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WAT05井站监控终端技术说明书

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2

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WAT05井站监控终端
技术说明书

山东广域科技有限责任公司
SHANDONG WIDE AREA TECHNOLOGY CO.,LTD.

目录

一、 概述 1
二、 引用标准 1
三、 技术特点 1
四、 结构组成 2
五、 功能 9
六、 技术指标 13

15
WAT05井站监控终端技术说明书
一、 概述
WAT05井站监控系统集数据采集、通信管理，设备保护、控制，视频监控等功能于一体的综合监控系统。
WAT05井站监控系统采用了多机分布式体系结构，ARM+DSP处理器，嵌入式实时多任务操作系统（RTOS）构成了强大的软硬件平台，提高系统的性能和功能，确保系统可靠性和可扩展性。
井站监控终端是参照国际先进的监控系统和产品，结合油田生产监控的特点而设计开发的.该终端适合于工业现场的过程监控和安全监控，可以应用于油田、矿山、电力、化工、水利、生产制造等领域.
二、 引用标准
该监控系统的性能及指标能够满足下列文件要求:
l 《交流采样远动终端技术条件》DL/T630—1997
l 《远动终端设备》GB/T13729—2002
l 《远动终端通用技术条件》GB/T 13729-92
l 《工业控制用软件评定标准》GB/T 13423-1992
l 《可编程序控制器》GB/T15969
l 《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》GB/T13926-92
l 《远动设备及系统》GB/T15153.1—1998
l 《ELA—422 ELA-485电气指标标准》
l 《国际串行通信标准》EIA RS—232-C
l 《电子设备雷击与接地设计规范》GB 7450—87
三、 技术特点
1) 可靠的工艺设计、严格的品质保证产品能在高寒、高热、高湿的户外恶劣环境下正常工作。抗干扰能力强，能经受高压、雷电、及高频信号干扰；
2) 可扩展性:功能模块可随意扩展；
3) 结构：模块化，可扩展插件式；
4) 电磁兼容性满足户外标准.符合《配电网自动系统远方终端》DL/T 721—2000；
5) 硬件采用电气独立性设计；
6) 采用先进的DSP技术进行交流采样和电力系统故障检测，保证系统的准确度和稳定性;
7) 在线可编程维护技术；
8) 自主版权的大规模专用集成电路(ASIC）,多层板和表面贴装工艺，使系统集成度大为提高，更加安全可靠。系统运行环境温度范围-25℃～70℃,电磁兼容性符合严酷级行业标准;
9) 丰富灵活的通讯手段,可通过局域网和RS232、RS485等方式同时收发或转发数据信息;
10) 优化的自动校准、自动跟踪交流采样技术,实现了交流测量的免调节、免维护、免校准，保证长期稳定性；
11) 采用多种保护及屏蔽措施,大大提高了装置的抗干扰能力；
12) 抗恶劣环境：抗干扰能力强,能经受高压、及高频信号干扰.
四、 结构组成
n 井站监控终端的结构分为：机架、背板、功能模块盒三个部分组成，如图3—1所示.功能模块板件外型如图3—2所示.

图3—1 井站监控终端结构示意图
n 每台装置配置
Ø 1个电源模块（PW)；
Ø 1个主模块（CPU）；
Ø 1个直流模拟量输入模块（AI）；
Ø 1个数字量输入模块（DI）；
Ø 1个数字量输出模块（DO）；
Ø 1个交流模拟量综合模块（AC);
Ø 1个串口通信扩展模块（COM）。
J1
J2

图3—2 井站监控终端功能模块板件外型示意图
n 电源模块(PW）
PW模块J1定义如表3-1所示，LED指示灯定义如表3-2所示。
表3—1 PW模块J1定义
序号
引脚号
标号
功能说明
1
1
24VB+
24V直流输出
2
2
24VB—
3
3
保留

