一種自控信號轉換發送節能控制設備的製作方法
2023-05-20 11:35:11
一種自控信號轉換發送節能控制設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種自控信號轉換發送節能控制設備，主要包括：一組信號埠、輸入信號電平轉換模塊、輸入偵聽模塊、輸出模塊和工作狀態調度機。一組信號埠分別連接不同的信號源，各個信號埠分別通過各自對應的電平轉換模塊和輸入偵聽模塊，對所連接的埠上的信號進行數字編碼後，存入工作狀態調度機的輸入數據緩存區模塊；所述工作狀態調度機將控制輸出數據緩存區模塊的從輸入數據緩存區獲得的數據分別發往各個輸出模塊。本發明可以解決對複雜且多樣化的自動化設備進行分散控制、集中管理，將所有電氣設備連接成一個統一的平臺的技術問題。
【專利說明】一種自控信號轉換發送節能控制設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自動控制技術。特別是涉及一種對多種不同的自動控制協議、大量的自動設備進行統一集中管理的裝置。
【背景技術】
[0002]隨著自控水平和應用的提高，對所有的電氣設備實現遠程自動控制成為大趨勢。然而設備的多樣性造成了組網的困難。
[0003]目前，自動控制市場上，有各種不同的通信協議:BACnet，LonTalk, EIB, RS-232，RS485/422, MSTP, RTU, ASCII,數不勝數。現場工程師需要一個能夠將所有自控設備統一納入一個上位平臺進行集中管理的工具。
[0004]以往的產品，參照IOS推薦的OSI網際網路協議的七層模型，在通信的物理層，都是通過電平轉換，實現不同的標準通信協議的互聯互通。比如，RS232的電平就是正負10V, R485的電平就是正負5V或是正負3V，EIB總線是在供電迴路上加載波，但是也有對信號幅值的明確定義。
[0005]如:機電設備主機市場上應用較多，主機的結構複雜，操作需要專業人士。機電設備納入樓宇自控系統的方式，目前主要採用主機原廠家的通信協議轉換網關。
[0006]機電設備的通信網關屬於選購件，需要另外付款購買。然而，機電設備要正常運行，必須配備控制面板。通過現場的控制面板，客戶實現日常的啟、停機，維護、測試，查抄主機數據等工作。
[0007]機電設備主機必然具備一塊主要的控制電路板，又稱設備主控制板。這塊電路板各個廠家、不同型號產品命名不盡相同，然而邏輯功能一致:控制主機，與機組所有相關設備通信。
[0008]主控制板一般接口分別是PortOl:Field Bus,是現場接口，連接現場設備和傳感器，如:繼電器及相關觸點、接觸器及相關觸點，傳感器(溫度、溼度、壓力、流量、電流、電壓等);Port02:協議接口，通過廠家的專有協議與上位機通信；Port03:面板接口，連接現場的控制面板，從控制面板接受指令，向控制面板傳送數據。
[0009]Port03是核心通信接口。這個接口上的數據可以實現主機的所有日常操作和數據採集等工作。因此，當我們對這個接口的數據進行智能存儲轉發處理，就可以實現絕大多數在Port02:協議接口上實現的功能。
[0010]又如:所述的能源節約的管控技術採用閉環控制原理，通過傳感器採集相關數據(如:戶內、外溫、溼度，建築物內C02濃度等)。通過出入口和公共區域的攝像機利用人體檢測、識別技術，實時動態記錄建築物內人員的變化，通過多功能自控協議轉換裝置採樣作為反饋和預先設置的數學模型進行比較，根據比較結果，實時、動態地控制中央空調系統的各類設備運行，實現按需供冷，保證冷源能量輸出和空調末端需求的平衡。1.自動調整冷水機組工作運行狀況，動態調整製冷主機冷凍水出水溫度，調整冷凍(卻)水泵的轉速，提高用電設備的運行效率；2.