本發明涉及一種工業無線傳感網開關控制系統及方法。屬無線通信和嵌入式系統技術領域。

背景技術：

工業控制系統發展主要經歷手動控制、半自動控制和智能化控制三個階段。手動控制方式沒有中控室，控制全憑借經驗操作，隨意性大。半自動控制方式終端運行參數數據一般通過有線電纜傳輸，從中控室對其進行設置。終端設備按照設置的參數自動進行作業，在作業過程中，可根據實際情況進行必要的干預，也可以在中控室設置參數或命令通過有線電纜控制作業，或通過裝載無線設備進行無線控制。智能化運行方式主要采用遠程控制模式，作業人員在中控室中進行控制，發出指令，終端設備按照指令進行工作。工作過程中，作業人員可在中控室進行監控和干預。如果現場場地大，有多臺設備的話，人工遠程干預將不易實現，因此，該方式一般用于現場設備很少的情況下，如日本北陸電力大田七尾發電所采用這種方式。傳統的遠程控制基于PLC的有線信號傳輸控制。每臺終端通過自身的PLC進行有線信號的收集和處理，并將處理結果信息通過有線電纜傳送到中控室，這種方式長年累月易造成電纜磨損，影響信號傳輸的穩定性。

針對這種現象，利用無線通信技術，進行控制信息傳輸，即點對點控制。這里點對點控制采用雙向無線智能控制器，可以完全代替終端設備的控制電纜，實現無線控制，從而解決傳統控制系統的控制電纜斷裂造成嚴重影響生產的問題，同時維護更換方便，節省了大量的人力、物力和財力。點對點控制需要兩臺配對使用，相互控制，輸入狀態控制到對方設備的輸出，設備同時具有自診斷功能、檢測對方設備是否在線、故障輸出告警等功能，具有配置簡單、使用方便、實用性強、性能穩定等優點。

點對點雙向無線智能控制器避免了有線傳輸中因電纜損壞或接觸不良造成控制信號丟失現象，但是，也帶來頻段利用率低、效率不高等缺點。通過多個控制終端組建工業無線傳感網，實現控制終端開關量輸入與控制終端開關量輸出間一對一、一對多、多對一、多對多的配置，達到一臺控制終端，控制多臺輸出設備，解決現場終端設備數量多、分布不集中的控制問題。

技術實現要素：

本發明的目的是解決現有技術存在的不足，提供一種工業無線傳感網開關控制系統及方法。目的在于將監控終端、控制終端組建成工業無線傳感網，通過配置，構建控制終端開關輸入量與控制終端開關輸出量間一對一、一對多、多對一、多對多映射，實現控制終端的聯動，提高設備利用效率，增強整個網絡生存周期?？刂平K端只有開關輸入量和開關輸出量，應用不同領域，可根據應用對象，控制終端連接不同的輸入對象(如，斷路器、傳感器等)及輸出對象(如，操作機構、電機等)?？刂平K端只考慮開關輸入量和開關輸出量，拋開了具體對象，擴展了工業無線傳感網的應用領域。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案實現：

一種工業無線傳感網開關控制系統，包括監控終端和控制終端，利用無線通信技術，構建工業無線傳感網。

具體來說，所述的控制終端設置于靠近開關量設備處，與監控終端通過無線通信方式進行通信，用于開關量信號的采集、處理、傳輸、轉發及控制；

進一步地，所述的監控終端通過有線方式與監控處理中心相連接，用于轉發控制終端開關量數據到監控處理中心，以及轉發監控處理中心數據或命令到控制終端，實現組網及數據通信。

進一步地，所述的工業無線傳感網開關控制系統由一臺監控終端和多臺控制終端組成，通過星型架構，構建網絡，實現多臺控制終端信息共享及聯動。通過監控終端實現對控制終端配置及控制，以及配置網絡，可根據實際情況進行靈活多樣的配置，達到資源利用最優。

工業無線傳感網開關控制系統的控制方法，其步驟：

步驟一、監控處理中心發送組網控制命令到監控終端；

步驟二、監控終端收到組網控制命令，對多個控制終端進行組網；組網成功后，將組網成功信號發送到監控處理中心，跳轉到步驟三；否則，發送組網不成功信號到監控處理中心，跳轉到步驟一；

步驟三、監控處理中心將系統配置需要發送給監控終端；

步驟四、監控終端接收到監控處理中心數據，進行解析，并將配置命令轉發給各個控制終端；

步驟五、控制終端收到監控終端發送的數據信息，進行解析，并反饋給控制終端應答信號，建立控制終端開關輸入量和開關輸出量與其它控制終端開關輸出量和開關輸入量連接關系，形成控制終端的開關輸入量與其它控制終端開關輸出量間一對一、一對多、多對一、多對多配對；

步驟六、控制終端根據配對關系，將開關輸入量信息發送到配對的控制終端開關輸出量；同時將開關輸入量信息通過監控終端傳輸到監控處理中心；

步驟七、控制終端開關輸出量信息通過監控終端傳輸到監控處理中心；

步驟八、如果需要調整控制終端開關輸入量與其它控制終端開關輸出量之間的匹配關系，通過監控處理中心進行設置，然后跳轉到步驟三；否則跳轉到步驟六。

本發明的優點及效果：與現有技術相比，本發明提供的工業無線傳感網開關控制系統通過監控終端實現對控制終端的配置及控制?？蓪崿F控制終端的輸入開關量與其它控制終端輸出開關量間一對一、一對多、多對一、多對多配對，即每個控制終端可臨時作為主控制終端用以控制整個網絡中其它控制終端的工作狀態。避免因個別設備故障，造成所在區域工作無法完成，及系統效率低下；也可以根據現場情況，通過監控終端設置設備工作狀態。通過組網方式，實現設備功效最大化。另外，控制終端只有輸入開關量和輸出開關量，應用不同領域，可根據應用對象，控制終端連接不同的輸入對象(如，斷路器、傳感器等)及輸出對象(如，操作機構、電機等)?？刂平K端只考慮輸入開關量和輸出開關量，拋開了具體對象，增強了其通用性，擴展了工業無線傳感網的應用領域。

