ЛОКАЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И СБОРА ДАННЫХ Российский патент 2002 года по МПК H04B3/54 G08B25/06 

Настоящее изобретение относится к электросвязи, радиотехнике и вычислительной технике, в частности к информационным системам контроля и передачи данных, а также может быть использовано, например, в автоматизированных системах контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ), осуществляющих сбор данных от различных датчиков расхода энергоресурсов, расположенных на контролируемых объектах, и передачу их по иерархической структуре в центр контроля.

В настоящее время из патента США 5216623 известна система контроля и передачи данных от энергетических датчиков. Система содержит множество энергетических датчиков, подключенных к каскадно-соединенным между собой контроллеру, концентратору и модему. Выход модема связан с удаленной анализирующей станцией, содержащей модем и компьютерную систему. Для функционирования данной системы необходима, как указано в патенте, телефонная линия связи и, следовательно, она занимает на довольно длительное время телефонный канал связи.

Существуют также системы, в которых передача данных от энергетических датчиков осуществляется по беспроводным каналам, т. е. по каналам радиосвязи (см. патенты США 5553094 и WO 9845717). Это, во-первых, приводит к занятию радиоканала, а во-вторых, излучаемый сигнал может создать помехи другим средствам связи.

Известны системы контроля и передачи данных от энергетических датчиков (см. , например, патенты США 4135181, WO 9743836, WO 9857440, UK 2272350), в которых передача данных от энергетических датчиков осуществляется по распределительным линиям электропередачи. Диапазон используемых частот составляет от нескольких килогерц до нескольких сотен мегагерц, при этом передача осуществляется либо с использованием тональных частот, либо с использованием несущих частот промодулированных тем или иным образом, в том числе и с использованием методов расширения спектра. Если связной сигнал будет маломощным, то он будет подавляться уровнем шума на линии, причем чем ниже несущая частота, тем больше уровень помех воздействует на передаваемый сигнал. Если связной сигнал будет достаточно мощным и высокочастотным, то распределительная сеть может начать излучать, что может привести к нарушению требований электромагнитной совместимости.

Таким образом, из-за воздействия помех достоверность передачи данных снижается.

Изобретение направлено на создание такой системы контроля и сбора данных от различных датчиков, расположенных на контролируемых объектах и подключенных к абонентским комплектам, и передачи этих данных по иерархической структуре в центр контроля (на центральный терминал), которая позволила бы повысить достоверность сбора данных в условиях значительных помех в канале передачи данных.

Это решается за счет того, что локальная система контроля и сбора данных содержит, по крайней мере, один локальный терминал, имеющий возможность подключения через канал связи к центральному терминалу, включающий в себя, по меньшей мере, ЭВМ, модем данных, подключенный к ЭВМ и через блок сопряжения к силовой сети электропитания, к которой подключено несколько абонентских комплектов. Каждый абонентский комплект включает в себя модем данных, соединенный через блок сопряжения с силовой сетью электропитания и через контроллер с, по крайней мере, одной группой датчиков. Модем данных каждого абонентского комплекта выполнен с возможностью передавать и принимать манипулированные сигналы в полосе не превышающей 4F соответственно на несущих частотах nF и mF, где F - частота силовой сети электропитания, n и m - номера ее гармоник, выбранные в пределах от 10 до 20000, а модем данных локального терминала выполнен с возможностью передавать и принимать аналогичные сигналы соответственно на несущих частотах mF и nF. Контроллер каждого абонентского комплекта выполнен с возможностью осуществления считывания информации с, по крайней мере, одной группы датчиков и накопления ее в течение заданного интервала времени, выдачи накопленной информации либо циклически, либо выборочно, в зависимости от вида запроса и/или при возникновении необходимости срочной передачи данных. Локальный терминал выполнен с возможностью приема и накопления данных от контроллеров всех абонентских комплектов и возможностью передачи накопленных данных в центральный терминал, кроме того, он выполнен с возможностью подтверждения ответа от абонентских комплектов, а также он выполнен с возможностью формирования и передачи сигналов о возникновении нештатной ситуации на объекте, обслуживаемом абонентским комплектом. Кроме того, по крайней мере, один абонентский комплект снабжен, по крайней мере, одним исполнительным органом, управляемым от локального терминала.

На фиг. 1 приведена структурная схема локальной системы контроля и сбора данных в соответствии с изобретением.

На фиг. 2 приведен пример использования изобретения в информационной системе энерго- и ресурсосбережения.

На фигурах показано:
1 - группы датчиков;
2 - абонентские комплекты;
3 - контроллеры;
4 - ЭВМ центрального терминала;
5 - центральный терминал;
6 - ЭВМ локального терминала;
7 - локальный терминал;
8 - модем данных;
9 - блок сопряжения локального терминала;
10 - силовая сеть электропитания;
11 - блоки сопряжения абонентских комплектов;
12 - модемы данных абонентских комплектов;
13 - канал связи, например стандартный коммутируемый канал сети телефонной связи или канал компьютерной сети;
14 - компьютерный модем;
15 - высокочастотные перемычки.

