合便可得到新的升級版本。本發明的軟體系統的設計思想是圍繞共享內存實時資料庫展開的，各子系統按其所應完成的功能分別模塊化，使各子系統之間的耦合度得到降低，即便是某一模塊的運行發生問題，也不會影響到其它模塊的運行，因為此時可以隨時停止或啟動某個模塊的運行。
本發明中所說的與現場通訊處理模塊的工作流程如下(1)接收遠程單元的數據信息；(2)判斷通信協議類型，依次為SC1801，CDT，C01；(3)根據不同的協議類型解析規約；(4)分離信息；(5)導入實時資料庫；(6)實時數據本地處理，打包成通訊幀；(7)將數據發送到調度處理設備；(8)結束。
本發明中所說的調度端通信模塊其工作流程如下(1)接收調度端數據；(2)判斷接收數據是否變化；(3)否，進入處理等待，再重新進行判斷；(4)是，進入打包成通信幀；
(5)建立TCP/IP進行數據傳輸；(6)判斷是否進入下調命令；(7)否，進入等待，再重新進行判斷，同時將數據送往實施資料庫準備本地操作；(8)是，下調命令傳到現場設備；(9)結束。
調度端通信模塊和前置端模塊之間通過雙網連接在一起，採用點對點的TCP/IP通信方式，兩者關係相等，互為服務的請求者和數據的提供者。
本發明中所說的轉發上級MIS模塊，其工作流程如下(1)開始；(2)網絡通信檢測；(3)確認狀態是否阻塞，否，進入等待並返回網絡通信檢測程序；(4)是則等待時間設置；(5)通信阻塞是否解除，是則返回網絡通信檢測；(6)否則備用處理器啟動運行；(7)檢測主處理器是否恢復運行，否，進入等待狀態，直到處理器恢復運行；(8)是，備用處理器退出運行恢復原狀態；(9)處理結束。
本發明中所說的系統熱備份模塊其工作流程如下(1)開始；(2)網絡通信檢測；(3)確認狀態是否阻塞，否，進入等待並返回網絡通信檢測程序；(4)是則等待時間設置；(5)通信阻塞是否解除，是則返回網絡通信檢測；(6)否則備用處理器啟動運行；(7)檢測主處理器是否恢復運行，否，進入等待狀態，直到處理器恢復運行；(8)是，備用處理器退出運行恢復原狀態；(9)處理結束。
本發明中所說的共享實時資料庫是整個系統的核心。它由所有應用所需要的共享數據組成，由於本發明的基於Linux的嵌入式系統支持共享內存，即可以在內存中開闢出一塊空間，所以多個進程可以同時訪問此共享內存區域。
本發明中所說的歷史數據記錄，是為保證在其它計算機或網絡全部癱瘓時還能繼續工作，即為用戶提供有效的實時數據和歷史數據而設置的。但為保證其他進程所需的CPU時間，可將此進程的優先級調為最低。本發明可根據數據不同特性和用戶的要求記錄歷史數據。
本發明中所說的網絡狀態顯示是考慮到當一臺機器到另一臺機器的網絡不通時，會嚴重影響到數據流通，故單獨建立了一個網絡狀態測試進程，在前置端不斷地測試當前網絡的通斷狀態，為網絡通信進程服務。
本發明中所說的前端數據顯示，以圖形化界面的形式顯示系統的運行狀態和參數，以便於調度人員操縱，同時將原始數據顯示出來，以便於對系統運行進行微調和精調。
本發明中所說的GPS通訊處理模塊是以中斷方式接受GPS循環發送的時間信號，並對本機進行校時，保證整個系統工作同步。
本發明還設置有系統監控模塊，通過信號燈的方式不斷查詢系統中受控進程的工作狀態。如果某進程因出現故障或錯誤而退出，監控模塊發現這些情況，在處理發生故障或錯誤的進程後重新啟動系統。
