CN101739800B - 基于无线传感技术的阀门数据采集系统 - Google Patents
基于无线传感技术的阀门数据采集系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种无线传感技术领域的基于无线传感技术的阀门数据采集系统，包括：系统初始化模块、数据采集模块、数据处理模块、数据控制模块、报警模块、无线传感网络通信模块和数据显示模块，其中：系统初始化模块和数据采集模块相连传输初始化信息，数据采集模块和数据处理模块相连传输采样滤波后的信息，数据处理模块和数据控制模块相连传输控制信息，数据处理模块和报警模块相连传输报警的数据信息，数据处理模块和无线传感网络通信模块相连传输实时测量数据和报警信息，无线传感网络通信模块和数据显示模块相连传输实时数据和报警信息。本发明控制精度可达0.1％，同时监测和调节温度、压力和开度，可实现网络化管理和优化，功耗低、传输效率高、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种无线传感技术领域的系统，具体是一种基于无线传感技术的阀门数据采集系统。
背景技术
阀门是石油、化工、电站、长输管线等国民经济各部门不可缺少的流体控制没备，而近年来，智能化现场设备、数据通讯以及开放系统是仪表发展的重点技术。因此，运用数字技术、单片机技术、电力电子技术等先进技术，开发研制性能先进、功能完善、结构紧凑、控制精度高，尤其是可对阀门实现远距离控制、现场操作、集中控制，以满足国内广大用户生产使用的要求，具有十分重要的现实意义。工业过程浓度、流量、温度、阀门开度及其它物理参数对于工业生产过程的正常运行和效率有着重要的影响。因此如何根据工业生产过程的要求以及反应物输入的变化，调节阀门的开度，控制生产过程中的温度、浓度、流量并且在较宽的范围内测试一些相关物理参数以适应装置可变、可控的要求，使阀门开合实施起来简洁、快速、节约成本、精度高、稳定性好，对于工业生产有着重要意义。
无线传感技术被认为是21世纪最重要的十大新兴技术之一。可以根据实际需要接收且监控来自汇聚节点的控制信息，将数据汇集到一个监控中心，通过GPRS设备接入移动通信网络，传送到远端，真正实现利用简单移动通信设备进行远程监控，可以推广到生产生活中为人们带来便利。
经对现有技术的公开文献检索发现，中国专利公开号：CN2795805，公开日2006.07.12，该技术公开了一种针对工业生产现场检测的阀门开度智能检测仪表。但是该技术灵活性差，控制精度低，可调节的参数少；可监测的量少，仅检测阀门的开度，不能全面反映工业生产的运行状况及各阀门开合与工业生产之间的关系；只提出了对于阀门开度智能检测仪表的设计，并未提出网络化管理，未解决降低阀门开关以及通信监控中的运行维护成本的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于无线传感技术的阀门数据采集系统。本发明结合阀门控制的精细特性，利用无线传感技术采集阀门中的反应参数，且实时显示数据，同时通过PID(比例积分微分)控制方法对反应过程阀门开度实行反馈控制，以达到对阀门开度的精确控制。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：系统初始化模块、数据采集模块、数据处理模块、数据控制模块、报警模块、无线传感网络通信模块和数据显示模块，其中：系统初始化模块和数据采集模块相连传输配置文件初始化信息，数据采集模块和数据处理模块相连传输经采样滤波后的温度、阀门开度和浓度信息，数据处理模块和数据控制模块相连传输经反馈控制后转换处理的阀门控制信息，数据处理模块和报警模块相连传输根据监测数据进行判断需要提示报警的数据信息，数据处理模块和无线传感网络通信模块相连传输传感器节点上实时测量数据和报警信息，无线传感网络通信模块和数据显示模块相连传输从传感器节点上传到汇聚节点的实时数据和报警信息，数据显示模块显示实时测量值的波形信息。
所述的数据采集模块包括：传感器组、采样滤波模块、信号检测模块和实时运行模块，其中，采样滤波模块与系统初始化模块相连传输配置文件初始化信息，阀门与传感器组相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息，传感器组和采样滤波模块相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息，采样滤波模块和信号检测模块相连传输实时阀门运行经滤波处理后的信息，信号检测模块和实时运行模块相连传输实时检测诊断信息，实时运行模块与数据处理模块相连传输原始数据经采样滤波后的信息。
所述的传感器组包括：温度传感器、压力传感器和阀门开度传感器，其中：阀门分别与温度传感器、压力传感器和阀门开度传感器相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息，温度传感器、压力传感器和阀门开度传感器分别与采样滤波模块相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息。
所述的数据处理模块包括：过程控制模块、判断操作模块和量程转换模块，其中：过程控制模块与数据采集模块相连传输原始数据经采样滤波后的信息，过程控制模块和判断操作模块相连传输反馈控制信息，判断操作模块和量程转换模块相连传输故障报警判断后的操作处理信息，量程转换模块与数据控制模块相连传输经反馈控制后转换处理的阀门控制信息，量程转换模块与报警模块相连传输根据监测数据进行判断需要提示报警的数据信息，量程转换模块与无线传感网络通信模块相连传输传感器节点上实时测量数据和报警信息。
