一種遠程遙測終端控制器及系統啟動方法
2023-11-02 00:58:22 1
一種遠程遙測終端控制器及系統啟動方法
【專利摘要】本發明公開一種遠程遙測終端控制器及系統啟動方法。本發明所公開的遠程遙測終端控制器包括微處理器、通訊模塊、數據採集控制模塊、存儲模塊、硬體看門狗、電源模塊，所述存儲模塊其包括主存儲、副存儲、內存，所述主存儲、副存儲、內存均分別與微處理器相連，所述主存儲用於存儲作業系統；所述副存儲用於存儲與主存儲相同的作業系統和啟動加載程序；在主存儲的作業系統不能正常啟動時，啟動加載程序能夠讀取副存儲的作業系統以使可控遙測終端控制器正常啟動，保證遠程遙測終端控制器在野外環境工作的系統啟動穩定性。
【專利說明】一種遠程遙測終端控制器及系統啟動方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及油氣生產數位化建設現場數據採集領域，尤其涉及一種遠程遙測終端控制器及系統啟動方法。
【背景技術】
[0002]隨著油氣生產規模的不斷擴大和對生產過程自動化要求的不斷提高，利用數據轉換技術作為數據測量、採集處理和過程控制的基本手段，並與計算機技術、通訊技術相結合的分布式監控系統，已取代集中式系統成為作業系統硬體發展的趨勢。其中，遠程遙測終端控制器(RTU)作為分布式監控系統中常用的一種，其應用愈來愈普及。遠程遙測終端控制器(RTU)作為體現「測控分散、管理集中」思路的產品在中國油氣得到廣泛的應用。
[0003]遠程遙測終端控制器(RTU)是REMOTE TERMINAL UNIT的簡稱，用於監視、控制與數據採集的應用，集遙測、遙信、遙調、遙控功能於一體，並在各種數據採集與監視作業系統(Supervisory Control And Data Acquisit, SCADA)中得到廣泛的應用。
[0004]通常，遠程遙測終端控制器(RTU)是通常由中央處理單元(微處理器)、通信接口、存儲單元、模擬信號輸入輸出單元、開關信號輸入輸出單元、數位訊號輸入輸出單元、電源單元等幾大部分組成。此外，根據實際應用需求，有的遠程遙測終端控制器(RTU)產品也增加了 一些特殊功能，如視頻、硬體冗餘等功能。
[0005]在工程建設現場，現有遠程遙測終端控制器雖然根據不同應用場景其內部的作業系統已搭載不同的獨立的程序，為行業提供方便，遠程遙測終端控制器也隨著技術的發展不斷發展，服務於石油現場數據採集行業的遠程遙測終端控制器大量安裝，也廣泛用在電力、水利、能源、環保、交通、地理信息系統等領域。目前，由於油氣廠口地理位置分散、工況等的不同，對遠程遙測終端控制器提出以下需求:
[0006]1、遠程遙測終端控制器在數據採集控制現場，需要接受信號類型多樣、接口點數豐富，以適應生產現場採集不同信號類型、不同生產現場信號點數差別較大的需求。
[0007]2、遠程遙測終端控制器需要在通信方式上兼容不同的通信方式，用戶可根據現場環境，從多種通信方式中進行選擇以實現與現場控制器的互連。
[0008]3、由於油田現場多樣，環境複雜，遠程遙測終端控制器的在工作過程中會遭受雷擊、強電流、存儲器損壞等，所以更加需要遠程遙測終端控制器系統的穩定。
【發明內容】
[0009]為解決上述現有的遠程遙測終端控制器的缺陷，本發明提供一種遠程遙測終端控制器，包括微處理器、通訊模塊、數據採集控制模塊、存儲模塊、硬體看門狗、電源模塊，
[0010]其中，所述硬體看門狗與微處理器相連，用於監控作業系統軟體程序運行狀況；所述通訊模塊包括通訊接口，通訊模塊與微處理器相連，用於遠程遙測終端控制器與外界設備進行通信；所述數據採集控制模塊包括數據採集控制接口，數據採集控制模塊與微處理器相連，用於遠程遙測終端控制器對現場輸入輸出接口進行數據採集及控制；所述電源模塊與微處理器相連；所述存儲模塊包括主存儲、副存儲、內存，所述主存儲、副存儲、內存均分別與微處理器相連，所述主存儲用於存儲作業系統；所述副存儲用於存儲與主存儲相同的作業系統和啟動加載程序。
[0011]根據上述技術方案，本發明通過設置副存儲，並在副存儲內存儲與主存儲相同的作業系統。在主存儲內存在壞塊影響其內部作業系統啟動的情況下，通過副存儲內的啟動加載程序去將副存儲內的作業系統重新寫到主存儲內再次啟動，這樣就可以避免主存儲無法啟動作業系統的情況下遠程遙測終端控制器還能夠正常運行，保證資料的收集。且，在極端情況下，主存儲受到比較大的損壞，導致無法寫入作業系統的情況下，還可以由內存啟動，進一步增強遠程遙測終端控制器系統的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0013]圖1是本發明一種遠程遙測終端控制器裝置示意圖；
