一种用于分散设备环境下的集中控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及数控技术领域，具体而言，涉及一种用于分散设备环境下的集中控制系统及控制方法。


背景技术：

2.污水处理厂、砂石分类处理厂等具有现场设备分散，难以进行集中管控的特点；且设备操作人员往往在噪音、粉尘、泥浆、碎石、毒气等恶劣的工作环境下工作，严重影响设备操作人员的身体健康，也不利于作业的安全性。目前，针对上述问题，主要采用以下方式来解决：一是将操作危险系数较高的电气设备通过延长电气接线的方式将电气设备引出；二是利用联动台对电气设备进行操作；三是通过安装摄像装置对设备的运行状况进行监控。然而，现有技术虽能在一定程度上缓解设备分散不易管控及恶劣工作环境影响人身健康的问题，但也存在以下不足：一是设备改造费用高；二是操作人员管理培训难度大；三是设备检修费时费力且效果不佳。
3.有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：现有技术中，针对污水处理厂、砂石分类处理厂等存在的设备分散不易集中管控，以及恶劣的工作环境影响工作人员身体健康等问题的解决方法存在不足，目的在于提供一种用于分散设备环境下的集中控制系统及控制方法，能够实现对污水处理厂、砂石分类处理厂等恶劣工作环境下的分散设备进行集中管控，同时提高设备操作人员的工作安全系数和设备检修效率。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种用于分散设备环境下的集中控制系统，包括：空气开关、变压器、逻辑控制器、信号处理器、隔离继电器、接线端子和上位机；所述空气开关对外接入市电，对内连接所述变压器；所述变压器、所述逻辑控制器、所述信号处理器和所述隔离继电器依次连接，所述变压器与所述上位机电性连接；所述逻辑控制器与所述上位机通信连接；所述隔离继电器连接所述接线端子；所述接线端子包括多条控制电缆，每一条所述控制电缆连接一台外围设备。
7.与现有技术相比，本发明应用电子集成电路，利用工业控制用的可编程逻辑控制器(plc)和信号处理器作为集中控制系统的信号输入、输出控制，并接入隔离继电器，增加系统的性能稳定性。同时利用接线端子对外围设备进行分组，每一条电缆对应一套外围设备，从而实现将分散的各外围设备统一接入该控制系统，实现对多个外围设备的集中控制，并且接线端子方便接线，利于检修。此外，系统通过以太网实现控制器与上位机通信，通过上位机实现对接入设备的监测、分析和控制，在满足无水处理厂、砂石分类处理厂的生产和安全需要的同时，能有效提高设备运维效率。
8.作为对本发明的进一步描述，此集中控制系统包括漏电保护装置和避雷器，所述
漏电保护装置和所避雷器依次连接在所述空气开关和所述变压器之间，用于防止漏电和雷击等意外情况的发生。
9.作为对本发明的进一步描述，所述逻辑控制器包括以太网接口；所述逻辑控制器通过所述以太网接口与所述上位机通信连接。
10.作为对本发明的进一步描述，所述逻辑控制器包括应急处理单元。当发生控制电源失电或者故障、上位机故障情况下，应急处理单元用于移出控制系统，从而不影响现场外围设备的正常运行。
11.作为对本发明的进一步描述，所述隔离继电器对外接入市电，为部分继电器线圈供电。
12.作为对本发明的进一步描述，所述接线端子的控制电缆包括：启/停机控制信号线、运行状态反馈信号线、故障报警信号线和模拟量控制信号线。从而保证每一台外围设备正常接入。
13.作为对本发明的进一步描述，所述上位机包括：通信单元、存储单元、统计单元和显示单元。
14.作为对本发明的进一步描述，集中控制系统还包括集中控制柜，所述空气开关、所述变压器、所述逻辑控制器、所述信号处理器、所述隔离继电器、所述接线端子、所述上位机、所述漏电保护装置和所避雷器封装在所述集中控制柜内；所述集中控制柜的上层为所述空气开关、所述变压器、所述漏电保护装置和所避雷器；所述集中控制柜的中间层为所述逻辑控制器和所述信号处理器；所述集中控制柜的下层为所述隔离继电器和所述接线端子；所述上位机设置在所述集中控制柜外。
15.一种用于分散设备环境下的集中控制系统的控制方法，包括以下步骤：
16.步骤1：隔离继电器通过接线端子获取外围设备的设备状态信号，并将设备状态信号传递给信号处理器；
17.步骤2：信号处理器对设备状态信号进行处理，输出模拟信号，并将所述模拟信号发送给逻辑控制器；
18.步骤3：逻辑控制器将所述模拟信号转化为数字信号，并将所述数字信号发送给上位机；
