Система сбора данных
DATA COLLECTION SYSTEM

Область техники
[0001] Изобретение относится к системе сбора данных, сконфигурированной для сбора данных от множества датчиков, и более конкретно, к системе сбора данных, способной уменьшить сложность системы соединительных проводов даже в случае, когда имеется большое число датчиков.
Предшествующий уровень техники
[0002] Множество датчиков располагаются на объекте, таком как оборудование, сооружение и т.п., и данные собираются от соответствующих датчиков, чтобы контролировать или проверять состояние объекта. Например, чтобы обнаруживать локальное уменьшение толщины или дефект трубопровода, вызванный коррозией, эрозией и тому подобным, на практике применяется система сбора данных, имеющая сотни магнитных датчиков, расположенных на трубопроводе, и сконфигурированная для сбора данных, которые должны передаваться от соответствующих магнитных датчиков. На практике применяется также система сбора данных, имеющая датчики, такие как термометры, гигрометры и т.п., расположенные в соответствующих местах на заводе и т.п., и сконфигурированная для сбора данных, которые должны передаваться от соответствующих датчиков.
[0003] Фиг. 6 представляет собой блок-схему, изображающую пример структуры системы 500 сбора данных предшествующего уровня техники. Как показано на фиг. 6, система 500 сбора данных содержит множество датчиков 510, устройство 520 сбора данных и коммутатор 530 соединительных проводов.
[0004] Устройство 520 сбора данных сконфигурировано для подачи питания на датчики 510, расположенные на других концах соединений, и для приема данных величин, измеряемых датчиками 510. Соответствующие датчики 510 и устройство 520 сбора данных соединяются через коммутатор 530 соединительных проводов. Устройство 520 сбора данных сконфигурировано для управления коммутатором 530 соединительных проводов с помощью коммутирующего сигнала и последовательной коммутации датчиков 510 на других концах соединений для сбора данных.
[0005] Обычно к устройству 520 сбора данных подключается много датчиков 510. Однако во многих случаях предпочтительно получать данные последовательно. По этой причине применяется схема соединений, использующая коммутатор 530 соединительных проводов.
Список литературы
Патентные документы
[0006] Патентный документ 1: публикация японской заявки на патент №2008-175638А.
Сущность изобретения
Решаемые проблемы
[0007] В устройстве 520 сбора данных предшествующего уровня техники необходимо по отдельности соединять коммутатор 530 соединительных проводов и соответствующие датчики 510. Также, множество проводов, таких как соединительные провода для сигнала данных и соединительные провода для подачи питания, применяется для каждого из датчиков. Когда число датчиков 510 является большим, число проводов очень велико. По этой причине соединительные провода датчиков 510 создают сложности.
[0008] Поэтому целью данного изобретения является предложить систему сбора данных, способную уменьшить сложность системы соединительных проводов, даже когда имеется много датчиков.
Средства для решения проблем
[0009] Чтобы достигнуть вышеупомянутой цели, согласно данному изобретению предлагается система сбора данных, содержащая множество модулей датчиков, каждый из которых содержит блок датчика, и устройство сбора данных. Устройство сбора данных содержит блок подачи тактовых импульсов, сконфигурированный для подачи тактовых импульсов на каждый модуль датчика; блок подачи разрешающего сигнала, сконфигурированный для подачи разрешающего сигнала на определенный модуль датчика с интервалом, равным или больше длительности последовательности тактовых импульсов, число которых соответствует числу модулей датчиков; счетчик, сконфигурированный для подсчета числа тактовых импульсов; и блок ввода сигналов датчиков, сконфигурированный для приема, через линию шины, данных, которые передаются от модулей датчиков, и для записи этих данных совместно со значением подсчета. Каждый из модулей датчиков сконфигурирован так, чтобы функционировать как сдвиговый регистр, сконфигурированный для передачи разрешающего сигнала на модуль датчика последующего каскада с использованием тактового импульса в качестве пускового сигнала, и для подачи данных из блока датчика на блок ввода сигналов датчиков через линию шины только тогда, когда был передан разрешающий сигнал.
Каждый из модулей датчиков может содержать усилитель, сконфигурированный для переключения разрешающим сигналом между состояниями разрешения и запрещения.
Кроме того, устройство сбора данных может быть сконфигурировано для подачи питания с помощью шины питания, подключенной к каждому модулю датчика.
В этом случае модуль датчика может содержать переключатель, сконфигурированный так, чтобы коммутировать с помощью разрешающего сигнала питание, подаваемое на блок датчика.
Кроме того, устройство сбора данных может быть сконфигурировано так чтобы при записи значения подсчета, соответствующего модулю датчика, для которого не требуется вводить данные, сокращать интервал тактовых импульсов при подсчете этого значения подсчета счета.