智能判斷、控制開啟、關閉末端設備或調整風機轉速(監測人員變化，C02濃度等);3.建立工作站，自動完成系統的運行記錄/報表列印，通過機組控制器上的通訊接口採集系統的各種參數，將機組的內部參數記錄顯示在電腦上。完善的報警管理隨時記錄系統發生的事件，顯示報警信息及來源，便於操作者進行及時有效的處理，保障機組運行安全，節省辦公用地，實現無人值守，節省值班人員工資及相關費用，全面提高物業管理水平。可在不影響不影響人員舒適度的前提下，節省中央空調系統各類用電設備的有功功率和無功功率，達到電力控制及電能節約。
[0011]以上的技術方案實現，在不用原廠家提供網關與主機通信的情況下，研發一個能夠將所有自控設備統一納入一個上位平臺進行集中管理的工具是十分重要的。
【發明內容】
[0012]本發明的目的是提供一種自控信號轉換發送節能控制設備，以解決對複雜且多樣化的自動化設備進行分散控制、集中管理，將所有電氣設備連接成一個統一的平臺的技術問題。
[0013]為了實現上述發明目的，本發明所採用的技術方案如下:
[0014]一種自控信號轉換發送節能控制設備，主要包括:一組信號埠、輸入信號電平轉換模塊、輸入偵聽模塊、輸出模塊和工作狀態調度機；其中，工作狀態調度機的主要功能模塊有輸入數據緩存區、輸出數據緩存區和輸出信號設置器；所述輸出模塊為一個高速電子開關電路；一組信號埠分別連接不同的信號源，各個信號埠分別通過各自對應的電平轉換模塊和輸入偵聽模塊，對所連接的埠上的信號進行數字編碼後，存入工作狀態調度機的輸入數據緩存區模塊；所述工作狀態調度機將控制輸出數據緩存區模塊的從輸入數據緩存區獲得，或由工作狀態調度機直接寫入的數據分別發往各個輸出模塊；所述工作狀態調度機的各個輸出電位幅度的控制端，分別與各個各自獨立的輸出模塊連接；所述輸出模塊與信號埠連接。
[0015]所述各個信號端的信號轉發機制包括:各個信號端都要有收、發兩種狀態，各個信號端的狀態可以根據需要任意組合成若干狀態，並且在上述各個狀態中有條件的跳轉。
[0016]本發明的優點和積極效果如下:本發明有效地解決了任何機電產品能夠有效地互聯互通的問題，可以將不同幅值的數位訊號輸換成本發明所可以識別的數位訊號，完整無損地保存在本發明的「工作狀態調度機」內的「輸入數據緩存區」內，以備使用。如:一些廠家的設備通信採用自定義的電平值，又有些產品在通信時需要檢測線路上是否有信號，還有些廠家的產品不檢測線路載波情況或是採用別的手段來檢測，通過本發明的自控信號轉換發送節能控制設備能實現這些產品之間互聯互通的功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的電路原理框圖。
[0018]圖2是本發明應用在遠程控制系統中的示意圖。
[0019]圖3是本發明全埠空閒狀態的程序控制邏輯圖。
[0020]圖4是本發明埠 I發送狀態的程序流程。
[0021]圖5是本發明的邏輯流程圖。
[0022]圖6是本發明在線/下線切換電路[0023]圖7是本發明的線路信號偵聽原理圖
[0024]圖8是本發明的參考電壓獲得電路原理圖。
[0025]圖9是本發明的高速電子開關電路圖。
[0026]圖10是本發明的協議轉換器軟體邏輯圖。
【具體實施方式】
[0027]本發明的電路組成參見圖1，包括信號埠 1、信號埠 2、信號埠 3、輸入信號電平轉換模塊1、輸入信號電平轉換模塊2、輸入偵聽模塊1、輸入偵聽模塊2、輸入偵聽模塊3、輸出模塊1、輸出模塊2，、輸出模塊3和工作狀態調度機等部分。其中，工作狀態調度機就是單片機，其主要功能模塊有:輸入數據緩存區，輸出數據緩存區，輸出信號設置器等功能模塊。
