Устройство приема, преобразования и передачи данных датчиков и приборов
Изобретение относится к области цифровых систем связи и вычислительных систем. Технический результат: прием данных с датчиков и приборов, привязка таких данных к видеоданным, вывод данных в графическом виде, передача данных в автоматизированные системы, использование во взрывоопасных зонах и в широком температурном диапазоне. Сущность: устройство приема, преобразования и передачи данных датчиков и приборов имеет взрывозащищенный корпус, который содержит аналоговые модули ввода для приема и преобразования в цифровой вид сигналов от аналоговых датчиков и приборов, мини компьютер, шину данных стандарта EIA/TIA-485 для обмена данными между мини компьютером и аналоговыми модулями ввода, цифровыми датчиками и приборами, блок источника питания постоянного напряжения 12 В для осуществления питания подключаемых аналоговых и цифровых датчиков и приборов и мини компьютера, блок источника питания постоянного напряжения 24 В для питания подключаемых аналоговых и цифровых датчиков и приборов и аналоговых модулей, блок источника бесперебойного питания для осуществления автономного питания в случае отключения внешнего источника питания. Мини компьютер снабжен интерфейсом приложения API, интерфейсом стандарта RJ, визуальным WEB-интерфейсом и выполняет функции опроса аналоговых модулей ввода и цифровых датчиков и приборов посредством шины данных стандарта EIA/TIA-485, сохранения полученных данных в базу данных, преобразования их в графический вид и в форматы LAS, WITS, WITSML, JSON, передачи преобразованных данных пользователю либо в автоматизированную информационно-измерительную или управляющую систему посредством протоколов HTTPS, MQTT, регистрации и сохранения видео данных с IP-камер видеонаблюдения и привязку их к полученным данным с датчиков и приборов. 1 ил.
Изобретение относится к области цифровых систем связи и вычислительных систем, а именно к устройствам сбора, обработки и передачи данных и может быть использовано как самостоятельное устройство, так и в составе автоматизированных информационно-измерительных и управляющих систем, реализованных в том числе на платформах SCADA и IIoT, в различных отраслях промышленности, преимущественно в нефтегазовой.
Из существующего уровня техники известно устройство сбора, обработки и передачи телеметрической информации, содержащее корпус с возможностью крепления на горизонтальную и вертикальную поверхности, печатную плату, на которой расположены блок питания с супервизором питания, микроконтроллер с оперативной и постоянной памятью большого размера, часы реального времени со встроенной энергонезависимой памятью и литиевой батареей резервного питания, преобразователь интерфейса RS-232, преобразователь сигналов интерфейса RS-485 с блоком гальванической развязки (патент RU 2 449 346 С1, 01.04.2011, опубликовано 27.04.2012 Бюл. № 12).
Недостатком известного устройства является отсутствие в его составе мини компьютера, источника бесперебойного питания, взрывозащищенного корпуса, что значительно ограничивает его функциональные и вычислительные возможности, исключает автономность работы при отключении внешнего источника питания, ограничивает его использование в условиях низких температур и во взрывоопасных зонах, отсутствует поддержка известных протоколов и форматов передаваемых данных, в связи с чем могут возникнуть трудности интеграции с автоматизированными системами.
В процессе проведенного поиска по источникам научно-технической и патентной информации не было обнаружено устройства, обладающего такой же совокупностью существенных признаков и обеспечивающего заявленный технический результат. Указанное обстоятельство позволяет сделать вывод, что предлагаемое изобретение представляет собой техническое решение задачи, является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание устройства, обеспечивающего высокую скорость сбора, отказоустойчивость при обработке и передаче данных с датчиков цифровых, либо аналоговых, первичной обработки их с помощью программного обеспечения и высокую скорость передачи данных по каналам связи в информационно-измерительные и управляющие системы, реализованные в том числе на платформах SCADA и IIoT, в привязке с видеопотоком данных при бурении, ремонте и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, передача данных по различным протоколам и форматам (HTTPS, MQTT, LAS, WITS, WITSML, JSON), получение данных в режиме реального времени, эксплуатация устройства во взрывоопасных зонах и в широком температурном диапазоне от -40 до +70°С.
Техническим результатом является прием данных с аналоговых и цифровых датчиков и приборов, привязка таких данных к видео данным, вывод данных в графическом виде на экране компьютера либо мобильного устройства, передача данных в различные автоматизированные системы, реализованные, в том числе на платформах SCADA и IIoT, по различным по различным протоколам и форматам (HTTPS, MQTT, LAS, WITS, WITSML, JSON), использование во взрывоопасных зонах и в температурном диапазоне от -40 до +70°С. Решение поставленной задачи достигается за счет того, что содержит компактный взрывозащищенный корпус с возможностью монтажа на вертикальную и горизонтальную поверхности, разъемы для подключения датчиков и приборов, устройства ввода для приема и обработки данных с датчиков и приборов, шину данных стандарта EIA/TIA-485, мини компьютер для преобразования и передачи полученных данных, интерфейс RJ для подключения к локальной вычислительной сети либо оборудованию связи, блоки питания, источник бесперебойного питания, все компоненты устройства с широким рабочим температурным диапазоном.