[0014]圖2是本發明一種遠程遙測終端控制器實施例裝置示意圖；
[0015]圖3是本發明一種遠程遙測終端控制器系統啟動方法流程圖；
[0016]圖4是本發明一種遠程遙測終端控制器系統啟動方法實施例流程圖。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0018]以下將結合說明書附圖，詳細描述本發明。
[0019]圖1是本發明提供一種遠程遙測終端控制器示意圖。如圖1所示，所述遠程遙測終端控制器包括微處理器、通訊模塊、數據採集控制模塊、存儲模塊、硬體看門狗、電源模塊，
[0020]其中，所述硬體看門狗與微處理器相連，用於監控作業系統軟體程序運行狀況；所述通訊模塊包括通訊接口，通訊模塊與微處理器相連，用於遠程遙測終端控制器與外界設備進行通信；所述數據採集控制模塊包括數據採集控制接口，數據採集控制模塊與微處理器相連，用於遠程遙測終端控制器對現場輸入輸出接口進行數據採集及控制；所述電源模塊與微處理器相連；所述存儲模塊其包括主存儲、副存儲、內存，所述主存儲、副存儲、內存均分別與微處理器相連，所述主存儲用於存儲作業系統；所述副存儲用於存儲與主存儲相同的作業系統和啟動加載程序。
[0021 ] 進一步地，所述主存儲通過並行接口與微處理器連接，所述副存儲通過串行接口與微處理器連接。
[0022]進一步地，所述主存儲採用Nand-flash，副存儲採用SP1-fLASH，內存採用SDRAM。
[0023]進一步地,所述作業系統採用Iinux作業系統。[0024]進一步地,所述啟動加載程序包括:bootstrap、U_boot ;所述bootstrap用於啟動U-boot ；U-boot用於校檢作業系統及讀取副存儲內的作業系統。
[0025]進一步地，所述通訊模塊包括乙太網接口、RS232接口、RS485接口。
[0026]進一步地，所述乙太網接口採用10/100兆自適應網絡接口 ；所述RS232接口、RS485接口用於接收和發出符合Modbus協議的數據。
[0027]進一步地，所述數據採集控制接口包括DI接口、DO接口、Al接口、AO接口、PI接□。
[0028]進一步地，所述微處理器與通訊模塊、數據採集控制模塊之間設置有光電耦合器。
[0029]下面結合本發明一種遠程遙測終端控制器的一種具體實施例來詳細說明本發明。
[0030]圖2為本發明一種遠程遙測終端控制器實施例裝置示意圖，如圖所示，所述本實施例的遠程遙測終端控制器包括微處理器、硬體看門狗、存儲器模塊、電源模塊、無線通訊模塊、乙太網接口、RS232接口、RS485接口、DI接口、DO接口、Al接口、AO接口、PI接口。所述硬體看門狗、電源模塊、ZIGBEE通訊模塊、乙太網接口、RS232接口、RS485接口、DI接口、DO接口、Al接口、AO接口、PI接口分別與微處理器相連接。所述存儲模塊其包括主存儲、副存儲、內存，所述主存儲、副存儲、內存均分別與微處理器相連。
[0031]所述主存儲為Nand-flash，其通過並行接口與微處理器相連，用於存儲作業系統。所述副存儲為SP1-flash，其通過串行接口與微處理器相連，用於存儲備用作業系統和啟動加載程序。內存採用SDRAM，其通過並行接口與微處理器相連。
[0032]所述啟動加載程序包括bootstrap和U-boot,通過bootstrap啟動U-boot。通過U-boot的校檢功能首先校檢Nand-flash內的作業系統:
[0033]若校檢正確，則遠程終端控制器直接啟動Nand-flash的作業系統進行運行；
[0034]若校檢錯誤，則U-boot會讀取SP1-flash內的作業系統到內存，然後將內存內的作業系統寫到Nand-flash,進而再次校檢Nand-flash內的作業系統是否正確，若校檢正確，貝1J啟動Nand-flash內的作業系統,若錯誤,則說明Nand-flash可能已經包含大面積壞塊，無法繼續使用，進而此時直接啟動內存內的作業系統以使遠程遙測終端控制器正常運行。
[0035]所述硬體看門狗與微處理器相連，用於監控本實施例遠程遙測終端控制器作業系統軟體程序運行狀況。電源模塊採用DC/DC隔離電源模塊。進一步具體的說，所述DC/DC隔離電源的隔離電壓可以達到2千伏DC，並允許18?36伏DC輸入範圍，工作效率達到86%，支持反接保護和短路保護，以降低本實施例遠程遙測終端控制器系統的電磁幹擾。