4
4
保留

5
5
保留

6
6
保留

7
7
保留

8
8
保留

9
9
保留

10
10
保留

11
11
保留

12
12
保留

13
13
保留

14
14
AC220V
220V交流输入
15
15
AC220V
16
16
220VG
表3-2 PW模块LED指示灯定义
序号
标号
功能指示
序号
标号
功能指示
LED1—1
5V
电源指示
LED1—2
5V
电源指示
LED2—1
24V_A
电源指示
LED2-2
24V_A
电源指示
LED3—1
24V_B
电源指示
LED3-2
24V_B
电源指示

n 主模块（CPU)
CPU模块J1为2个RJ45端子接口，定义如表3—3所示，LED指示灯定义如表3—4所示。
表3-3 CPU模块RJ45定义
序号
标号
功能说明
1
PORT0
网口0
2
PORT1
网口1
表3-4 CPU模块LED指示灯定义
序号
标号
功能指示
序号
标号
功能指示
LED1—1
ERR
故障
LED1-2
RUN
运行
LED2—1
ETH0
网口0通信
LED2—2
ETH1
网口1通信
LED3-1
MOD0
插槽0通信
LED3—2
MOD1
插槽1通信
LED4-1
MOD2
插槽2通信
LED4-2
MOD3
插槽3通信
LED5—1
MOD4
插槽4通信
LED5—2
MOD5
插槽5通信
LED6-1
ALM
告警
LED6—2
EXT
扩展插槽通信

n 直流模拟量输入模块（AI）
AI模块J1定义如表3-5所示，LED指示灯定义如表3—6所示。
表3—5 AI模块J1定义
序号
引脚号
标号
功能说明
1
1
V_I0
通道0直流电压0—5V
2
2
AGND
3
3
V_I1
通道1直流电压0-5V
4
4
AGND
5
5
V_I2
通道2直流电压0—5V
6
6
AGND
7
7
V_I3
通道3直流电压0—5V
8
8
AGND
9
9
A_I0＋
通道4直流电流4-20mA
10
10
A_I0－
11
11
A_I1＋
通道5直流电流4-20mA
12
12
A_I1－
13
13
A_I2＋
通道6直流电流4—20mA
14
14
A_I2－
15
15
A_I3＋
通道7直流电流4-20mA
16
16
A_I3－
表3-6 AI模块LED指示灯定义
序号
标号
功能指示
序号
标号
功能指示
LED1-1
ERR
故障
LED1-2
RUN
运行
LED2-1
RSU
保留
LED2—2
CAN
CAN通信
LED3—1
ALM0
通道0告警
LED3-2
ALM1
通道1告警
LED4-1
ALM2
通道2告警
LED4-2
ALM3
通道3告警
LED5—1
ALM4
通道4告警
LED5-2
ALM5
通道5告警
LED6—1
ALM6
通道6告警
LED6—2
ALM7
通道7告警

n 数字量输入模块（DI）
DI模块J1定义如表3—7所示，LED指示灯定义如表3—8所示。
表3—7 DI模块J1定义
序号
引脚号
标号
功能说明
1
1
DI0＋
通道0输入
2
2
DI0－
3
3
DI1＋
通道1输入
4
4
DI1－
5
5
DI2＋
通道2输入
6
6
DI2－
7
7
DI3＋
通道3输入
8
8
DI3－
9
9
DI4＋
通道4输入
10
10
DI4－
11
11
DI5＋
通道5输入
12
12
DI5－
13
13
DI6＋
通道6输入
14
14
DI6－
15
15
DI7＋
通道7输入
16
16
DI7－
表3-8 DI模块LED指示灯定义
序号
标号
功能指示
序号
标号
功能指示
LED1—1
ERR
故障
LED1-2
RUN
运行
LED2-1
RSU
保留
LED2—2
CAN
CAN通信
LED3—1
DI 0
遥信0闭合
LED3-2
DI 1
遥信1闭合
LED4—1
DI 2
遥信2闭合
LED4—2
DI 3
遥信3闭合
LED5—1
DI 4
遥信4闭合
LED5—2
DI 5
遥信5闭合
LED6-1
DI 6
遥信6闭合
LED6-2
DI 7
遥信7闭合

