[发明专利]工业计量泵组集群远程监控专用多信道智能网关

说明书

本发明公开了一种工业计量泵组集群远程监控专用多信道智能网关，由ARM微控制器、外围电路、CAN通信模块、Ethernet通信模块和4G通信模块组成，用以实现远程PC工作站、手机端和计量泵专用数字变频控制器之间的双向数据透传通信，实现对工业计量泵组集群系统稳定的远程网络化监控。本发明通过多信道冗余通信方案及通信异常应急机制，最大化地保证通信质量和网络稳定性。采用先进的下层网络优先级策略和调度算法以及上层网络高效组块技术以满足通信与控制的高效性与实时性。同时采用有效的底层网络节点管理机制，最大化地保证计量泵组地工作效率，避免因个别节点掉线带来的生产质量上的损失。

技术领域

本发明应用于工业计量泵组集群的远程监控通信领域，以实现泵组集群系统的联网与远程监控，涉及到在联网与通信过程中的实时性与安全性，尤其是采用多信道冗余方案实现在多种工业环境与复杂地理环境下对计量泵组集群系统的监控需求。

背景技术

在多数的化工制药领域，需要大量的腐蚀性流体作为加工原料进行加工，同时需要较高的投加精度。而计量泵作为泵类中一种既满足防腐要求，又可以满足各种严格工艺流程需要的特种泵，被广泛地应用于石油化工、制药、环保和食品等各工业领域。但是在实际生产过程中，发明人发现，国内大部分的中小型化工企业仍采用简单的电气柜控制起停，人工手动旋转计量泵手轮进行离线流量调节，工作环境中存在大量腐蚀性流体和有毒气体对工作人员的健康造成严重影响，同时也难以保证对流体投加精度的把控。大型化工企业虽然引进DCS集散控制系统能够对计量泵组集群系统进行有效的远程监控，但是其成本和维护费用居高不下，难以普及至中小型化工企业。综上可知，为了应对计量泵组恶劣的工作环境，保障计量泵组集群系统的流体投加精度，亟需形成一套低成本、安全可靠的、专用的网络化远程监控系统。

CAN总线是当今现场总线的典型代表，实时性强、可靠性高，但不能实现跨区域远距离的通信要求。以太网技术（Ethernet）在工业控制领域经过二十多年的发展，逐渐形成了以高实时性和安全性为特征的具有开发性、兼容性和扩展灵活等特点的工业以太网。第四代移动电话行动通信标准，即4G通信标准，拥有高达20Mbps的高速传输速率和100MHz的通信带宽，同时提供通信外的定位、远程控制、数据采集等综合服务，被广泛地应用在智慧城市、智慧家庭、智慧交通等多个物联网系统中。综上可知将三者的通信方案融合到工业生产中是未来的技术趋势。

虽然现在有较多的CAN——Ethernet的工业网关方案，包括单信道与多信道方案，但是限于这类工业网关属于通用型网关，只能起到数据的协议转换和传送的功能，兼容性好但不能满足计量泵组集群控制系统的控制与通信要求。例如应对计量泵组的紧急事件时网关并不能提供一种紧急策略和底层网络节点管理机制，而计量泵组出现紧急事件对于化工生产过程中产生的损失是可观的，故专用的网关方案还需要一定的智能性和应急性。同时因为是通用网关无法知晓计量泵组集群系统所传输的数据的优先级，故会对系统的实时性造成影响。

同时，对于目前已有的应用在计量泵组集群远程监控系统的专用网关只有单信道方案，对于多种工业环境与复杂的地理环境不能起到普适性。而且在这一类领域的专用单信道网关在上层通信上也不能保证通信质量，如该信道故障并断开后对于计量泵组集群的运行会造成严重的影响和后果。故采用多信道通信技术，通过主信道与备用信道的冗余方案为工业计量泵组集群远程监控系统的上层网络通信提供一个高效可靠的方案。

CAN总线协议中规定其所发信息帧的优先级和它的标识符ID是绑定的，因此CAN总线无法使所有节点在发送优先级上处于平等地位，当CAN总线网络中信息传输频繁时，CAN总线网络则无法满足优先级较低节点的实时性要求，这对于实时性要求较高的工业控制领域是难以接受的。同时计量泵组集群系统的通信网络中所有的传输信息都需要进行优先级分配，所以找到有效的CAN总线网络优先级调度策略，对于保证系统底层网络的实时性有极为重要的意义。