[0028]圖1示出的自控信號轉換發送節能控制設備提供三個接口:Com01，連接原設備主控制板的Port03:面板接口，Com02，連接原設備的原有控制面板；Com03，連接第三方智能設備，實現對原有設備的遠程監控，實現全部原有控制面板的功能。
[0029]自控信號轉換發送節能控制設備實現的功能:
[0030]1.電路切換:在ComOl接收全部Port03:面板接口的數據，全部實時轉發到Com02和 Com03。
[0031]2.在Com02接收全部原控制面板的數據,全部實時轉發到ComOl和Com03。
[0032]3.在收到第三方智能設備的信令時，智能判斷:如果需要轉發ComOl，則關閉Com02 (禁止Com02發信號)，同時將信令轉發ComOl，信令發完後，重新恢復Com02功能。
[0033]4.當收到Com02的某條特殊指令時(可以由客戶自行自定義)，強制恢復Com02功能，Com03禁止發送，只能偵聽，這樣可以保證原控制面板的第一優先權。
[0034]5.ComOI/ComO2的電氣性能可能與Com3不同，本發明實現電氣性能和協議的轉換。
[0035]實現對多種類型的機電設備的自動控制，可以實現協議轉換，讀取機電設備主機機組的運行參數，可以上傳到遠端的上位工作站，在上位機上實現數據存儲、分析。並且可以與主機機組互動，實現遠程控制。
[0036]在埠 I，埠 2上設計有各自獨立的輸出模塊，分別是輸出模塊I和輸出模塊2，這兩個模塊設計成可以調節的模塊，從而實現當連接不同的設備時，可以調節輸出信號的幅度，從而實現與不同設備的互聯。
[0037]對輸出模塊的調節，設計有「輸出信號設置器」，本設置器可以接受「工作狀態調度機」的指令，使得輸出信號的調節可以更加便捷。
[0038]對於3個埠的信號轉發機制。對於埠 1，埠 2，埠 3三個埠，都要有收、發兩種狀態，合起來就是6態，這樣還有一個3個埠全部接收的IDLED態。
[0039]合併一下，在本發明的「工作狀態調度機中」只有五種狀態:A.3個埠全在聽、B.埠 I和埠 2偵聽；埠 3發送，C.埠 2和埠 3偵聽，埠 I發送、D.埠 I和埠 3偵聽，埠 2發送。E.再加上一個3個埠全部接收的全空閒態。本發明的控制邏輯，就是在這五種狀態中有條件跳轉，從而實現系統容錯性能強，轉發可靠，速度快等特點。
[0040]對於埠 I和埠 2，設計有保全機制，就是說，當本設備出現失電故障時，會將埠 I和埠 2直接電路連通，從而減少設備故障造成損失。
[0041]參見圖2，本發明提供三個接口:Com01，連接原設備主控制板的Port03:面板接口，Com02，連接原設備的原有控制面板；Com03，連接第三方智能設備，實現對原有設備的遠程監控，實現全部原有控制面板的功能。實現對多種類型的機電設備的自動控制，可以實現協議轉換，讀取機電設備主機機組的運行參數，可以上傳到遠端的上位工作站，在上位機上實現數據存儲、分析。並且可以與主機機組互動，實現遠程控制。
[0042]本發明的程序邏輯上有以下幾種狀態。
[0043]設備狀態，5種:
[0044]A.3個埠全在聽，在圖3的流程圖中描繪為「全部埠空閒」狀態，
[0045]B.埠 I和埠 2偵聽；埠 3發送，在流程圖中描繪為「埠 I接收」狀態，此時埠 3的數據只抄送給埠 1.[0046]C.埠 2和埠 3偵聽，埠 I發送、在流程圖中描繪為「埠 I發送」狀態，
[0047]D.埠 I和埠 3偵聽，埠 2發送。在流程圖中描繪為「埠 3接收」狀態，
[0048]埠狀態:高電平狀態、低電平狀態、空閒狀態
[0049]接收埠狀態:埠 I接收，埠 2接收，埠 3接收。
[0050]程序系統通過不斷檢測上述各種狀態的不同組合狀態，從而執行不同的動作。而最主要的邏輯狀態就是上述的5種「設備狀態」。程序主體主要是這5種狀態工作，在這5態中跳轉。