n 数字量输出模块（DO）
DO模块J1定义如表3—9所示，LED指示灯定义如表3-10所示.
表3—9 DO模块J1定义
序号
引脚号
标号
功能说明
1
1
DO 0＋
通道0干节点输出
2
2
DO 0－
3
3
DO 1＋
通道1干节点输出
4
4
DO 1－
5
5
DO 2＋
通道2干节点输出
6
6
DO 2－
7
7
DO 3＋
通道3干节点输出
8
8
DO 3－
9
9
DO 4＋
通道4干节点输出
10
10
DO 4－
11
11
DO 5＋
通道5干节点输出
12
12
DO 5－
13
13
DO 6＋
通道6干节点输出
14
14
DO 6－
15
15
DO 7＋
通道7干节点输出
16
16
DO 7－
表3-10 DO模块LED灯定义
序号
标号
功能指示
序号
标号
功能指示
LED1-1
ERR
故障
LED1-2
RUN
运行
LED2—1
RSU
保留
LED2-2
CAN
CAN通信
LED3—1
DO 0
遥控0闭合
LED3-2
DO 1
遥控1闭合
LED4-1
DO 2
遥控2闭合
LED4—2
DO 3
遥控3闭合
LED5—1
DO 4
遥控4闭合
LED5—2
DO 5
遥控5闭合
LED6—1
DO 6
遥控6闭合
LED6-2
DO 7
遥控7闭合

n 交流模拟量综合模块（AC）
AC模块J1定义如表3-11所示，LED指示灯定义如表3-12所示。
表3—11 AC模块 J1定义
序号
引脚号
标号
功能说明
1
1
Ua
三相电压输入
2
2
Ub
3
3
Uc
4
4
Un
5
5
Ia
三相电流输入
6
6
Ia*
7
7
Ib
8
8
Ib*
9
9
Ic
10
10
Ic*
11
11
YXIN0
遥信0（9V以上至24V)入
12
12
YXIN1
遥信19V以上至24V）入
13
13
YXCOM
遥信公共端
14
14
ZD
继电器输出遥控公共端
15
15
HZ
继电器输出1
16
16
FZ
继电器输出2
表3-12 AC模块LED指示灯定义
序号
标号
功能指示
序号
标号
功能指示
LED1—1
ERR
故障
LED1-2
RUN
运行
LED2—1
RSU
保留
LED2-2
CAN
CAN通信
LED3—1
YX0
遥信0闭合
LED3-2
YX1
遥信1闭合
LED4—1
YK0
遥控0闭合
LED4—2
保留

LED5—1
保留

LED5-2
保留

LED6-1
保留

LED6—2
保留

n 串口通信扩展模块(COM）
COM模块J1对应4个RJ45端子,其定义如表3—13所示,LED指示灯定义如表3-14所示。
表3-13 COM模块RJ45定义
序号
标号
功能说明
1
COM0
RS232/RS485 通信口0
2
COM1
RS232/RS485 通信口1
3
COM2
RS232/RS485 通信口2
4
COM3
RS232/RS485 通信口3
表3-14 COM模块 LED指示灯定义
序号
标号
功能指示
序号
标号
功能指示
LED1-1
ERR
故障
LED1—2
RUN
运行
LED2-1
RSU
保留
LED2-2
CAN
CAN通信
LED3—1
RX0
串口0接收
LED3—2
TX0
串口0发送
LED4—1
RX1
串口1接收
LED4-2
TX1
串口1发送
LED5-1
RX2
串口2接收
LED5-2
TX2
串口2发送
LED6-1
RX3
串口3接收
LED6-2
TX3
串口3发送