19.步骤4：上位机根据所述数字信号进行分析、统计、存储和制作报表，并生成监测结果和设备控制信号，将设备控制信号反馈给所述逻辑控制器；
20.步骤5：逻辑控制器根据所述设备控制信号生成控制指令，并将所述控制指令发送给所述信号处理器；
21.步骤6：所述信号处理器将所述控制命令转化为控制模拟信号，并将所述控制模拟信号发送给隔离继电器；
22.步骤7：所述隔离继电器通过所述接线端子将所述控制模拟信号分发至各外围设备，实现对各外围设备的集中控制。
23.作为对本发明的进一步描述，上述步骤3中，逻辑控制器将数字信号发送给上位机之前，首先对通信是否正常进行自检，若通信正常，则将逻辑控制器将数字信号发送给上位机；若通信异常，则检查通信异常原因；上述步骤4中，所述监测结果包括：设备运行正常和设备运行异常；若监测结果显示为设备运行异常，则生成报警信号，并通知设备运维人员对
运行异常的设备进行检查排故。
24.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
25.1、本发明实施例提供的一种用于分散设备环境下的集中控制系统及控制方法，集成工业控制用的可编程逻辑控制器(plc)、信号处理器和隔离继电器，可实现对外围设备的稳定控制；
26.2、本发明实施例提供的一种用于分散设备环境下的集中控制系统及控制方法，通过接线端子实现外围设备与控制系统的便捷接入，利用检修；
27.3、本发明实施例提供的一种用于分散设备环境下的集中控制系统及控制方法，利用以太网方式实现逻辑控制器与上位机通信，上位机的各功能单元实现对外围设备的监测、分析和控制。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本发明实施例提供的一种用于分散设备环境下的集中控制系统结构示意图。
30.附图中标记及对应的零部件名称：
[0031]1‑
空气开关，2
‑
变压器，3
‑
逻辑控制器，4
‑
信号处理器，5
‑
隔离继电器，6
‑
接线端子，7
‑
上位机，8
‑
漏电保护装置，9
‑
避雷器，10
‑
集中控制柜，31
‑
以太网接口，32
‑
应急处理单元，71
‑
通信单元，72
‑
存储单元，73
‑
统计单元，74
‑
显示单元。
具体实施方式
[0032]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0033]
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
[0034]
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0035]
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为
了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0036]
实施例1
[0037]
针对现有技术对污水处理厂、砂石分类处理厂等存在的设备分散不易集中管控，以及恶劣的工作环境影响工作人员身体健康等问题的解决方法存在的不足。本实施例提供了一种用于分散设备环境下的集中控制系统。该系统由空气开关1、避雷器9、漏电保护装置8、变压器2，逻辑控制器3，信号处理其、隔离继电器5，接线端子6及必要的辅助材料组合而成，再通过以太网通讯的方式连接上位机7。整套装置通过空气开关1引入市电(220vac)，漏电保护装置8及避雷器9用以预防意外的发生，对该集中控制系统形成保护。220vac电源进入变压器2，将220vac转换为24vdc电源，用来给逻辑控制器3、信号处理器4和隔离继电器5提供电源，220vac电源同时也做一部分继电器线圈操作电源用。接线端子6实现每一组电缆对应外部一套设备，每套设备包含：启动停机信号、运行状态信号，故障报警信号，以及用于采集外围信号的模拟量集中通道。集中控制系统的结构如图1所示。具体的，
[0038]
一种用于分散设备环境下的集中控制系统包括：空气开关1、变压器2、逻辑控制器3、信号处理器4、隔离继电器5、接线端子6和上位机7；所述空气开关1对外接入市电，对内连接所述变压器2；所述变压器2、所述逻辑控制器3、所述信号处理器4和所述隔离继电器5依次连接，所述变压器2与所述上位机7电性连接；所述逻辑控制器3与所述上位机7通信连接；所述隔离继电器5连接所述接线端子6；所述接线端子6包括多条控制电缆，每一条所述控制电缆连接一台外围设备。
[0039]
其中，
[0040]
逻辑控制器3包括以太网接口31，逻辑控制器3通过所述以太网接口31与所述上位机7通信连接。