Возможность осуществления изобретения подтверждается следующим ниже описанием. Функционирование локальной системы контроля и сбора данных рассмотрим на примере использования ее для АСКУЭ с использованием одного локального терминала.

Каждый из датчиков, которые в данном случае представляют собой датчики расхода энергоресурсов, всех групп энергетических датчиков 1 каждого абонентского комплекта 2 выдает сигнал о потребляемом энергоресурсе, например, в виде последовательности импульсов. Сигналы с датчиков энергоресурсов соответствующих групп 1 поступают в контроллер 3 соответствующего абонентского комплекта 2, в котором из этих сигналов извлекаются данные, которые, в свою очередь, накапливаются и записываются в соответствующие элементы памяти. Каждому элементу памяти контроллеров 3 и, следовательно, соответствующему датчику энергоресурсов присвоен персональный идентификационный номер (ПИН) в виде адресного кода, который хранится в ЭВМ 4 центрального терминала 5 и ЭВМ 6 соответствующего локального терминала 7. Локальный терминал 7 с помощью ЭВМ 6 посылает сигнал запроса на считывание данных. Сигнал запроса может быть сформирован либо в виде набора соответствующих ПИНов, либо в виде одного конкретного ПИНа.

Сигнал запроса из ЭВМ 6 локального терминала 7 поступает в модем данных 8 локального терминала 7, где осуществляется его перенос на несущую частоту, равную nF, например, с помощью частотной манипуляции с непрерывной фазой (может быть использован и другой вид манипуляции); при этом полоса модулированного сигнала не превышает 4F, где F - частота силовой сети электропитания, а n - номер ее гармоники, выбранный в пределах от 10 до 20000. Выбор несущей частоты, равной nF, позволяет повысить достоверность передачи данных за счет устранения воздействия на приемные части модемов сосредоточенных помех с частотами, кратными частоте силовой сети электропитания.

Сформированный модемом 8 сигнал через блок сопряжения 9 локального терминала 7 поступает в силовую сеть электропитания 10 и далее через соответствующие блоки сопряжения 11 абонентских комплектов 2 поступает в модемы данных 12 абонентских комплектов 2, в которых этот сигнал демодулируется и из него выделяются соответствующие сигналы запроса. Выделенные сигналы запроса поступают в контроллеры 3 абонентских комплектов 2, где определяется принадлежность запроса к конкретному контроллеру. Контроллер, к которому был обращен данный запрос, осуществляет формирование сигнала ответа на принятый запрос.

Сигнал ответа, в который включаются данные, накопленные в контроллере 3 соответствующего абонентского комплекта 2 за заданный интервал времени, например, минуту, час, сутки и т. д. , передается в модем данных 12 соответствующего абонентского комплекта 2. В этом модеме сигнал ответа переносится на несущую частоту, равную mF, с помощью выбранной и указанной выше частотной манипуляции с непрерывной фазой, при этом полоса модулированного сигнала также не превышает 4F, где m - номер гармоники частоты силовой сети электропитания, выбранный в пределах от 10 до 20000. При использовании симплексного метода приема и передачи сигналов m и n могут быть равными. Манипулированные сигналы через силовую сеть электропитания 10 и соответствующие блоки сопряжения 11 и 9 поступают в модем данных 8 локального терминала 7, где демодулируются. Демодулированные данные поступают в ЭВМ 6 локального терминала 7 и там накапливаются. Накопленные здесь данные могут быть считаны с помощью ЭВМ 6 или ЭВМ 4 центрального терминала 5.

Опрос всех групп датчиков энергоресурсов 1 осуществляется либо циклически по заданной программе, например один раз за единицу времени (минута, час, сутки, неделя, месяц и т. д. ), либо выборочно в любое время, в том числе может быть опрошен один конкретный датчик энергоресурсов.

Обмен информацией между центральным терминалом 5 и локальными терминалами 7 осуществляется, например, один раз в сутки или месяц, через канал связи 13, в качестве которого может быть использован, например, стандартный коммутируемый канал сети телефонной связи или канал радиосвязи и т. д. , при этом используются соответствующие, известные в технике, компьютерные модемы 14.

При использовании трехфазной силовой сети электропитания и подключения абонентских комплектов 2 к разным фазам или разным вводам силовой сети электропитания для обеспечения и улучшения прохождения сигналов между фазными проводами силовой сети электропитания 10 могут быть включены высокочастотные перемычки 15 или соответствующие коммутаторы, включенные на входе или выходе блока сопряжения 9 локального терминала 7 (на фигурах не показаны).