本發明還提出了一種實施上述系統功能基於嵌入式操作的硬體裝置。它包括有連接到上級調度自動化系統的至少一個電話線接口；至少一臺多路串口設備和多串口讀取卡；至少一臺現場數據採集裝置；至少一套數據機和數據機池；至少一套TCP/IP雙網和至少一條電話專線和GPS時鐘。其特徵在於在前置機、現場數據採集裝置中安裝有由數據處理模塊、通訊模塊和系統熱備份模塊組成的全套軟體。
本發明的裝置中所說的電話專線接口是電纜接口或者是光纜接口。
本發明的裝置其主體結構部分包括遠程前端數據採集，進行信號轉換的數據機池，多串口卡，實現雙網連接即分別連接到兩臺100M交換機上的100M網卡，GPS時鐘接收串口和連接到上級調度自動化系統的數據機。本發明的裝置其運行時包括如下四個環節，即(1)與現場進行數據通訊環節；(2)和上級進行關鍵數據交互環節；(3)前置機系統運行和上位機通訊環節；(4)校正系統時鐘環節。
本發明為基於嵌入式操作的管理系統和操作，採用標準化接口，可以通過設置通訊協議不同和上級調度自動化系統、調度伺服器進行實時數據交流。
本發明的系統和裝置具備如下優點(1)採用了實時資料庫提高了系統的實時性和管理的效率；(2)採用了多進程協作的工作模式和進程可裁切技術保證了前置端系統的穩定性；(3)軟體設計實現了系統的備份條件的檢測，實現了系統的軟備份降低了購買大型備份設備的成本；(4)硬體結構上採用雙前置機的具有熱備份功能的數據機的冗餘備份硬體結構體系，從設計思想上巧妙地解決了系統的熱備用問題，很大程度上保證了硬體系統的安全性。
本發明的系統軟體和硬體裝置廣泛適用於各種工業部門，可以幫助調度和監控人員在調度室中輕鬆、安全的實施遠距離操作，實施工業自動化運行。
圖1為本發明的系統其裝置配置示意圖，圖中1上級調度自動化系統(MIS系統)、2電話線、3TCP/IP雙網、4Modem、5前置機、6多串口卡、7GPS時鐘、8Modem池、9電話專線、10現場數據採集裝置；圖2為本發明的體系結構圖；圖3為本發明的軟體模塊配置示意圖；圖4為與前端通訊處理模塊流程圖；圖5調度端通訊模塊流程圖；圖6轉發上級MIS模塊流程圖；圖7系統熱備份模塊流程圖；圖8前置機軟體系統結構圖；圖9前置機櫃正面示意圖；圖10前置機背面接口圖；圖11網絡連接方法示意圖；圖12滑鼠、鍵盤連接示意圖；圖13通訊信道連接示意圖；圖14通道端子接線示意圖；圖15為電力集控站用通訊幀表圖；圖16為電力集控站用系統主界面圖；圖17為集控站屬性的界面與設置；圖18變電站屬性界面；圖19RTU(遠方終端採集單元)屬性界面；圖20某RTU遙測、遙信、電度、遙控量數據界面；圖21數據一覽表界面；圖22歷史數據查詢界面；圖23通信原碼界面。
具體實施例方式
下面結合具體具體實施例對本發明的軟體系統和硬體裝置作進一步的說明和補充。在同有關方面取得技術保密承諾後，發明人已經在多個技術領域裡實施了本發明，並取得較好的效果。
實施例1電力集控站的電力數據採集和監控系統。
本發明的基於嵌入式操作的管理系統和裝置安裝和調試，它是針對某電力集控站的實際情況而設計的，其具體步驟如下一、硬體系統的配置硬體總配置方案如圖1所示，它包括1上級調度自動化系統(MIS系統)、2電話線、3TCP/IP雙網、4Modem、5前置機、6多串口卡、7GPS時鐘、8Modem池、9電話專線、10現場數據採集裝置。其中主要為(1)專線數據機池。負責接入下級變電站電話專線，根據集控站所控制的範圍，設有10個通道(可擴展為16路)，專線可以為二線制和四線制。將信號轉換成數字串行信號送給計算機處理。具有熱備用功能，可同時向兩臺前置機(5)輸出輸入信號。