五、 功能
该系统是根据井站生产监控的特点开发的适合于野外环境下的油井实时监控终端。该系统集计算机技术、通信技术和计算机网络技术于一体，以嵌入式控制器为核心配合嵌入式实时操作系统的应用,采用模块化和CAN现场总线技术，通过多种通信方式构成功能强、操作简单、安全可靠、性价比高的油井监控终端系统,为井站设备的运行状态监控提供良好的在线实时监控产品。
主控板除了完成整个装置的通信、管理任务以外，还承担终端跨总线的信息交换，特别是多个局域网构成的监控系统，主控板承担网关的作用。
除主控板以外的功能模块，针对各自任务对象实施监控和管理。这样做的好处是，应用系统组织起来比较灵活，模块化产品便于生产和维护，便于产品功能的升级和更新换代。采用功能模块分布式管理的另一个优点是功能模块的实时性得到提高，模块设计灵活性高，主要表现在同种功能模块的不同性能指标的实现上。
终端主控板和各功能模块通过机架上的背板进行机械连接，通过CAN现场总线进行通信连接。各功能模块从机架背板上的电源模块获得直流24V电源，并经过隔离变换后生成符合各功能供电要求的电源。
n 控制终端机架背板：总线板由8个DIN96端子和8个8位拨码开关（S1－S8）组成，拨码开关定义了对应的DIN96插槽的地址。S1－S8的1脚对应地址最低位,8脚对应地址最高位.
Ø 背板（母板）串行CAN总线方式；
Ø 全部CAN总线驱动器独立供电和全部模块的CAN控制器收、发端用光耦合隔离；
Ø 终端各模块从背板获取DC24V电源和地线，经DC/DC变换为本模板需要的工作电源;
Ø 背板和各模块采用标准96脚接插件连接,除电源模块和CPU模块外,其余模块的背板插槽均拥有不同的槽位地址，以便功能模板的地址识别和上电复位后的模块功能识别;
Ø 总线连接器：标准96PIN；
Ø 插槽数目：8个（其中一个空白板）.
n CPU主控板模块（CPU）：使用ARM9处理器,32M内存，8M固态硬盘，两个独立以太网。通过CAN总线控制各个扩展槽板件。
Ø 主处理器 AT91RM9200；
Ø 具有足够的程序空间和SRAM空间，用以运行实时嵌入式操作系统和管理程序；
Ø 具有标准时钟,可程序校时;
Ø 支持2路10/100M以太网通信；
Ø 支持终端内部1路CAN总线通信，内部总线收、发通道光隔离；
Ø 支持2路4个UART串口通信（RS—232/RS-485），收、发通道光隔离，通信波特率可设置；
Ø 具有数据扩展CF卡；
Ø LED状态指示灯，全部引导面板;
Ø DC/DC电源隔离，DC24V变换为内部工作电源；
Ø 具有告警蜂鸣器；
Ø 机箱内温度检测；
Ø 总线连接器：标准96PIN。
n 电源模块（PW）：把输入的交流电压转换为三路直流电压：一路24V向外输出、一路24V和1路5V向内供给总线板。
Ø 输入AC（单向)，额定电压220V；
Ø 电压范围：170V—264V；
Ø 过压电阻:2.3×220V，1。3ms；
Ø 电源缓冲:当输入电压为187V，额定输入电流为0.6A时，＞20ms;
Ø 电源频率额定值：50Hz，变化范围：47Hz—63Hz；
Ø 额定输入电流：0.6A；
Ø 突波电流限制(+25℃）：＜20A，＜3ms；
Ø 熔断器：1。5A/250V；
Ø 具有DC24V LED电源指示灯；
Ø 总线连接器：标准96PIN。
n 直流模拟量输入模块(AI）：提供4路直流电压0-5V输入和4路直流电流4-20mA输入。可以按照主控板的设置，采集一个通道的实时功图，并把功图传送至主控板.
Ø 电源输入:DC24V,模块内工作电源DC/DC变换;
Ø 终端内部CAN总线通信，总线控制器收、发光耦合器隔离；
Ø 总线连接器：标准96PIN；
Ø 模拟量输入点数：8路（上4路模拟电压输入，下4路模拟电流输入）;
Ø 模拟量输入类型：0-5V，4路；
4-20mA，4路;
自校准，1路；
Ø 模拟量A/D变换类型：逐次逼近型，采样速率100Ksps;
Ø 采样分辨率：16bit；
Ø 具有自校准,自诊断功能;
Ø 模拟量通道具有内外隔离；
Ø CAN总线LED收、发指示灯;
Ø 模块内部主电源指示灯；
Ø 工作状态指示灯；
Ø 模拟量输入由菲利克斯接线端子引入。
n 数字量输入/输出模块（DI/ DO):可以采集8路24V遥信信号，当信号发生变位,可以在10ms内传送到主控板；数字量输出板可以控制8路干节点输出,节点容量为5A/250VAC或者5A/30VDC。
Ø 电源输入：DC24V，模块内工作电源DC/DC变换；
Ø 终端内部CAN总线通信，总线控制器收、发光耦合器隔离；