Кроме того, счетчик может быть сконфигурирован для сброса значения подсчета при подаче разрешающего сигнала.
Эффекты изобретения
[0010] Согласно данному изобретению предлагается система сбора данных, способная уменьшить сложность системы соединительных проводов, даже когда имеется большое число датчиков.
Краткое описание чертежей
[0011] Фиг. 1 представляет собой блок-схему, изображающую структуру системы сбора данных в соответствии с примером осуществления изобретения.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему, изображающую конкретные примеры структуры модуля датчика и устройства сбора данных.
Фиг. 3 представляет собой блок-схему, изображающую последовательность сбора данных в системе сбора данных согласно примеру осуществления изобретения.
Фиг. 4 представляет собой блок-схему, изображающую другой пример структуры системы сбора данных согласно примеру осуществления изобретения.
Фиг. 5 изображает пример агрегирования модулей датчиков.
Фиг. 6 представляет собой блок-схему, изображающую пример структуры системы сбора данных согласно предшествующему уровню техники.
Подробное описание примеров осуществления изобретения
[0012] Пример осуществления данного изобретения будет описан со ссылкой на чертежи. Фиг. 1 - блок-схема, изображающая структуру системы сбора данных 10 в соответствии с примером осуществления изобретения. Как показано на фиг. 1, система сбора данных 10 содержит множество модулей 100 датчиков и устройство 200 сбора данных.
[0013] Соответствующие модули 100 датчиков и устройство 200 сбора данных связаны линиями сигнала данных и линиями подачи питания с топологией типа "шина". Благодаря этому, так как не требуется независимо делать соединения для каждого модуля 100 датчика, можно уменьшить сложность системы соединительных проводов даже притом, что число модулей 100 датчиков является большим.
[0014] Кроме того, устройство 200 сбора данных и модули 100 датчиков соединены линиями управления коммутацией. Линии управления коммутацией содержат линию тактового сигнала и линию разрешающего сигнала. Линия тактового сигнала имеет топологию типа "шина", а линия разрешающего сигнала выполнена в виде петли или каскадного соединения (см. фиг. 2). По этой причине модули 100 датчиков соединены с линией разрешающего сигнала многокаскадным образом.
[0015] Каждый модуль 100 датчика имеет блок 110 датчика и коммутатор 120 сигнала. Блок 110 датчика сконфигурирован для получения питания от устройства сбора данных, для измерения физических величин, таких как температура, напряжение, магнетизм и т.п., и вывода измеренных физических величин в виде аналоговых данных заданного диапазона. Объект измерения каждого модуля 100 датчика не обязан быть одинаковым, при условии, что блок 110 датчика каждого модуля 100 датчика имеет одинаковый интерфейс вывода данных.
[0016] Блок 120 коммутатора сигнала сконфигурирован для получения питания от устройства 200 сбора данных через линию подачи питания и для передачи данных, которые должны подаваться от блока 110 датчика, на устройство 200 сбора данных через линию сигнала данных. Блок 120 коммутатора сигнала каждого модуля 100 датчика сконфигурирован для выполнения последовательной операции при приеме сигнала управления коммутацией от устройства 200 сбора данных через линии управления коммутацией. Таким образом? устройство 200 сбора данных может последовательно принимать данные от соответствующих модулей 100 датчиков.
[0017] Фиг. 2 - блок-схема, изображающая конкретные примеры структуры модуля 100 датчика и устройства 200 сбора данных. Как показано на фиг. 2, блок 120 коммутатора сигнала модуля 100 датчика содержит усилитель 121, имеющий запрещающую функцию, и D-триггер 122. Устройство 200 сбора данных содержит блок 201 подачи тактовых импульсов, блок 202 подачи разрешающего сигнала, счетчик 203, блок 204 ввода разрешающего сигнала, блок 205 ввода сигналов датчиков, таблицу 206 управления датчиками и блок 210 питания.
[0018] В блоке 120 коммутации сигнала сигнал с выхода Q D-триггера 122 является входным сигналом для инвертирующего запрещающего вывода усилителя 121, имеющего запрещающую функцию, и становится входным сигналом D блока 120 коммутации сигнала последующего каскада, проходя по линии разрешающего сигнала. При этом входным сигналом для входа D модуля 100 датчика первого каскада является выходной сигнал блока 202 подачи разрешающего сигнала, передаваемый по линии разрешающего сигнала, а сигнал, подаваемый по линии разрешающего сигнала с выхода Q модуля 100 датчика последнего каскада, является входным сигналом для блока 204 ввода разрешающего сигнала.