所述的数据控制模块包括：电机信号控制模块、电机转动控制模块和输出模块，其中：电机信号控制模块和电机转动控制模块相连传输电机启动、停止、转动方向以及速度控制操作信号，电机转动控制模块和输出模块相连传输电机堵转报警信息，输出模块与数据处理模块相连传输经反馈控制后转换处理的阀门控制信息。
所述的无线传感网络通信模块包括：微处理器控制模块、射频收发模块和电源转换模块，其中：微处理器控制模块与数据处理模块相连传输传感器节点上实时测量数据和报警信息，微处理器控制模块和射频收发模块相连传输数据处理模块输入的实时采集的温度、压力和阀门开度测量信息，电源转换模块和射频模块相连传输电能，射频收发模块与数据显示模块相连传输从传感器节点上传到汇聚节点的实时数据和报警信息。
所述的数据显示模块包括：数据液晶显示模块和数字信号数码管显示模块，其中：数据液晶显示模块和无线传感网络通信模块相连传输实时监测的温度、浓度和开度数据，数字信号数码管显示模块和无线传感网络通信模块相连传输实时监测报警数据和电机转动开关量数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：控制精度可达0.1％，响应时间达到毫秒级；同时监测和调节温度、压力和阀门开度信息，能够全面反映工业生产的运行状况及各阀门开合与工业生产之间的关系；可实现网络化管理和优化，提高了控制效果，且功耗低、传输效率高、成本低。
附图说明
图1是本发明构成示意框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的系统作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括：系统初始化模块、数据采集模块、数据处理模块、数据控制模块、报警模块、无线传感网络通信模块和数据显示模块，其中：系统初始化模块和数据采集模块相连传输配置文件初始化信息，数据采集模块和数据处理模块相连传输经采样滤波后的温度、阀门开度和浓度信息，数据处理模块和数据控制模块相连传输经反馈控制后转换处理的阀门控制信息，数据处理模块和报警模块相连传输根据监测数据进行判断需要提示报警的数据信息，数据处理模块和无线传感网络通信模块相连传输传感器节点上实时测量数据和报警信息，无线传感网络通信模块和数据显示模块相连传输从传感器节点上传到汇聚节点的实时数据和报警信息，数据显示模块显示实时测量值的波形信息。
所述的系统初始化模块，通过对变量的初始化，设定量程转换的最大和最小值，读取配置文件，读取输入输出通道名并建立连接。
所述的数据采集模块包括：传感器组、采样滤波模块、信号检测模块和实时运行模块，其中，采样滤波模块与系统初始化模块相连传输配置文件初始化信息，阀门与传感器组相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息，传感器组和采样滤波模块相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息，采样滤波模块和信号检测模块相连传输实时阀门运行经滤波处理后的信息，信号检测模块和实时运行模块相连传输实时检测诊断信息，实时运行模块与数据处理模块相连传输原始数据经采样滤波后的信息。
所述的传感器组包括：温度传感器、压力传感器和阀门开度传感器，其中：阀门分别与温度传感器、压力传感器和阀门开度传感器相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息，温度传感器、压力传感器和阀门开度传感器分别与采样滤波模块相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息。
所述的数据处理模块包括：过程控制模块、判断操作模块和量程转换模块，其中：过程控制模块与数据采集模块相连传输原始数据经采样滤波后的信息，过程控制模块和判断操作模块相连传输反馈控制信息，判断操作模块和量程转换模块相连传输故障报警判断后的操作处理信息，量程转换模块与数据控制模块相连传输经反馈控制后转换处理的阀门控制信息，量程转换模块与报警模块相连传输根据监测数据进行判断需要提示报警的数据信息，量程转换模块与无线传感网络通信模块相连传输传感器节点上实时测量数据和报警信息。
所述的数据控制模块包括：电机信号控制模块、电机转动控制模块和输出模块，其中：电机信号控制模块和电机转动控制模块相连传输电机启动、停止、转动方向以及速度控制操作信号，电机转动控制模块和输出模块相连传输电机堵转报警信息，输出模块与数据处理模块相连传输经反馈控制后转换处理的阀门控制信息。
所述的无线传感网络通信模块包括：微处理器控制模块、射频收发模块和电源转换模块，其中：微处理器控制模块与数据处理模块相连传输传感器节点上实时测量数据和报警信息，微处理器控制模块和射频收发模块相连传输数据处理模块输入的实时采集的温度、压力和阀门开度测量信息，电源转换模块和射频模块相连传输电能，射频收发模块与数据显示模块相连传输从传感器节点上传到汇聚节点的实时数据和报警信息。
所述的微处理器控制模块是MSP430F149芯片。
所述的射频收发模块是CC1100无线射频芯片。
所述的电源转换模块是Sipex公司的AS1117M3芯片。
所述的数据显示模块包括：数据液晶显示模块和数字信号数码管显示模块，其中：数据液晶显示模块和无线传感网络通信模块相连传输实时监测的温度、浓度和开度数据，数字信号数码管显示模块和无线传感网络通信模块相连传输实时监测报警数据和电机转动开关量数据。