Ø 总线连接器:标准96PIN；
Ø 数字量输入点数：8路(0,10V)/（0，10mA），光隔离输入;
Ø 数字量输出点数：8路（继电器)，光隔离输出;
Ø 输出具有自诊断和内部LED指示；
Ø CAN总线LED收、发指示灯；
Ø 模块内部主电源指示灯；
Ø 工作状态指示灯；
Ø 数字量输入、输出由菲利克斯接线端子引入或引出。
n 监控功能（交流模拟量综合板）模块（AC）：可以采集3相电压/3相电流/2路遥信/1路双节点遥控,节点容量为5A/250VAC或者5A/30VDC。
Ø 遥信：6路外部遥信采集、事故总信号、开关位置信号、远方就地信号由装置内部产生，用户不需外部接线;
Ø 遥脉：2路脉冲电度输入,4路计算电度；
Ø 遥测:F、UA、UB、UC、UAB、UCB、3U0、3I0、IA、IB、IC、P、Q、COSθ可选择；
Ø 遥控：正常断路器遥控分合、小电流接地探测遥控分合；
Ø 自检：装置具有完善的自检功能,能准确定位至故障芯片；
Ø 电源输入：DC24V，模块内工作电源DC/DC变换；
Ø 终端内部CAN总线通信，总线控制器收、发光耦合器隔离；
Ø 总线连接器：标准96PIN；
Ø 输出具有自诊断和内部LED指示；
Ø CAN总线LED收、发指示灯；
Ø 电源输入：DC24V,模块内工作电源DC/DC变换；
Ø 工作状态指示灯，模块内部主电源指示灯；
Ø 交流信号输入、控制输出由菲利克斯接线端子引入或引出。
n 串口通信扩展模块(COM）：可以完成与串口设备或者串口后台的对接，完成协议的转换。
Ø 具有4KB数据缓存;
Ø RS—485/RS-232通信：4个，收、发通道光隔离，通信波特率可设置；
Ø 电源输入：DC24V，模块内工作电源DC/DC变换；
Ø 终端内部CAN总线通信，总线控制器收、发光耦合器隔离；
Ø 总线连接器：标准96PIN；
Ø CAN总线LED收、发指示灯;
Ø 电源输入：DC24V，模块内工作电源DC/DC变换；
Ø 模块内部主电源指示灯；
Ø 工作状态指示灯；
Ø 通信天线由SMA端子引出，RS—485/RS—232由菲利克斯接线端子引入或引出.
六、 技术指标
1) 环境温度：-25℃—70℃
相对湿度:5—95%，允许短时间有凝露
大气压:1080-795hPa,对应高度﹣1000—2000m
隔离：230VAC电路，测试电压：1460VAC
电磁兼容性：符合EMC规程的要求
工作电压：交流75V～250V
功 耗：≤20W
2) 交流模拟量综合模块(AC）
容量：6路,3路电流,3路电压
标准输入：电压 0~120%交流100V、5V、240V
电流 0~120%交流5A、1A
过载能力：电压 2In/1MIN
电流 10In/1MIN
故障检测：电流 50A
测量精度:电压、电流 0.2%
有功、无功、功率因数 0。5％
故障：3%
校准方式：高精度(0.1%）标准源输入，高精度(0.1%)标准表校准
接入方式：星形、三角形、其他（根据实际需要，由软件来设置）
3) 直流模拟量输入模块（AI）
单元容量:8路（上4路模拟电压输入，下4路模拟电流输入）
标准输入：0-5V， 4路
4—20mA,5路
自校准：1路
测量精度：0.5％（满量程）
校准方式：自校准，免调节
4) 数字量输入模块(DI)
单元容量：8路
标准输入：无源接点，辅助电源+24VDC
扫描周期：2mS
SOE分辨率:2~4mS
去颤时间：可调
可设置为遥信量、数字量、脉冲量（脉冲宽度>20mS）
5) 数字量输出模块(DO）
单元容量：8路,16个接点
接点容量：5A/250VAC、5A/30VDC
控制方式:SBO、普通开关量可选
保护措施：上电保护、掉电保护、顺序保护、数量保护、限时保护
6) 串口通信扩展模块（COM）
RS-232/ RS-485口4个:传输速率300～19200bps可调
7) CPU主控板模块（CPU）
工业以态网口2个
8) 通信规约
和主站通讯SL101规约，和电表通讯DL/T645
9) 平均无故障工作时间
设备的平均无故障工作时间不小于20000h
10) 抗干扰能力：
对高频干扰、快速瞬变、浪涌及静电等的抗干扰能力都达到GB/T 15153.1的4级标准，适合于在没有特别保护的环境中使用
11) 电源指标
输入额定值:220VAC，110VAC,100VAC
输入范围：220VAC ±20%，110VAC ±20%,100VAC ±20%
输出电压：24VDC ±10％
功率：正常输出10W，瞬间可达250W