[0019] Тактовые импульсы от блока 201 подачи тактовых импульсов подаются на вход синхронизации CLK каждого D-триггера 122 посредством линии тактового сигнала. По этой причине D-триггеры 122 соответствующих модулей 100 датчиков, включенных многокаскадным образом, формирует сдвиговый регистр, сконфигурированный для сдвига разрешающего сигнала, который должен подаваться с выхода блока 202 подачи разрешающего сигнала, на следующий каскад с каждым тактовым импульсом блока 201 подачи тактовых импульсов. Когда сдвиговый регистр образуется каждым модулем 100 датчика, для конфигурации может использоваться другая схема, помимо D-триггера 122.
[0020] Усилитель 121, имеющий запрещающую функцию, сконфигурирован так, чтобы его выходная цепь имела высокое полное сопротивление в запрещающем состоянии, чтобы усиливать аналоговые данные, которые должны выводиться блоком 110 датчика, в разрешающем состоянии, и подавать их на линию сигнала данных. То есть, выходные данные блока 110 датчика посылаются на устройство 200 сбора данных только тогда, когда разрешающий сигнал передается от предыдущего каскада. Модуль 100 датчика в это время находится в "разрешающем состоянии".
[0021] Однако вместо усилителя 121, имеющего запрещающую функцию, может применяться обычный усилитель и переключатель выходного сигнала, в котором замкнутое и разомкнутое положения переключаются сигналом с выхода Q D-триггера 122.
[0022] В устройстве 200 сбора данных блок 201 подачи тактовых импульсов сконфигурирован для подачи тактовых импульсов с заданным периодом. Блок подачи тактовых импульсов также может подавать тактовые импульсы с более высокой скоростью, чем нормальная, или останавливать подачу.
[0023] Блок 202 подачи разрешающего сигнала сконфигурирован для подачи разрешающего сигнала (Н) с интервалом, равным или больше длительности последовательности тактовых импульсов, число которых соответствует числу каскадов модулей 100 датчиков. Вследствие этого ситуация, в которой множество модулей 100 датчиков одновременно устанавливается в разрешающее состояние, не возникает.
[0024] Счетчик 203 сконфигурирован для подсчета числа тактовых импульсов. Счетчик 203 сбрасывает значение подсчета, если блок 202 подачи разрешающего сигнала подает разрешающий сигнал (Н). Таким образом можно связывать друг с другом значение подсчета счетчика 203 и модуля 100 датчика в разрешающем состоянии.
[0025] Блок 204 ввода разрешающего сигнала сконфигурирован для приема разрешающего сигнала, который должен подаваться модулем 100 датчика последнего каскада. Таким образом можно проверять, что разрешающий сигнал был сдвинут всеми модулями 100 датчиков. Также можно проверять число модулей 100 датчиков, обращаясь к значению подсчета счетчика 203 во время того, когда блок 204 ввода разрешающего сигнала принимает разрешающий сигнал. Однако блок 204 ввода разрешающего сигнала может быть опущен.
[0026] Блок 205 ввода сигналов датчиков сконфигурирован для приема данных, выводимых из модуля 100 датчика, и преобразования их в цифровую форму. Можно определить, из какого модуля 100 датчика выводятся данные, обращаясь к значению подсчета счетчика 203. С другой стороны, преобразование в цифровую форму может выполняться на стороне модуля 100 датчика.
[0027] Таблица 206 управления датчиками сконфигурирована для записи данных, которые принимаются блоком 205 ввода сигналов датчиков, совместно со значением подсчета. Атрибуты и т.п.блока 110 датчика также могут записываться. Кроме того, когда есть дефектный модуль 100 датчика или модуль 100 датчика, который не должен выполнять измерения, может записываться значение подсчета, соответствующее такому модулю 100 датчика. В этом случае, когда счетчик 203 подсчитывает это значение подсчета, можно уменьшить время, выделяемое сбору данных, подачей тактовых импульсов с высокой скоростью.
[0028] Система 10 сбора данных, имеющая вышеописанную структуру, может выполнять сбор данных в соответствии с алгоритмом, который показан на фиг. 3. То есть, при синхронизации сбора данных, система сбора данных устанавливает в начальное состояние D-триггеры 122 соответствующих модулей 100 датчиков (S101). Синхронизация сбора данных может быть непрерывной или с определенным интервалом, или может выполняться, например, на основании команды пользователя.
[0029] Установка в начальное состояние D-триггеров 122 выполняется подачей тактовых импульсов, число которых равно или больше числа модулей 100 датчиков, при поддержании выхода блока 202 подачи разрешающего сигнала в состоянии с низким уровнем (L). В это время, чтобы сократить время обработки, тактовые импульсы предпочтительно посылаются с более высокой скоростью, чем нормальная. Альтернативно, может быть предусмотрена линия сигнала возврата в начальное положение, и D-триггеры 122 могут устанавливаться в начальное состояние все вместе с помощью линии сигнала возврата в начальное положение.