В процессе работы системы производится самодиагностика работы путем подтверждения ответа от абонентского комплекта, накопления информации об ошибках передачи данных, состоянии канала и состоянии оборудования системы. Это позволяет обеспечить автоматический контроль и протоколирование состояния оборудования, входящего в состав системы.

При необходимости абонентские комплекты 2 или часть из них могут быть снабжены исполнительными органами (на фигурах не показаны), позволяющими, например, управлять потреблением энергоресурсов. Передача команд исполнительным органам осуществляется от соответствующего локального терминала.

При возникновении нештатной ситуации на объекте, обслуживаемом каким-либо абонентским комплектом, соответствующие данные могут быть накоплены в контроллере этого абонентского комплекта, а затем срочно переданы на локальный терминал 7, где в ЭВМ 6 формируется соответствующий сигнал, который может быть передан, например, на центральный терминал 5 и/или на какой-либо другой объект, в зависимости от назначения системы и ее использования.

Контроллеры системы по техническому исполнению инвариантны к типу датчиков энергоресурсов и виду энергоресурса: энергия, вода, тепло и т. д. Данные почасового расхода энергоресурсов со всех датчиков хранятся в базе данных центрального терминала 5 длительное время, до 10 лет. Количество датчиков, обслуживающих системой, ограничивается вычислительной мощностью используемых ЭВМ и может достигать нескольких тысяч единиц.

Рассмотренный пример реализации локальной системы контроля и сбора данных не ограничивается его использованием только в АСКУЭ и в зависимости от типа датчиков может быть использован в других системах контроля и управления.

Таким образом, технический результат, а именно повышение достоверности передачи данных с датчиков достигается за счет всей совокупности признаков, указанной далее в формуле изобретения.

Формула изобретения п. 1 составлена без ограничительной части, так как она в таком виде более четко отражает сущность изобретения.

Локальная система контроля и сбора данных относится к электросвязи, радиотехнике и вычислительной технике. Чтобы повысить достоверность передачи данных, она содержит, по крайней мере, один локальный терминал, включающий в себя ЭВМ, модем данных и блок сопряжения локального терминала к силовой сети электропитания, к которой подключено также несколько абонентских комплектов, каждый из которых включает в себя модем данных, блок сопряжения и контроллер, все модемы данных выполнены, чтобы передавать и принимать манипулированные сигналы в полосе, не превышающей 4F, и работают на несущих частотах nF и mF, где F - частота силовой сети электропитания, n и m - номера ее гармоник, выбранные в пределах от 10 до 20000, контроллер каждого абонентского комплекта осуществляет считывание информации с датчиков, накапливает ее в течение заданного интервала времени и выдает ее в зависимости от вида запроса и/или при возникновении необходимости срочной передачи данных, а локальный терминал принимает и накапливает данные от контроллеров всех абонентских комплектов и выдает их. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Локальная система контроля и сбора данных содержащая, по крайней мере, один локальный терминал, имеющий возможность подключения через канал связи к центральному терминалу, включающий в себя, по меньшей мере, ЭВМ и модем данных, подключенный к ЭВМ и, через блок сопряжения локального терминала, к силовой сети электропитания, к которой подключено несколько абонентских комплектов, каждый из которых включает в себя модем данных абонентского комплекта, соединенный через блок сопряжения абонентского комплекта с силовой сетью электропитания и, через контроллер, с, по крайней мере, одной группой датчиков, модем данных каждого абонентского комплекта с возможностью передавать и принимать манипулированные сигналы в полосе, не превышающей 4F, соответственно на несущих частотах nF и mF, где F - частота силовой сети электропитания, n и m - номера ее гармоник, выбранные в пределах от 10 до 20000, а модем данных локального терминала выполнен с возможностью передавать и принимать аналогичные сигналы соответственно на несущих частотах mF и nF, контроллер каждого абонентского комплекта выполнен с возможностью осуществления считывания информации с, по крайней мере, одной группы датчиков и накопления ее в течение заданного интервала времени, выдачи накопленной информации либо циклически, либо выборочно, в зависимости от вида запроса, и/или при возникновении необходимости срочной передачи данных, а локальный терминал выполнен с возможностью приема и накопления данных от контроллеров всех абонентских комплектов и выдачи накопленных данных. 2. Локальная система контроля и сбора данных по п. 1, отличающаяся тем, что m = n. 3. Локальная система контроля и сбора данных по п. 1, отличающаяся тем, что локальный терминал выполнен с возможностью подтверждения ответа от абонентского комплекта. 4. Локальная система контроля и сбора данных по п. 1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, один абонентский комплект снабжен, по крайней мере, одним исполнительным органом, управляемым от локального терминала. 5. Локальная система контроля и сбора данных по п. 1, отличающаяся тем, что локальный терминал выполнен с возможностью формирования и передачи сигналов о возникновении внештатной ситуации на объекте, обслуживаемом абонентским комплектом.