[發明專利]工業計量泵組集群遠程監控專用多信道智能網關

在審

• 申請號: 201810320271.3
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108551423A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 余世明;章玲義;何德峰;吳根忠;宋秀蘭;仇翔;俞立
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H04L12/66
• 分類號: H04L12/66;H04L29/06;H04L29/08;H04L9/06;H04L1/22
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 杜立

本發明公開了一種工業計量泵組集群遠程監控專用多信道智能網關，由ARM微控制器、外圍電路、CAN通信模塊、Ethernet通信模塊和4G通信模塊組成，用以實現遠程PC工作站、手機端和計量泵專用數字變頻控制器之間的雙向數據透傳通信，實現對工業計量泵組集群系統穩定的遠程網絡化監控。本發明通過多信道冗余通信方案及通信異常應急機制，最大化地保證通信質量和網絡穩定性。采用先進的下層網絡優先級策略和調度算法以及上層網絡高效組塊技術以滿足通信與控制的高效性與實時性。同時采用有效的底層網絡節點管理機制，最大化地保證計量泵組地工作效率，避免因個別節點掉線帶來的生產質量上的損失。

技術領域

本發明應用于工業計量泵組集群的遠程監控通信領域，以實現泵組集群系統的聯網與遠程監控，涉及到在聯網與通信過程中的實時性與安全性，尤其是采用多信道冗余方案實現在多種工業環境與復雜地理環境下對計量泵組集群系統的監控需求。

背景技術

在多數的化工制藥領域，需要大量的腐蝕性流體作為加工原料進行加工，同時需要較高的投加精度。而計量泵作為泵類中一種既滿足防腐要求，又可以滿足各種嚴格工藝流程需要的特種泵，被廣泛地應用于石油化工、制藥、環保和食品等各工業領域。但是在實際生產過程中，發明人發現，國內大部分的中小型化工企業仍采用簡單的電氣柜控制起停，人工手動旋轉計量泵手輪進行離線流量調節，工作環境中存在大量腐蝕性流體和有毒氣體對工作人員的健康造成嚴重影響，同時也難以保證對流體投加精度的把控。大型化工企業雖然引進DCS集散控制系統能夠對計量泵組集群系統進行有效的遠程監控，但是其成本和維護費用居高不下，難以普及至中小型化工企業。綜上可知，為了應對計量泵組惡劣的工作環境，保障計量泵組集群系統的流體投加精度，亟需形成一套低成本、安全可靠的、專用的網絡化遠程監控系統。

CAN總線是當今現場總線的典型代表，實時性強、可靠性高，但不能實現跨區域遠距離的通信要求。以太網技術（Ethernet）在工業控制領域經過二十多年的發展，逐漸形成了以高實時性和安全性為特征的具有開發性、兼容性和擴展靈活等特點的工業以太網。第四代移動電話行動通信標準，即4G通信標準，擁有高達20Mbps的高速傳輸速率和100MHz的通信帶寬，同時提供通信外的定位、遠程控制、數據采集等綜合服務，被廣泛地應用在智慧城市、智慧家庭、智慧交通等多個物聯網系統中。綜上可知將三者的通信方案融合到工業生產中是未來的技術趨勢。

雖然現在有較多的CAN——Ethernet的工業網關方案，包括單信道與多信道方案，但是限于這類工業網關屬于通用型網關，只能起到數據的協議轉換和傳送的功能，兼容性好但不能滿足計量泵組集群控制系統的控制與通信要求。例如應對計量泵組的緊急事件時網關并不能提供一種緊急策略和底層網絡節點管理機制，而計量泵組出現緊急事件對于化工生產過程中產生的損失是可觀的，故專用的網關方案還需要一定的智能性和應急性。同時因為是通用網關無法知曉計量泵組集群系統所傳輸的數據的優先級，故會對系統的實時性造成影響。

同時，對于目前已有的應用在計量泵組集群遠程監控系統的專用網關只有單信道方案，對于多種工業環境與復雜的地理環境不能起到普適性。而且在這一類領域的專用單信道網關在上層通信上也不能保證通信質量，如該信道故障并斷開后對于計量泵組集群的運行會造成嚴重的影響和后果。故采用多信道通信技術，通過主信道與備用信道的冗余方案為工業計量泵組集群遠程監控系統的上層網絡通信提供一個高效可靠的方案。

CAN總線協議中規定其所發信息幀的優先級和它的標識符ID是綁定的，因此CAN總線無法使所有節點在發送優先級上處于平等地位，當CAN總線網絡中信息傳輸頻繁時，CAN總線網絡則無法滿足優先級較低節點的實時性要求，這對于實時性要求較高的工業控制領域是難以接受的。同時計量泵組集群系統的通信網絡中所有的傳輸信息都需要進行優先級分配，所以找到有效的CAN總線網絡優先級調度策略，對于保證系統底層網絡的實時性有極為重要的意義。