[0036]本實施例遠程遙測終端控制器採用RS485接口、RS232接口與其他設備進行通訊，也可以通過以無線通訊方式與其他設備通訊，還可以通過乙太網接口與設備通訊，並使用微處理器完成控制、採集、運算、通訊處理等全部功能。
[0037]所述RS485接口及RS232接口發送和接收符合Modbus協議的數據。接口所接收的數據傳輸到作業系統中，接口所發送的數據傳輸到遠程遙測終端控制器外的其他設備。所述RS485接口、RS232接口均設有光電耦合器，所述光電耦合器用於在所述各個接口在與外部進行信號傳輸時，一旦遭到強烈的浪湧衝擊，限制其破壞範圍在本功能單元內部，其它功能單元不受影響，可繼續使遠程遙測終端控制器工作，達到降低浪湧破壞的目的。
[0038]所述乙太網接口可以採用10/100兆自適應網絡接口，用於進行遠程遙測終端控制器與網絡之間的數據交互。
[0039]所述ZIGBEE通訊模塊發送和接收符合ZIGBEE協議的數據，以便使遠程遙測終端控制器與其他無線儀表(如無線載荷、無線角位移等儀表)的互連、控制和數據交換。
[0040]進一步說明本實施例，所述通訊模塊包括3路RS485接口、2路RS232接口 I路乙太網接口，I路ZIGBEE通訊接口。
[0041]如圖2所示，所述Al接口包括Al接口、ADC裝置、光電耦合器。Al接口與ADC裝置相連接，ADC裝置與微處理器相連，並且，ADC裝置與微處理器之間設置有光電耦合器。所述ADC裝置(模擬信號轉數位訊號裝置)用於將Al接口輸入的模擬信號轉換為數位訊號輸入到微處理器中，光電耦合器用於避免Al接口受到強烈的浪湧衝擊，保護本單元內其他功能單元不受影響。所述AO接口用於輸出模擬信號。AO接口包括AO接口、DAC裝置、光電耦合器。AO接口與ADC裝置相連接，DAC裝置與微處理器相連，並且，DAC裝置與微處理器之間設置有光電耦合器。所述DAC裝置(數位訊號轉模擬信號裝置)用於微處理器輸出的數位訊號轉為模擬信號並傳送到AO接口進行模擬信號輸出；光電耦合器用於避免AO接口受到強烈的浪湧衝擊，保護本單元內其他功能單元不受影響。所述DI接口用於輸入數位訊號，DI接口包括DI接口及光電耦合器，DI接口與微處理器相連，並且DI接口與微處理器之間設置有光電耦合器，光電耦合器用於避免DI接口受到強烈的浪湧衝擊，保護本單元內其他功能單元不受影響。所述DO接口用於輸入數位訊號，DO接口包括DO接口及光電耦合器，DO接口與微處理器相連,並且DO接口與微處理器之間設置有光電稱合器，光電稱合器用於避免DO接口受到強烈的浪湧衝擊，保護本單元內其他功能單元不受影響。所述PI接口用於輸入脈衝信號，PI接口包括PI接口及光電耦合器，PI接口與微處理器相連，並且PI接口與微處理器之間設置有光電耦合器，光電耦合器用於避免PI接口受到強烈的浪湧衝擊，保護本單元內其他功能單元不受影響。
[0042]Al接口、AO接口、DI接口和DO接口還設置有自恢復保險絲以及雙向瞬態電壓抑制二極體(TVS管)進行防護，進一步提高接口傳輸數據的穩定性。
[0043]更加具體說明本實施例遠程遙測終端控制器，所述Al接口採用8路模擬量輸入；AO接口採用4路模擬量輸出；DI接口採用8路數字量輸入；D0接口採用4路數字量輸出；PI接口採用4路高速脈衝計數輸入。這樣，遠程遙測終端控制器同時可以採集8路模擬量數據、8路數字量數據、4路脈衝輸入數據。
[0044]本實施例遠程遙測終端控制器通過設置副存儲，並在副存儲內存儲與主存儲相同的作業系統。在主存儲內存在壞塊影響其內部作業系統啟動的情況下，通過副存儲內的啟動加載程序去將副存儲內的作業系統重新寫到主存儲內再次啟動，這樣就可以避免主存儲無法啟動作業系統的情況下遠程遙測終端控制器還能夠正常運行，保證資料的收集。且，在極端情況下，主存儲受到比較大的損壞，導致無法寫入作業系統的情況下，還可以由內存啟動，進一步增強遠程遙測終端控制器系統的穩定性。
[0045]如圖3所示，本發明還提供一種遠程遙測終端控制器系統啟動方法，應用如上述遠程遙測終端控制器，其包括:
[0046]SI,啟動副存儲上的啟動加載程序；
[0047]S2，所述啟動加載程序校檢主存儲的作業系統，
[0048]若校檢正確，則直接從主存儲啟動作業系統；[0049]若校檢不正確，則啟動加載程序讀取副存儲的作業系統到內存，再從內存複製到主存儲內並重新校檢主存儲的作業系統，若校檢正確，則從主存儲啟動作業系統，若校檢不正確，則從內存啟動作業系統。