(2)前置機(5)兩臺。負責整個系統與變電站進行信息交換，主要完成命令的上傳下達，將上位機的指令送給各個變電站以及將變電站信息傳送給上位機。採用兩臺前置機是考慮到熱備份的需要，並在QNX作業系統下運行，具有極高的可靠性。
(3)在本系統中根據需要增加上位機兩臺。負責整個系統與用戶之間的交換，所有的系統操作均可以在上位機上完成，前置機的功能對用戶是透明的，具備圖形組態功能，完成用戶需要的所有的輸入、輸出、報表、圖形顯示等功能。
(4)本系統還另增加了百兆交換機兩臺(8路)。它們負責將兩臺上位機與兩臺前置機聯接起來，構成雙區域網。當一條網路出現問題，系統可轉至另外一條網路上完成通訊功能。
(5)56K數據機(4)兩臺。分別接到兩臺前置機和電話線上，使前置機可能通過普通電話線將實時數據傳送給上級管理信息系統。
二、硬體系統的設計與安裝(1)前置機櫃的安裝。前置機櫃存放著除了兩臺上位機以外所有的硬體，包括(A)兩臺前置機主機；(B)兩臺前置機顯示器；(C)兩臺56K數據機；(D)兩臺100M交換機；(E)1臺10通道專線Modem池；(F)通訊信道接線端子。
上述各種設備在機櫃中的位置(如圖9所示)。
(2)前置機硬體連接(如圖10所示)，其硬體連線用銘牌標示在前置機機櫃背面上，其布置如圖10所示。系統顯示器可按前置機櫃背面標示的插槽形接口操作。分別供連接顯示器、網卡、GPS接口、多串口卡、專線Modem池、滑鼠及鍵盤之用具體的連接順序如下(A)連接網絡(如圖11所示)每臺前置機都包含兩塊100M網卡，其中2號插槽內的是1號網卡，3號插槽內是2號網卡，分別接至兩臺8通道的100M交換機上。
(B)連接GPS。GPS接入線為RS232通訊線，必須接入前置機的COM2串口上。
(C)連接數據機。必須將56Kmodem的串行接口連接到COM1上。兩臺Modem共享一條電話線路，分別接在兩臺Modem的電話接入口上。
(D)連接滑鼠、鍵盤。(如圖12所示)滑鼠、鍵盤合用一條線，插在RS2上，再從分接頭分別接至滑鼠和鍵盤上。
(E)連接多串口卡(如圖13所示)，每個多串口卡接出8路RS232串行接口，接口上分別標明1～8，在本系統中的對應關係為#1多串口卡接口號1～8在系統中為Com3～Com10#2多串口卡接口號1～8在系統中為Com1～Com18前置1的多串口卡輸出均接入到Modem池背板上的第三行RJ45接口上，前置2的多串口卡輸出均接入到Modem池背板上的第四行RJ45接口上。
(G)連接通道端子。(如圖14所示)系統共有16路通道接線端子排，編號從右至左為#1～#16，每4個端子為一組，接至一個專線通道。
(3)上位機網絡連接方法。每臺上位機均有2塊100M網卡，IP位址分別設置為202.118.5.3(伺服器#1網卡)202.118.5.4(工作站#1網卡)192.168.5.3(伺服器#2網卡)192.168.5.4(工作站#2網卡)將IP為192.168.5.X的網卡接出線連接到交換機1上，將IP為202.118.5.X的網卡接出線連接到交換機2上。
步驟三、軟體系統設計與安裝本發明的軟體系統由數據處理模塊、通訊模塊和系統熱備份模塊三大模塊所組成，下面分別敘述它們的設計與安裝過程(1)數據處理模塊的安裝本發明的數據處理模塊包括共享實時資料庫，歷史數據記錄、網絡狀態顯示、前置端數據顯示和系統監控模塊。它們均以平行的方式裝入數據處理模塊中。