所述的报警模块采用现有技术，包括：指示灯和报警器，该模块对采集到的数据进行检查和判断，当采集到的数据超过设定的范围，会分别通过指示灯和报警器给予操作人员提示信息。
本实施例的工作过程：数据采集模块负责实时采集阀门的各项数据(温度，浓度和阀门开度)，对原始数据进行信号采样滤波，并将数据发送到数据处理模块进行分析；数据处理模块接收数据采集模块传输过来的原始数据，进行值操作过程，放大和量程转换处理，并根据监测数据进行故障判断；数据控制模块根据对控制目标数据的分析，自动调整控制量，使得阀门开度按照设定的方式进行；报警模块负责对流量，温度，浓度和阀门开度进行判断，如果超出设定范围则提示报警；无线传感通信模块获取阀门控制的测量值，并且通过无线传感将测量值从传感器节点上传到汇聚节点，同时在数据显示模块中显示数据波形；数据显示模块使用波形、数字等多种方式对采集上来的数据进行数码管、液晶等多种方式界面显示，帮助操作人员更加直观地了解阀门开度的情况。
本实施例的优点：控制精度可达0.1％，响应时间达到毫秒级；同时监测和调节温度、压力和开度信息，能够全面反映工业生产的运行状况及各阀门开合与工业生产之间的关系；可实现网络化管理和优化，提高了控制效果，且功耗低、传输效率高、成本低。
Claims (6)
1.一种基于无线传感技术的阀门数据采集系统，其特征在于，包括：系统初始化模块、数据采集模块、数据处理模块、数据控制模块、报警模块、无线传感网络通信模块和数据显示模块，其中：系统初始化模块和数据采集模块相连传输配置文件初始化信息，数据采集模块和数据处理模块相连传输经采样滤波后的温度、阀门开度和浓度信息，数据处理模块和数据控制模块相连传输经反馈控制后转换处理的阀门控制信息，数据处理模块和报警模块相连传输根据监测数据进行判断需要提示报警的数据信息，数据处理模块和无线传感网络通信模块相连传输实时测量数据和报警信息，无线传感网络通信模块和数据显示模块相连传输实时数据和报警信息，数据显示模块显示实时测量值的波形信息；
所述的数据采集模块包括：传感器组、采样滤波模块、信号检测模块和实时运行模块，其中，采样滤波模块与系统初始化模块相连传输配置文件初始化信息，阀门与传感器组相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息，传感器组和采样滤波模块相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息，采样滤波模块和信号检测模块相连传输实时阀门运行经滤波处理后的信息，信号检测模块和实时运行模块相连传输实时检测诊断信息，实时运行模块与数据处理模块相连传输原始数据经采样滤波后的信息。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感技术的阀门数据采集系统，其特征是，所述的传感器组包括：温度传感器、压力传感器和阀门开度传感器，其中：阀门分别与温度传感器、压力传感器和阀门开度传感器相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息，温度传感器、压力传感器和阀门开度传感器分别与采样滤波模块相连传输温度信息、压力信息和阀门开度信息。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感技术的阀门数据采集系统，其特征是，所述的数据处理模块包括：过程控制模块、判断操作模块和量程转换模块，其中：过程控制模块与数据采集模块相连传输原始数据经采样滤波后的信息，过程控制模块和判断操作模块相连传输反馈控制信息，判断操作模块和量程转换模块相连传输故障报警判断后的操作处理信息，量程转换模块与数据控制模块相连传输经反馈控制后转换处理的阀门控制信息，量程转换模块与报警模块相连传输根据监测数据进行判断需要提示报警的数据信息，量程转换模块与无线传感网络通信模块相连传输实时测量数据和报警信息。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感技术的阀门数据采集系统，其特征是，所述的数据控制模块包括：电机信号控制模块、电机转动控制模块和输出模块，其中：电机信号控制模块和电机转动控制模块相连传输电机启动、停止、转动方向以及速度控制操作信号，电机转动控制模块和输出模块相连传输电机堵转报警信息，输出模块与数据处理模块相连传输经反馈控制后转换处理的阀门控制信息。
5.根据权利要求1所述的基于无线传感技术的阀门数据采集系统，其特征是，所述的无线传感网络通信模块包括：微处理器控制模块、射频收发模块和电源转换模块，其中：微处理器控制模块与数据处理模块相连传输实时测量数据和报警信息，微处理器控制模块和射频收发模块相连传输数据处理模块输入的实时采集的温度、压力和阀门开度测量信息，电源转换模块和射频模块相连传输电能，射频收发模块与数据显示模块相连传输实时数据和报警信息。
6.根据权利要求1所述的基于无线传感技术的阀门数据采集系统，其特征是，所述的数据显示模块包括：数据液晶显示模块和数字信号数码管显示模块，其中：数据液晶显示模块和无线传感网络通信模块相连传输实时监测的温度、浓度和开度数据，数字信号数码管显示模块和无线传感网络通信模块相连传输实时监测报警数据和电机转动开关量数据。
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