Устройство приема, преобразования и передачи данных датчиков и приборов состоит из блоков источников питания 12 и 24 В, блока аналоговых модулей ввода, блока корпуса устройства взрывозащищенного исполнения, блока источника бесперебойного питания, блока мини компьютера с установленным на нем специализированным программным обеспечением, блока шины данных стандарта EIA/TIA-485.
Предлагаемое устройство приема, преобразования и передачи данных датчиков и приборов поясняется чертежом. Устройство содержит блок 1 источника питания 24 В для осуществления питания подключаемых аналоговых и цифровых датчиков и приборов, а также аналоговых модулей постоянным напряжением 24 В, блок 2 аналоговых модулей ввода для приема и обработки сигналов от аналоговых датчиков и приборов, блок 3 корпуса устройства взрывозащищенного исполнения для возможности эксплуатации во взрывоопасных зонах, блок 4 источника бесперебойного питания для осуществления автономного питания в случае отключения внешнего источника питания, блок 5 источник питания 12 В для осуществления питания подключаемых аналоговых и цифровых датчиков и приборов, а также мини компьютера постоянным напряжением 12 В, блок 6 мини компьютера с установленным на нем специализированным программным обеспечением, позволяющим преобразовывать и передавать данные, блок 7 шины данных стандарта EIA/TIA-485 для обмена данными между мини компьютером и аналоговыми модулями ввода, цифровыми датчиками и приборами.
Устройство работает следующим образом. Источник бесперебойного питания (блок 4) питается от внешнего источника питания переменного напряжения 220 В и является источником питания для блоков питания (блоки 1 и 5), которые, в свою очередь, преобразуют входное напряжение в постоянное напряжение 24 и 12 В. Источник питания 24 В (блок 1) питает подключаемые к устройству датчики и приборы, а также аналоговые модули (блок 2), требующие питания постоянного напряжения 24 В. Источник питания 12 В (блок 1) питает подключаемые к устройству датчики и приборы, а также мини компьютер (блок 6), требующие питания постоянного напряжения 12 В. Аналоговые датчики и приборы подключаются посредством разъемов на корпусе устройства к аналоговым модулям ввода (блок 2), цифровые датчики и приборы - к шине данных (блок 7). Аналоговые модули ввода (блок 2) принимают сигналы от датчиков и приборов и преобразуют их в цифровой вид. Мини компьютер со специализированным программным обеспечением (блок 6) опрашивает аналоговые модули ввода (блок 2) и цифровые датчики и приборы посредством шины данных (блок 7), полученные данные мини компьютер сохраняет в базу данных, размещенную в своей энергонезависимой памяти, преобразовывает в графический вид и в различные форматы (LAS, WITS, WITSML, JSON). Преобразованные данные мини компьютер передает пользователю, либо в автоматизированную систему (информационно-измерительную, управляющую), в том числе облако, посредством протоколов HTTPS, MQTT. Программное обеспечение мини компьютера позволяет регистрировать видео данные с IP-камер видеонаблюдения, сохранять их в энергонезависимой памяти и привязывать к полученным данным с датчиков и приборов, что позволяет пользователю оперативно получать видео данные в выбранный им момент времени данных датчиков и приборов. Для взаимодействия внешних систем с устройством служит программный интерфейс приложения (API). Мини компьютер снабжен интерфейсом стандарта RJ, который позволяет подключать устройство к локальной вычислительной сети, либо другому оборудованию связи. Мини компьютер имеет визуальный WEB-интерфейс для взаимодействия пользователя с устройством. Благодаря WEB-интерфейсу посредством WEB-браузера пользователю доступны конфигурирование устройства, получение реально временных данных с датчиков, приборов и видеокамер в графическом виде, формирование и выгрузка отчетов по регистрируемым данным с приборов и датчиков.
Устройство приема, преобразования и передачи данных датчиков и приборов имеет корпус, который содержит блоки источников питания постоянного напряжения 12 и 24 В, блоки аналоговых модулей ввода, блок источника бесперебойного питания, блок мини компьютера, блок шины данных стандарта EIA/TIA-485, отличающееся тем, что во взрывозащищенном корпусе установлены аналоговые модули ввода для приема и преобразования в цифровой вид сигналов от аналоговых датчиков и приборов, мини компьютер, шину данных стандарта EIA/TIA-485 для обмена данными между мини компьютером и аналоговыми модулями ввода, цифровыми датчиками и приборами, блок источника питания постоянного напряжения 12 В для осуществления питания подключаемых аналоговых и цифровых датчиков и приборов и мини компьютера, блок источника питания постоянного напряжения 24 В для питания подключаемых аналоговых и цифровых датчиков и приборов и аналоговых модулей, блок источника бесперебойного питания для осуществления автономного питания в случае отключения внешнего источника питания, при этом мини компьютер снабжен интерфейсом приложения API, интерфейсом стандарта RJ, визуальным WEB-интерфейсом и выполняет функции опроса аналоговых модулей ввода и цифровых датчиков и приборов посредством шины данных стандарта EIA/TIA-485, сохранения полученных данных в базу данных, преобразования их в графический вид и в форматы LAS, WITS, WITSML, JSON, передачи преобразованных данных пользователю либо в автоматизированную информационно-измерительную или управляющую систему посредством протоколов HTTPS, MQTT, регистрации и сохранения видеоданных с IP-камер видеонаблюдения и привязку их к полученным данным с датчиков и приборов.