(2)通信模塊包括有(A)與現場通訊處理模塊；(B)調度端通訊模塊；(C)轉發上級管理信息系統(MIS)模塊和(D)通訊解約模塊。
前三個模塊分別同現場、調度室和上級調度自動化系統相連接，並分別連接到通訊解約模塊上。
(3)系統熱備份模塊。這一模塊是為確保本發明的系統長期完全運行必特別設計的。其備用處理器與主處理器並行。一旦網絡通信阻塞，系統便啟動熱備份模塊進行工作。
步驟四軟體系統的調試(1)軟體系統的調試本發明軟體系統的調試，首先從系統的主要模塊的調試開始，其中通訊幀表圖(如圖15所示)。
(A)與現場通訊處理模塊。其工作流程(如圖4所示)。調試步驟如下步驟1接收遠程單元的數據信息；步驟2判斷通信協議類型，依次為SC1801，CDT，C01；步驟3根據不同的協議類型解析規約；步驟4分離信息；步驟5導入實時資料庫；步驟6實時數據本地處理，打包成通訊幀；步驟7將數據發送到調度處理設備；步驟8結束。
(B)調度端通信模塊其工作流程(如圖5所示)，調試步驟如下步驟1接收調度端數據；步驟2判斷接收數據是否變化；步驟3否，進入處理等待，再重新進行判斷；步驟4是，進入打包成通信幀；步驟5建立TCP/IP進行數據傳輸；步驟6判斷是否進入下調命令；步驟7否，進入等待，再重新進行判斷，同時將數據送往實施資料庫準備本地操作；步驟8是，下調命令傳到現場設備；步驟9結束。
(C)轉發上級MIS模塊，其工作流程(如圖6所示)，調試步驟如下
步驟1開始步驟2判斷是否有上級請求；否，進入等待狀態；步驟3有，核實請求數量；步驟4選擇所需現場數據點；步驟5判斷請求類型；步驟6如果是遙信量，建立遙信通訊幀；步驟7如果是遙測量，建立遙測通訊幀；步驟8上傳已打好包好的通訊幀；步驟9結束。
(D)系統熱備份模塊，其工作流程(如圖7所示)，調試步驟如下步驟1開始；步驟2網絡通信檢測；步驟3確認狀態是否阻塞，否，進入等待並返回網絡通信檢測程序；步驟4是則等待時間設置；步驟5通信阻塞是否解除，是則返回網絡通信檢測；步驟6否則備用處理器啟動運行；步驟7檢測主處理器是否恢復運行，否，進入等待狀態，直到處理器恢復運行；步驟8是，備用處理器退出運行恢復原狀態；步驟9處理結束。
(2)系統界面和調試(A)系統主界面(如圖16所示)，包括(a)熱備用狀態界面標識前置機編號(1#或2#)，運行狀態(運行綠色或備用黃色)。
(b)系統網絡工作狀態界面系統由A、B兩網構成，分別聯在兩臺交換機上。聯接的線路通過線條顏色表達網絡系統工作狀態黃色表示網絡聯通正常但處於備用工作狀態，紅色表示網絡不能聯通處於需要檢查的異常狀態，綠色表示網絡聯通並正處於通訊狀態。
(c)調度端線路工作狀態界面紅色表示未建立通過MODEM的通訊聯接或聯接不成功；黃色表示撥號網絡建立成功，但未進入與調度計算機通訊；綠色表示正在與調度端計算機進行網絡通訊。
(d)MODEM池通常工作狀態界面標識MODEM池的16路通道的工作狀態，顯示每個通道所接入的子站名稱及工作狀態，綠色表示此通道工作正常，紅色表示此通道無法進行通訊，黃色表示此通道子站處於備用狀態或沒有接入子站通道。
(e)GPS時鐘工作狀態界面顯示GPS時鐘與系統間的通訊狀態。綠色工作，紅色不工作。
(f)系統功能菜單用戶通過這些接鈕選擇執行前置機系統軟體功能。