[0051]當前設備狀態是「全埠空閒狀態」時，程序的控制邏輯如圖3。當前設備狀態是「埠 I發送」時，程序流程圖如圖4。
[0052]總結一下，簡單地說，邏輯流程如圖5。
[0053]這樣的轉發邏輯，可以保證:
[0054]I).當本發明的3個埠沒接其它設備時，本發明處於待轉發狀態。
[0055]2).當本發明只有埠 I接入其它設備時，對於埠 I的所有信息不做處理。
[0056]3).當本發明只有埠 2接入其它設備時，實時線速將埠 2的數據轉發埠 I和埠 3
[0057]4).當本發明只有埠 3接入其它設備時，實時線速將埠 3的數據轉發埠 I
[0058]5).當本發明只有埠 1、埠 2連有其它設備時，可以使埠 1、埠 2正常交互交換信息，通信正常。
[0059]6).當本發明只有埠 1、埠 3接入其它設備時，埠 I和埠 3不能正常通信。
[0060]7).當本發明只有埠 2、埠 3接入其它設備時，埠 2和埠 3可以正正通信。
[0061]埠 I和埠 2的信號，物理層和數據鏈路層特徵相同，而與埠 3的物理層、數據鏈路層特徵不同。
[0062]這樣的設計，可以滿足不同的應用場景和需求，錄活，容錯性能好。
[0063]本發明實現的重要電路舉例及說明:
[0064]1.在線/下線切換電路，參見圖6。該電路串在信號埠的線路中，其通斷繼電器與單片機的控制端連接。本網橋設備斷電時，由於Relay的作用，SA直接與HA相聯。SB直接與HB相連。
[0065]2.線路信號偵聽電路，參見圖7。本網橋工作時，原從機信號線A接入SA(該電路的輸入信號)。原從機信號線B接入SB。VRAH是Slave機A線的參考電壓，該參考電壓由參考電壓獲得電路提供，本電路中設定為3.5v。
[0066]SA與VRAH經過比較器lm319後，當SA>3.5v時，輸出RSAH=高電平，輸入mcu RB5,表示Slave機A線在發高電平。當SA〈3.5v時，輸出RSAH=低電平，輸入mcu RB5,表示Slave機A線在非高電平。
[0067]同樣，與SA類似的，有另一組類似電路。SA與VRAI(設置為1.0v)通過LM319比較，當SA>1.0v時，RSAI=高電平，輸入mcu RB4,表示Slave機A線在發非低電平。當SA〈1.0v時，RSAI=低電平，輸入mcu RB4,表示Slave機A線在發低電平。
[0068]以上，設高電平為1，低電平為0，則有:
[0069]
【權利要求】
1.一種自控信號轉換發送節能控制設備，其特徵在於，主要包括:一組信號埠、輸入信號電平轉換模塊、輸入偵聽模塊、輸出模塊和工作狀態調度機；其中，工作狀態調度機的主要功能模塊有輸入數據緩存區、輸出數據緩存區和輸出信號設置器；所述輸出模塊為一個高速電子開關電路；一組信號埠分別連接不同的信號源，各個信號埠分別通過各自對應的電平轉換模塊和輸入偵聽模塊，對所連接的埠上的信號進行數字編碼後，存入工作狀態調度機的輸入數據緩存區模塊；所述工作狀態調度機將控制輸出數據緩存區模塊的從輸入數據緩存區獲得，或由工作狀態調度機直接寫入的數據分別發往各個輸出模塊；所述工作狀態調度機的各個輸出電位幅度的控制端，分別與各個各自獨立的輸出模塊連接；所述輸出模塊與信號埠連接。
2.根據權利要求1所述的一種自控信號轉換發送節能控制設備，其特徵在於，所述各個信號端的信號轉發機制包括:各個信號端都要有收、發兩種狀態，各個信號端的狀態可以根據需要任意組合成若干狀態，並且在上述各個狀態中有條件的跳轉。
【文檔編號】G05B19/042GK103439906SQ201310385078
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】王更生, 韓慶軍, 王曉震, 韓慶師 申請人:金博爾節能環保科技（北京）有限公司