CN104019935A - 一种用于化工设备的无线自动测压报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于化工设备的无线自动测压报警系统，包括：监控装置、无线数据收发装置和多个测压节点子系统，监控装置用于向无线数据收发装置发送压力监测指令；无线数据收发装置用于接收来自监控装置的压力监测指令，将压力监测指令转发至测压节点子系统；测压节点子系统用于根据压力监测指令监测对应的测压节点处的压力信号；无线数据收发装置用于接收压力数字信号，并将压力数字信号转发给监控装置，监控装置接收压力数字信号，并根据压力数字信号获取并存储每个测压节点处的压力数据，根据压力数据查找压力异常节点，对压力异常节点进行预测和报警。本发明将无线通信技术应用在化工生产设备中，提高了数据监测准确性和效率、设备的安全可靠性。

Description

一种用于化工设备的无线自动测压报警系统

技术领域

本发明涉及化工生产技术领域，特别涉及一种用于化工设备的无线自动测压报警系统。

背景技术

随着我国经济的快速增长，化工产品供应量日益增加。但是，随着化工产品的持续快速增长，也给化工生产设备带来了一系列安全问题。为预防各类化工事故的发生，安全运行监测的工作量快速增大，作为化工生产设备安全运行的主要参数——化工设备内的压力的监测工作更是日趋繁重。

现有的针对化工设备的压力数据的监测设备，其化工生产现场布线成本高，或者根本无法布线的限制，数据线常年暴露在外，很容易发生老化和损坏的问题，不仅导致数据监测准确性和效率均不高，而且存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种用于化工设备的无线自动测压报警系统，该系统将无线通信技术应用在化工生产设备中，提高了数据监测准确性和效率、设备的安全可靠性。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种用于化工设备的无线自动测压报警系统，包括：监控装置、无线数据收发装置和多个测压节点子系统，其中，所述监控装置和无线数据收发装置安装于控制室内，所述多个测压节点子系统分别安装于所述化工设备的多个测压节点处，其中，所述监控装置用于向所述无线数据收发装置发送压力监测指令，其中所述压力监测指令中指示有本次监测的测压节点；所述无线数据收发装置用于接收来自所述监控装置的所述压力监测指令，并将所述压力监测指令转发至本次监测的测压节点处的所述测压节点子系统；每个所述测压节点子系统安装于所述化工设备的测压节点处，用于根据所述压力监测指令监测所述测压节点处的压力信号，其中，每个所述测压节点子系统包括：气压传感器，所述气压传感器安装于所述化工设备的测压节点处，用于监测该测压节点处的压力模拟信号；信号处理器，所述信号处理器与所述气压传感器相连，用于将测压节点处的压力模拟信号转换为压力数字信号；无线收发器，所述无线收发器与所述信号处理器相连，用于接收来自所述信号处理器的所述压力数字信号，并向所述无线数据收发装置转发所述压力数字信号；其中，所述无线数据收发装置还用于接收所述压力数字信号，并将所述压力数字信号转发给所述监控装置，所述监控装置接收所述压力数字信号，并根据所述压力数字信号获取并存储每个所述测压节点处的压力数据，以及根据所述压力数据查找压力异常节点，对所述压力异常节点进行预测和报警。

在本发明的一个实施例中，所述压力数据包括压力变化趋势和压力变化周期。

在本发明的又一个实施例中，所述无线收发器为超高频单片机收发器芯片。

在本发明的再一个实施例中，所述监控装置采用个人计算机PC。

在本发明的一个实施例中，所述测压节点子系统还包括：第一电源管理模块，所述第一电源管理模块分别与所述气压传感器和所述信号处理器相连，用于对所述气压传感器和所述信号处理器进行低功耗电源管理；第二电源管理模块，所述第二电源管理模块分别与所述信号处理器和所述无线收发器相连，用于与所述信号处理器协同工作以对所述无线收发器进行低功耗电源管理。

在本发明的又一个实施例中，所述第一和第二电源管理模块为低压差线性稳压器。

在本发明的再一个实施例中，所述监控装置针对每个测压节点采用轮询方式发送压力监测指令。

在本发明的一个实施例中，所述监控装置根据所述压力数据查找压力异常节点，包括：

所述监控装置将所述压力数据与第一预设压力阈值和第二预设压力阈值进行比较，其中，

当所述压力数据超过所述第一预设压力阈值时，所述监控装置判断该测压节点为压力异常节点，对所述压力异常节点进行报警；

当所述压力数据位于所述第一预设压力阈值和第二预设压力阈值之间时，所述监控装置判断该测压节点为准压力异常节点，以第一预设周期进行监测；

当所述压力数据低于所述第二预设压力阈值的测压节点，所述监控装置判断该测压节点为正常测压节点，以第二预设周期进行监测，其中，所述第一预设压力阈值大于所述第二预设压力阈值。