(B)系統運行參數的顯示功能測試a系統參數界面設置系統設定由以下幾個層次構成，所有配置均由上位機完成，前置機完成系統配置的顯示與前置機關鍵屬性的設定集控站屬性，變電站屬性，RTU屬性，各監控點屬性，GPS時鐘設定信息。
b集控站屬性的顯示與設置(如圖17所示)圖17顯示如下(i)熱備用方式設定，如果設置為自動狀態，系統會根據當前通道狀態自行決定是否進行運行狀態，如果設置為手動狀態，用戶必須決定置本前置機為運行狀態還是備用狀態。(ii)調度轉發設定，系統當前只能進行撥號連接至調度計算機，也可以由用戶決定是否啟動轉發功能，如果停用轉發功能，系統將不進行撥號聯接。(iii)上位機工作狀態設定，決定系統是否識別兩臺上位機，如果一臺上位機出現故障時，最好在前置機上設置此上位機為停機狀態，以加快前置機運行效率，因為如果不設為停機狀態，前置機將花費一定時間檢測此上位機狀態，佔用CPU時間。
c變電站屬性顯示見圖18，它顯示具體的一個終端採集單元的情況。
如圖18所示，此畫面顯示某個子站的基本屬性及通訊裝置。
d RTU屬性值顯示(如圖19所示)，這是子站向下屬RTU讀取的信息。
左側窗口顯示的是某子站下共有幾個RTU(遠方終端採集單元)及每個RTU的通訊地址(如RTU25表示此子站有一個RTU，地址為25)，右側窗口顯示此RTU的內部採集板的配置狀態。包括RTU地址，遙信板、遙測板、電度板、遙控板等。
e對於每一個RTU來說，必須向上級(子站)反映的信息則包括(i)數據點設定配置一覽表(見圖20)；(ii)實時數據一覽表(見圖21)，基本上是一秒鐘顯示一次；(iii)歷史數據查詢顯示(見圖22)，每10分鐘顯示一次，其數據可存儲7天；(iv)通訊原碼顯示，(見圖23)，這是未經解約的原始數據，記錄這些數據，為了供檢錯參考之用。
實施例2動力站鍋爐監控系統及裝置。
本發明在某動力站鍋爐監控系統中實施時，主要用於溫度數據的採集和控制。鍋爐控制設備是一個複雜的控制對象，其主要輸入變量是負荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風和引風等；而主要輸出變量是汽包水位、蒸汽壓力、爐膛負壓、過剩空氣等。因輸入變量與輸出變量在熱力學中相互關聯，按有關的熱力學定律，如果蒸汽負荷發生變化，必將會引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度的變化。
由於系統硬體和軟體同實施例1基本相同，僅在具體裝置和某些細節上因為要考慮現場作業的特殊要求略有改變，故在以下的敘述中，不必要的重複之處就省略不提了。僅重點介紹系統的硬體配置和系統的調試與運行。
(1)系統的硬體配置由硬體系統配置需要，採用PLC控制器來構築現場數據採集裝置以用於接收從鍋爐傳送來的數據並對數據進行處理，在傳送給鍋爐執行機構以達到控制鍋爐溫度的目的。前置機兩臺，主要負責信息交互，完成命令的上傳下達，將上位機的指令送給各個鍋爐執行機構以及將鍋爐執行機構的信息傳送給上位機。兩臺前置機採用熱備用方式運行，並在QNX作業系統下運行，具有極高的可靠性，能夠長時間不間斷運行。百兆交換機兩臺負責將上位機與前置機聯接起來，形成雙區域網，以防止突然出現的故障。將56K Modem兩臺，連接在網絡上，使得前置機可通過網絡的方式將實時數據傳送到系統。