[0030] Затем система сбора данных устанавливает выход блока 202 подачи разрешающего сигнала в состояние с высоким уровнем (Н) и подает разрешающий сигнал (S102). Таким образом счетчик 203 сбрасывается. В состоянии, когда выход блока 202 подачи разрешающего сигнала находится в состоянии с высоким уровнем (Н), когда подаются тактовые импульсы (S103), значение подсчета счетчика 203 увеличивается, и модуль 100 датчика первого каскада находится в разрешающем состоянии, и данные блока 110 датчика подаются на выход. Тогда данные, поступающие на вход блока 205 ввода сигналов датчиков, записываются в таблицу 206 управления датчиками совместно со значением подсчета (S104).
[0031] После этого система сбора данных устанавливает выход блока 202 подачи разрешающего сигнала в состояние с низким уровнем (L) (S105) и подает тактовые импульсы (S106). Таким образом, так как значение подсчета счетчика 203 увеличивается и модули 100 датчиков переходят в разрешенное состояние в последовательном порядке, система сбора данных записывает в таблицу 206 управления датчиками данные, поступающие на вход блока 205 ввода сигналов датчиков, совместно со значением подсчета (S107). В качестве периода тактовых импульсов, может быть произвольно установлен период, подходящий для системы 10 сбора данных.
[0032] Система сбора данных повторяет операции подачи тактовых импульсов (S106) и записи входных данных (S107) до тех пор, пока на блок 204 ввода разрешающего сигнала не поступает разрешающий сигнал (S108). С другой стороны, система сбора данных может повторять операции до тех пор, пока значение подсчета счетчика 203 не достигнет числа модулей 100 датчиков.
[0033] С помощью этого алгоритма можно последовательно собирать данные от всех модулей 100 датчиков. Как описано выше, система сбора данных может быть сконфигурирована так, чтобы непрерывно выполнять следующий процесс сбора данных немедленно после того, как закончены операции сбора данных, показанные на фиг. 3, или выполнять следующий процесс сбора данных через определенный или неопределенный интервал.
[0034] Как правило, усилитель 121, имеющий запрещающую функцию, в запрещающем состоянии находится в режиме энергосбережения. Поэтому система 10 сбора данных согласно примеру осуществления изобретения может предотвращать увеличение потребляемой мощности даже притом, что питание подается на модули 100 датчиков посредством соединения типа "шина".
[0035] Чтобы дополнительно экономить энергию, как показано на фиг. 4, на линии подачи питания блока 110 датчика может быть предусмотрен переключатель 111, и его замкнутое и разомкнутое состояния могут переключаться разрешающим сигналом подобно усилителю 121, имеющему запрещающую функцию. В этом случае блок 110 датчика сконфигурирован для работы только в разрешенном состоянии. Блок 205 ввода сигналов датчиков сконфигурирован для выполнения записи подаваемых данных в то время, когда состояние блока 110 датчика стабильно.
[0036] Также, как показано на фиг. 5, множество модулей 100 датчиков может агрегироваться для создания такого блока 300 модулей датчиков, который позволяет легко использовать большое количество блоков 110 датчиков. Так как в этом случае не требуется делать соединения между соответствующими модулями 100 датчиков в блоке 300 модулей датчиков, можно дополнительно уменьшить сложность системы соединительных проводов при сохранении основной конфигурации.
[0037] Вышеприведенное описание дает только конкретные предпочтительные примеры осуществления, чтобы пояснить и иллюстрировать данное изобретение. Поэтому данное изобретение не ограничено вышеприведенными примерами осуществления и включает много изменений и модификаций, которые могут быть сделаны без отступления от сущности данного изобретения. Данная заявка основана на японской заявке на патент №2014-254629, зарегистрированной 17 декабря 2014 г., которая полностью включена в данное описание путем ссылки на соответствующий источник. Также полностью включены все ссылки, упомянутые здесь.
Описание позиций
[0038] 10 - система сбора данных; 100 - модуль датчика, 110 - блок датчика; 111 - переключатель, 120 - блок коммутации сигналов; 121 - усилитель, имеющий запрещающую функцию; 122 - D-триггер; 200 - устройство сбора данных; 201 - устройство подачи тактовых импульсов; 202 - блок подачи разрешающего сигнала; 203 - счетчик; 204 - блок ввода разрешающего сигнала; 205 - блок ввода сигналов датчиков; 206 - таблица управления датчиками; 210 - блок питания; 300 - блок модулей датчиков.