附圖說明

圖1是工業無線傳感網開關控制系統的控制終端功能結構圖；

圖2是工業無線傳感網開關控制系統的監控終端功能結構圖；

圖3是工業無線傳感網開關控制系統的網絡拓撲結構圖；

圖4是工業無線傳感網開關控制系統的網絡配置結構示意圖。

具體實施方案

下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

圖1是工業無線傳感網開關控制系統的控制終端功能結構圖。8路開關輸入量由兩個4路輸入量組成，通過光電隔離電路輸入到處理單片機，光電隔離電路使開關輸入量和處理單片機之間實現電氣隔離，增強系統穩定性。指示燈獨立顯示8個輸入開關量的通斷狀態。無線單片機接收無線信號、轉換輸入到處理單片機，同時也將處理單片機傳來的信息無線發送出去。處理單片機解析無線單片機輸送來的信息，并將結果通過光電隔離電路，輸出控制8路開關量。DC-DC電路提供給處理單片機、無線單片機、射頻信號處理、指示燈、8路開關輸入量工作電源。

圖2是工業無線傳感網開關控制系統的監控終端功能結構圖。RS232通信接口、RS232/485通信接口傳輸有線數據到處理單片機，目的為工業控制中其它模塊進行有線通信，起到兼容功能。無線單片機接收無線信號、轉換輸入到處理單片機，同時也將處理單片機傳來的信息無線發送出去。處理單片機解析無線單片機輸送來的無線信息，以及通過RS232通信接口、RS232/485通信接口輸送來的有線信息。DC-DC電路提供給處理單片機、無線單片機、射頻信號處理、指示燈工作電源。

將控制終端、監控終端組合在一起，構建工業無線傳感網開關控制系統的網絡拓撲結構，如圖3所示。工業無線傳感網開關控制系統采用3層的分層式星型網絡結構，網絡拓撲結構的第一層(工作站)，包括監控處理中心和監控終端。第二層是以工作站為核心組成的星型網絡結構，采用控制終端作為無線節點。第三層是以第二層中某一節點為核心構成星型網絡結構，采用控制終端作為無線節點。監控終端通過RS-232通信接口接收監控處理中心發來的配置命令，進行相應的配置，其中數據通信支持Modbus通信協議?？刂平K端通過無線接收監控終端發來的IO配對命令，實現控制終端的輸入通道遠程控制其它控制終端的輸出通道。無線傳輸數據幀總長度為20個字節，包括2個字節的幀頭，1個字節的數據類型，16個字節的數據字段和1個字節的結束標識。

圖4是工業無線傳感網開關控制系統的網絡配置結構示意圖。從圖4可以看出，監控處理中心與監控終端之間通過有線方式傳輸數據，監控終端與控制終端，控制終端與控制終端之間通過無線傳輸數據，每個控制終端可臨時作為主控制終端用以控制整個網絡中其它無線開關量控制終端的工作狀態，以及控制終端的輸入量與輸出量配對情況具有多樣性，其實施主要包括以下步驟：

步驟一、監控處理中心發送組網控制命令到監控終端；

步驟二、監控終端收到組網控制命令，對多個控制終端進行組網；組網成功后，將組網成功信號發送到監控處理中心，跳轉到步驟三；否則，發送組網不成功信號到監控處理中心，跳轉到步驟一；

步驟三、監控處理中心將系統配置需要發送給監控終端；

步驟四、監控終端接收到監控處理中心數據，進行解析，并將配置命令轉發給各個控制終端；

步驟五、控制終端收到監控終端發送的數據信息，進行解析，并反饋給控制終端應答信號，建立控制終端開關輸入量和開關輸出量與其它控制終端開關輸出量和開關輸入量連接關系，形成控制終端的開關輸入量與其它控制終端開關輸出量間一對一、一對多、多對一、多對多配對；

步驟六、控制終端根據配對關系，將開關輸入量信息發送到配對的控制終端開關輸出量；同時將開關輸入量信息通過監控終端傳輸到監控處理中心；

步驟七、控制終端開關輸出量信息通過監控終端傳輸到監控處理中心；

步驟八、如果需要調整控制終端開關輸入量與其它控制終端開關輸出量之間的匹配關系，通過監控處理中心進行設置，然后跳轉到步驟三；否則跳轉到步驟六。

例如，控制終端1開關輸入量與控制終端n開關輸出量配對，則控制終端1采集的開關量控制控制終端n開關輸出量，實現1對1配對；在網絡運行過程中，如果控制終端1開關輸入量改變為與控制終端2和控制終端n開關輸出量配對，通過監控處理中心發送新的配置信息給監控終端，監控終端實現控制終端1開關輸入量與控制終端2和n開關輸出量配對，這樣控制終端1采集的開關量同時控制控制終端2和控制終端n開關輸出量，實現1對多配對；類似地可實現多對多配置。

綜上所述，采用本發明后，能夠有效利用無線傳輸的優勢，靈活配置、可靠傳輸、低成本等?？刂平K端間無線通信距離最遠可達2700m，這在大型堆取料機運動場、港口等場所具有非常廣闊的應用前景。