(2)系統的調試與運行(A)、溫度的定時檢測由於PLC程序是以掃描方式順序執行的，通過PLC中的定時器編制一些時間脈衝解發程序，每隔一定時間發一個脈衝信號去觸發一段溫度檢測程序，從而實現溫度定時檢測的功能。
(B)、溫度的分區控制通過顯示觸控螢幕用戶設置好設定溫度，鍋爐的實際溫度通過數據傳送線傳送到PLC控制器上，PLC控制器把接收到的數據送給前置端。前置端通過網絡把接收到的數據傳送給上級MIS，調度端和客戶顯示端。調度端負責對接收到的數據進行處理以產生控制指令，控制指令通過網絡和前置端傳送到PLC上，然後PLC對鍋爐進行控制。如果發生了意想不到的問題出現，可以通過上級的管理系統進行控制。
(C)、汽包水位的控制通過連接水位計上的傳感器將水位信號送到PLC控制器上，PLC控制器把接收到的水位數據送給前置端。前置端通過網絡把水位數據和上述分區溫度數據一同傳送給上級MIS、調度端和客戶顯示端。當水位高低超出正常數值後，立即發出警告信號，並自動通過對給水系統下達指令，往蒸汽鍋爐水補充，恢復正常水位。
在鍋爐控制中，由於採用了PLC自控系統，鍋爐處於最佳運行狀態，熱效率提高10％，並且溫控精度高，在實際運行中溫度誤差能夠控制在±4℃以內。
實施例3油田輸油管道漏油監控系統本發明應用在國內某大型油田完成的輸油管道智能洩漏檢測系統中，取得了良好的效果。該洩漏檢測系統主要應用管道兩端的壓力、溫度和流量信號，通過某種算法實現洩漏檢測和定位。為了提高洩漏檢測的快速性及定位的準確性，必須保證採樣數據的高速性、實時性和同步性。
系統的硬體配置本實例中現場採樣裝置主要包括1、嵌入式微機，2、總線擴展口，3、A/D轉換器，4、計數板光電隔離器及濾波電路板，5、多路離散輸入信號接口，6、連續輸入信號接口，7、GPS接收系統，8、軟盤驅動器，9、電子硬碟，10、串口，11、網卡，12看門狗電路。
其主要特徵為嵌入式微機控制整個採樣裝置的工作狀態，嵌入式微機通過總線擴展口與A/D轉換器和計數板相連，多路離散信號接口和多路連續信號接口通過光電隔離器及濾波電路分別與計數板和A/D轉換器相連，嵌入式微機通過串行接口與GPS接收系統相連，嵌入式微機通過網卡與上位機等後續裝置實現遠程通信，嵌入式微機通過內部總線與軟盤驅動器、電子硬碟相連，也可通過內部總線和鍵盤、印表機和顯示器相連，嵌入式微機通過看門狗電路實現程序運行失敗時的自動復位。
系統運行過程在本應用實例中，現場的6路壓力、6路溫度信號經過壓力、溫度傳感器，以標準信號通過接口送入阻容濾波器中進行低通濾波，驅除高頻成分，再經過A/D轉換器轉換為數位訊號，6路流量脈衝信號通過接口送到光電隔離電路中進行降噪濾波，再經過計數板產生數位訊號，18路數位訊號通過總線擴展口送到嵌入式微機中，並利用嵌入式微機中的網卡通過乙太網傳送到上位機的資料庫中，以備分析。同時，嵌入式微機通過串口接收GPS系統來的信息，確保上位機接收到的管道兩端的下位機(即採樣裝置)上傳來的數據是同一時刻採樣的，從而保證準確地洩漏檢測和高精度定位。
嵌入式微機採用DOS作業系統，通過軟碟機進行安裝，並連接鍵盤和顯示器進行程序調試或修改。將採樣到的數據送到電子硬碟中進行保存，待保存到一定量的數據時通過網絡進行上傳，並定期進行刷新。電子硬碟中尚存儲DOS作業系統、開發工具系統、網絡通信協議等內容。該檢測和定位系統能對最長50千米的管線，可以在60秒內採樣到30L/min左右的洩漏量的報警，定位精度為全管長的2％。