在本发明的一个实施例中，所述第一预设周期的时长小于所述第二预设周期的时长。

在本发明的又一个实施例中，所述监控装置还用于建立压力数据库，所述压力数据库用于存储所述压力数据。

根据本发明实施例的用于化工设备的无线自动测压报警系统，可以实现对化工设备压力数据的准确、实时监测，并能在设备压力超过设计值时发出报警。为了保证化工生产的产品品质，也进一步提高化工设备的安全质量，本发明将无线通信技术应用在化工生产设备中，提高了数据监测准确性和效率，而且降低了化工生产现场的布线成本，也就避免了线路老化和损坏的问题，提高了设备的安全可靠性和易推广性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的用于化工设备的无线自动测压报警系统的结构图；

图2为根据本发明实施例的无线通信网络结构示意图；

图3为根据本发明实施例的测压节点子系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的用于化工设备的无线自动测压报警系统，包括：监控装置1、无线数据收发装置2和多个测压节点子系统3。其中，监控装置1和无线数据收发装置2安装于控制室内，多个测压节点子系统3分别安装于化工设备的多个测压节点处。

首先，监控装置1、无线数据收发装置2和多个测压节点子系统3共同组建成化工设备现场无线通信网络体系。

如图2所示，每个测压节点子系统3作为一个从站，例如从站1，从站2，……从站n。监控装置1和无线数据收发装置2作为主站。每个测压节点子系统3和无线数据收发装置2之间通过线链路连接。可靠、健壮、高效的网络体系结构是系统实现的核心，通过构建网络体系，可以将部署在化工设备现场内的测压节点子系统3组建成网络系统，以便采集和处理网络覆盖区域中测压对象的信息，并发送给中控室内的监控装置1和无线数据收发装置2。

本发明采用采用ISM(Industrial Scientific Medical Band)频段作为工作频率，系统信道是半双工的，最适合点对多点的通信方式。整个系统的通信采用分时技术(TDMA，Time Division Multiple Access)，信载频为429-433MHz。

在上述组建的无线通信网络体系的基础上，监控装置1、无线数据收发装置2和多个测压节点子系统3实现对测压节点的数据采集和分析，以用于后续的压力数据监控和报警。

下面对监控装置1、无线数据收发装置2和测压节点子系统3的具体功能进行说明。

具体来说，监控装置1用于向无线数据收发装置2发送压力监测指令。其中，压力监测指令中指示有本次监测的测压节点。

监控装置1针对每个测压节点可以采用轮询方式发送压力监测指令。监控装置1的串口外接一个无线数据收发器2和多个测压节点子系统3通过无线链路连接。控制室内的监控装置1针对每个测压节点可以采用轮询的方式进行压力监测，即采用轮询方式发送压力监测指令。参考图2，将点对多点、一主多从方式转换成点到点时分多址无线通信方式(TDMA)。监控装置1按照预定的时间片对每一个测压节点进行询问，然后等待接收被问节点的应答数据，并将接收到的该节点的压力存入数据库中。其中，每个测压节点占用时间片为200ms。处理完成后，监控装置1继续广播下一个节点编码，如此以至所有节点。监控装置1在一个询问周期内可完成所有测压节点的编码广播并接收到其回传的节点压力。

在本发明的实施例中，监控装置1可以每天24小时不间断地进行周期性地轮询，以便及时发现不正常节点，从而为化工设备的维护工作提供保障。

无线数据收发装置2用于接收来自监控装置1的压力监测指令，并将该压力监测指令转发给该指令中指示的本次监测的测压节点处的测压节点子系统3。

每个测压节点子系统3安装于化工设备的测压节点处，用于根据压力监测指令监测测压节点处的压力信号。其中，测压节点包括：输送化工原料的高压管道、石油化工技术领域的精馏塔中需要控制压力的节点和医药生产行业的反应罐中需要控制压力的节点等。

如图3所示，每个测压节点子系统3包括：多个气压传感器31、信号处理器32和无线收发器33。

具体地，气压传感器31分别安装于化工设备的测压节点处，用于监测该测压节点处的压力模拟信号。其中，气压传感器31选用的型号为MS5534CM。将气压传感器31安装在化工设备需要测量压力的节点上，采集得到的压力模拟信号，即该测压节点处的气压模拟量。

信号处理器32与气压传感器31相连，用于将测压节点处的压力模拟信号转换为压力数字信号。其中，信号处理器32选用的型号为MSP430。

无线收发器33与信号处理器32相连，用接收来自信号处理器32的压力数字信号，并向无线数据收发装置2转发该压力数字信号。其中，无线收发器33可以采用超高频单片机收发器芯片CC1020。