[0050]下面結合說明書附圖4來詳細說明本發明一種遠程遙測終端控制器系統啟動方法。
[0051]附圖4為本發明一種遠程遙測終端控制器系統啟動方法實施例步驟流程圖。如圖4所示，本實施例包括:
[0052]啟動遠程遙測終端控制器後，首先bootstrap啟動，bootstrap啟動後由bootstrap啟動U_boot ;U_boot啟動後開始校檢NAND-flash內的Iinux作業系統是否正確；
[0053]若U-boot校檢正確，則啟動NAND-f Iash內的作業系統，進而遠程遙測終端控制器啟動;
[0054]若NAND-fIash內部存在壞塊或收到其他影響，U_boot校檢不正確，則U_boot將讀取SP1-flash內的Iinux作業系統到SDRAM ;然後，U-boot將SDRAM內的Iinux內的作業系統寫入到NAND-fIash後重新校檢NAND-fIash內的作業系統，若校檢正確，則動NAND-fIash內的作業系統，進而遠程遙測終端控制器啟動；若仍然校檢不正確，說明NAND-flash內存在大量壞塊以致不能正常使用，進而啟動SDRAM內的作業系統以使遠程遙測終端控制器正常啟動。
[0055]本發明中應用了具體實施例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【權利要求】
1.一種遠程遙測終端控制器，其特徵在於，包括微處理器、通訊模塊、數據採集控制模塊、存儲模塊、硬體看門狗、電源模塊， 其中，所述硬體看門狗與微處理器相連，用於監控作業系統軟體程序運行狀況；所述通訊模塊包括通訊接口，通訊模塊與微處理器相連，用於遠程遙測終端控制器與外界設備進行通信；所述數據採集控制模塊包括數據採集控制接口，數據採集控制模塊與微處理器相連，用於遠程遙測終端控制器對現場輸入輸出接口進行數據採集及控制；所述電源模塊與微處理器相連；所述存儲模塊包括主存儲、副存儲、內存，所述主存儲、副存儲、內存均分別與微處理器相連，所述主存儲用於存儲作業系統；所述副存儲用於存儲與主存儲相同的作業系統和啟動加載程序。
2.如權利要求1所述的遠程遙測終端控制器，其特徵在於，所述主存儲通過並行接口與微處理器連接，所述副存儲通過串行接口與微處理器連接。
3.如權利要求1所述的遠程遙測終端控制器，其特徵在於，所述主存儲採用Nand-flash，副存儲採用SP1-fLASH，內存採用SDRAM。
4.如權利要求1所述的遠程遙測終端控制器，其特徵在於，所述作業系統採用Iinux作業系統。
5.如權利要求1所述的遠程遙測終端控制器，其特徵在於，所述啟動加載程序包括:bootstrap、U_boot ;所述bootstrap用於啟動U_boot ;U_boot用於校檢作業系統及讀取副存儲內的作業系統。
6.如權利要求1所述的遠程遙測終端控制器，其特徵在於，所述通訊模塊包括乙太網接 口、RS232 接 口、RS485 接 口。
7.如權利要求6所述的遠程遙測終端控制器，其特徵在於，所述乙太網接口採用10/100兆自適應網絡接口 ；所述RS232接口、RS485接口用於接收和發出符合Modbus協議的數據。
8.如權利要求1所述的遠程遙測終端控制器，其特徵在於，所述數據採集控制接口包括 DI 接口、DO 接口、Al 接口、AO 接口、PI 接口。
9.如權利要求1所述的遠程遙測終端控制器，其特徵在於，所述微處理器與通訊模塊、數據採集控制模塊之間設置有光電耦合器。
10.一種遠程遙測終端控制器系統啟動方法，應用如權利要求1所述遠程遙測終端控制器，其特徵在於，其包括: Si，啟動副存儲上的啟動加載程序； S2，所述啟動加載程序校檢主存儲的作業系統， 若校檢正確，則直接從主存儲啟動作業系統； 若校檢不正確，則啟動加載程序讀取副存儲的作業系統到內存，再從內存複製到主存儲內並重新校檢主存儲的作業系統，若校檢正確，則從主存儲啟動作業系統，若校檢不正確，則從內存啟動作業系統。
【文檔編號】G05B19/048GK103955158SQ201410149609
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】郭月明, 黃兵, 劉守會 申請人:中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司, 北京中油瑞飛信息技術有限責任公司