權利要求
1.一種基於嵌入式操作的管理系統，包含有數據處理模塊、通訊模塊，其特徵在於(1)在數據處理模塊中添加有共享實時資料庫、歷史數據記錄、網絡狀態顯示、前置端數據顯示和系統監控模塊；(2)在通訊模塊中添加有與現場通訊模塊、與調度端通訊模塊、轉發上級MIS模塊和通訊解約模塊；(3)另加有系統熱備份模塊。
2.按權利要求1所述的基於嵌入式操作的管理系統，其特徵在於所說的與現場通訊模塊，其工作流程如下(1)接收遠程單元的數據信息；(2)判斷通信協議類型，依次為SC1801，CDT，C01；(3)根據不同的協議類型解析規約；(4)分離信息；(5)導入實時資料庫；(6)實時數據本地處理，打包成通訊幀；(7)將數據發送到調度處理設備；(8)結束。
3.按權利要求1所述的基於嵌入式操作的管理系統，其特徵在於所說的與調度端通訊模塊，其工作流程如下(1)接收調度端數據；(2)判斷接收數據是否變化；(3)否，進入處理等待，再重新進行判斷；(4)是，進入打包成通信幀；(5)建立TCP/IP進行數據傳輸；(6)判斷是否進入下調命令；(7)否，進入等待，再重新進行判斷，同時將數據送往實施資料庫準備本地操作；(8)是，下調命令傳到現場設備；(9)結束。
4.按權利要求1所述的基於嵌入式操作的管理系統，其特徵在於所說的轉發上級MIS模塊，其工作流程如下(1)開始；(2)網絡通信檢測；(3)確認狀態是否阻塞，否，進入等待並返回網絡通信檢測程序；(4)是則等待時間設置；(5)通信阻塞是否解除，是則返回網絡通信檢測；(6)否則備用處理器啟動運行；(7)檢測主處理器是否恢復運行，否進入等待狀態，直到處理器恢復運行；(8)是，備用處理器退出運行恢復原狀態；(9)處理結束。
5.一種實施按權利要求1所述的基於嵌入式操作的管理系統的裝置，包含連接到上級管理信息系統(MIS)和遠方終端採集單元的至少一個電話專線接口、至少一臺多路串口設備和多串口讀取卡、至少一臺前置機、至少一臺現場數據採集裝置、至少一個數據機和數據機池、TCP/IP雙網、至少一條電話專線和GPS時鐘，其特徵在於在前置機中安裝有由數據處理模塊、通訊模塊和系統熱備份模塊組成的全套軟體。
6.按權利要求5所述的基於嵌入式操作的管理系統的裝置，其特徵在於所說的電話專線接口是電纜接口或者是光纜接口。
全文摘要
一種基於嵌入式操作的管理系統，它包含有數據處理模塊、通信模塊，其特徵在於(1)在數據處理模塊中添加有共享實時資料庫，歷史數據記錄，網絡狀態顯示，前置端數據顯示和系統監控模塊；(2)在通信模塊中添加有現場通訊處理模塊，調度端通訊模塊、轉發上級管理信息系統(簡稱MIS)模塊和通訊解約模塊；(3)另加有系統熱備份模塊。相應地還有一種實施上述基於嵌入式操作的管理系統的裝置，該裝置運行時包括如下四個環節(1)與現場進行數據通訊；(2)和上級進行關鍵數據交換；(3)前置機運行和與調度端通訊；(4)校正系統時鐘。本發明的系統和裝置具有如下優點(1)提高了系統的實時性和管理的效率；(2)保證了前置端系統的穩定性；(3)保證了硬體的安全性和(4)降低了設備成本。
文檔編號G06F13/42GK1758236SQ200510046788
公開日2006年4月12日 申請日期2005年6月30日 優先權日2005年6月30日
發明者張化光, 楊東升, 孫秋野, 宋武琪, 於錫純, 宋崇輝 申請人:東北大學