[0041]
逻辑控制器3包括应急处理单元32。当发生控制电源失电或者故障、上位机7故障情况下，应急处理单元32用于移出控制系统，从而不影响现场外围设备的正常运行。
[0042]
接线端子6的控制电缆包括：启/停机控制信号线、运行状态反馈信号线、故障报警信号线和模拟量控制信号线。从而保证每一台外围设备正常接入。
[0043]
上位机7包括：通信单元71、存储单元72、统计单元73和显示单元74。
[0044]
此外，
[0045]
集中控制系统包括漏电保护装置8和避雷器9，所述漏电保护装置8和所避雷器9依次连接在所述空气开关1和所述变压器2之间，用于防止漏电和雷击等意外情况的发生。
[0046]
集中控制系统还包括集中控制柜10，所述空气开关1、所述变压器2、所述逻辑控制器3、所述信号处理器4、所述隔离继电器5、所述接线端子6、所述上位机7、所述漏电保护装置8和所避雷器9封装在所述集中控制柜10内；所述集中控制柜10的上层为所述空气开关1、所述变压器2、所述漏电保护装置8和所避雷器9；所述集中控制柜10的中间层为所述逻辑控制器3和所述信号处理器4；所述集中控制柜10的下层为所述隔离继电器5和所述接线端子6；所述上位机7设置在所述集中控制柜10外。
[0047]
污水处理厂、砂石分类处理厂现场设备较分散，且工作环境往往伴随粉尘、噪音及有毒物质等，其动力设备及配电操作置于现场。单就现场的单套设备而言，其操作回路包含就地控制和远程控制两种模式。其中远程控制启停信号端子、运行状态反馈端子，设备故障
反馈端子和模拟信号量端子，通过硬接线的方式接入，通过多芯屏蔽铜芯控制电缆将现场的所有设备汇总至集中控制系统。集中控制柜10就是通过接线端子6与外围设备连接，对收集外围设备的信号并进行汇总和分组后接入信号处理器4和逻辑控制器3，对输入进行处理，得到数字量输入和模拟量输入，然后利用cpu进行程序编写，通过以太网的方式和上位机7(运行scada软件，需组态)。根据工艺流程图进行布局，动态显示控制，并对所接入的数据进行存储，分析，统计，制作报表等，现场设备分为就地/远程模式：就地模式下，由现场控制操作设备，远程可以监测该设备参数状态，切入远程状态，可以交由上位机7远程控制，辅以客户现场的视频监控，全方位保障了人员安全，提升了效率，降低了人的劳动负荷。
[0048]
与现有技术相比，本发明应用电子集成电路，利用工业控制用的可编程逻辑控制器3(plc)和信号处理器4作为集中控制系统的信号输入、输出控制，并接入隔离继电器5，增加系统的性能稳定性。同时利用接线端子6对外围设备进行分组，每一条电缆对应一套外围设备，从而实现将分散的各外围设备统一接入该控制系统，实现对多个外围设备的集中控制，并且接线端子6方便接线，利于检修。此外，系统通过以太网实现控制器与上位机7通信，通过上位机7实现对接入设备的监测、分析和控制，在满足无水处理厂、砂石分类处理厂的生产和安全需要的同时，能有效提高设备运维效率。
[0049]
实施例2
[0050]
一种用于分散设备环境下的集中控制系统的控制方法，包括：
[0051]
步骤1：隔离继电器通过接线端子获取外围设备的设备状态信号，并将设备状态信号传递给信号处理器；
[0052]
步骤2：信号处理器对设备状态信号进行处理，输出模拟信号，并将所述模拟信号发送给逻辑控制器；
[0053]
步骤3：逻辑控制器将所述模拟信号转化为数字信号，并将所述数字信号发送给上位机；
[0054]
步骤4：上位机根据所述数字信号进行分析、统计、存储和制作报表，并生成监测结果和设备控制信号，将设备控制信号反馈给所述逻辑控制器；
[0055]
步骤5：逻辑控制器根据所述设备控制信号生成控制指令，并将所述控制指令发送给所述信号处理器；
[0056]
步骤6：所述信号处理器将所述控制命令转化为控制模拟信号，并将所述控制模拟信号发送给隔离继电器；
[0057]
步骤7：所述隔离继电器通过所述接线端子将所述控制模拟信号分发至各外围设备，实现对各外围设备的集中控制。
[0058]
上述步骤3中，逻辑控制器将数字信号发送给上位机之前，首先对通信是否正常进行自检，若通信正常，则将逻辑控制器将数字信号发送给上位机；若通信异常，则检查通信异常原因；上述步骤4中，所述监测结果包括：设备运行正常和设备运行异常；若监测结果显示为设备运行异常，则生成报警信号，并通知设备运维人员对运行异常的设备进行检查排故。
[0059]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含
在本发明的保护范围之内。