气压传感器31是获得压力数据的起始点，是一个微型的嵌入式系统，数据处理能力和存储能力相对较弱，只能通过携带能量有限的电池供电。而本发明采用无线测压装置，则要求至少两年才维修、更换一次电池，所以对相关期间必须采用超低功耗设计，在绝大部分时间内使其工作在休眠状态。为了加强系统连续正常工作的能力，需要提高气压传感器电池的使用寿命。本发明的用于化工设备的无线自动测压报警系统，还包括：第一电源管理模块34和第二电源管理模块35。其中，第一电源管理模块34分别与气压传感器31和信号处理器32相连，用于对气压传感器31和信号处理器32进行低功耗电源管理。第二电源管理模块35分别与信号处理器32和无线收发器33，用于与信号处理器32协同工作以对无线收发器33进行低功耗电源管理。具体来说，由于气压传感器31和信号处理器32的工作电流较小，因此采用第一电源管理模块34对两者进行供电。并且，由于无线收发器33在数据发送和接收过程中的电流较大，因此采用第二电源管理模块35对其进行供电。为了进一步节省电量，可以通过信号处理器32的一个口线接芯片的控制引脚，从而使得当前不需要工作的部件进入断电状态。

在本发明的一个示例中，第一电源管理模块34和第二电源管理模块35均为低压差线性稳压器。其中，第一电源管理模块34的型号为MAX1726，第二电源管理模块35的型号为MAX8881。利用MAX1726和MAX8881分别对气压传感器31和无线收发器33分别进行电源管理，这种双电源低功耗管理模式实现了系统的超低功耗，可以延长系统的使用寿命。

无线数据收发装置2接收无线收发器33发送的压力数字信号，并将该压力数字信号转发给监控装置1。在本发明的实施例中，无线数据收发装置2通过RS232接口方式将压力数字信号传送给监控装置1。

监控装置1接收该压力数字信号，并根据压力数字信号获取并存储每个测压节点处的压力数据。在本发明的一个示例中，压力数据包括压力变化趋势和压力变化周期。

由于节点压力受多种因素的干扰，压力的非线性随机干扰因素较多，针对不同的设备选择适当的信息融合技术，探索设备压力变化规律、制定完善的化工设备安全压力指标体系。为此，监控装置1还用于建立压力数据库，该压力数据库用于存储压力数据。在已测知各设备安全压力范围的基础上，分析不同测压节点的压力变化趋势和变化周期，通过对积累的压力数据进行数据挖掘，找出各个设备的压力变化规律，制定化工设备的安全压力指标体系，对压力异常点进行科学的预测和报警。

进一步，监控装置1根据压力数据查找压力异常节点，对压力异常节点进行预测和报警。

具体地，监控装置1根据测压节点压力变化异常情况，查找压力异常节点并可选择不同时间间隔进行监测。

其中，监控装置1将压力数据与第一预设压力阈值T1和第二预设压力阈值T2进行比较。其中，第一预设压力阈值T1为异常压力值，第二预设压力阈值T2为准异常压力值。第一预设压力阈值T1大于第二预设压力阈值T2。

当压力数据超过第一预设压力阈值T1时，监控装置1判断该测压节点为压力异常节点，对该压力异常节点进行报警。

当压力数据位于第一预设压力阈值T1和第二预设压力阈值T2之间时，监控装置1判断该测压节点为准压力异常节点，即此时该测压节点已经邻近异常状态，需要重点关注则以第一预设周期进行监测。

当压力数据低于第二预设压力阈值T2的测压节点，监控装置1判断该测压节点为正常测压节点，以第二预设周期进行监测。需要说明的是，第一预设周期的时长小于第二预设周期的时长。例如，第一预设周期为1分钟，第二预设周期为10分钟。换言之，在正常工作情况下，每10分钟对正常测压节点测压一次；对压力临近阈值的点，即准压力异常节点，每1分钟对准压力异常节点测压一次，相对正常测压节点缩短监测时间，进行重点监测；对异常测压节点立即报警。

在本发明的一个示例中，监控装置1可以采用个人计算机(PC，Personal Computer)。该监控装置1具有开发交互性较强的特点，并具有一定的计算功能的软件应用程序，不仅能及时地更新数据显示，代码效率高，而且具有集成开发环境，可降低开发仿真软件的难度。本发明件还能兼容其它软件绘制的图形，支持数据库操作。用户界面可视、直观，操作灵活，数据库可维护性强，从而为用户操作带来较大的便利性。

根据本发明实施例的用于化工设备的无线自动测压报警系统，可以实现对化工设备压力数据的准确、实时监测，并能在设备压力超过设计值时发出报警。为了保证化工生产的产品品质，也进一步提高化工设备的安全质量，本发明将无线通信技术应用在化工生产设备中，提高了数据监测准确性和效率，而且降低了化工生产现场的布线成本，也就避免了线路老化和损坏的问题，提高了设备的安全可靠性和易推广性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (10)

1.一种用于化工设备的无线自动测压报警系统，其特征在于，包括：监控装置、无线数据收发装置和多个测压节点子系统，其中，所述监控装置和无线数据收发装置安装于控制室内，所述多个测压节点子系统分别安装于所述化工设备的多个测压节点处，其中，

所述监控装置用于向所述无线数据收发装置发送压力监测指令，其中所述压力监测指令中指示有本次监测的测压节点；

所述无线数据收发装置用于接收来自所述监控装置的所述压力监测指令，并将所述压力监测指令转发至本次监测的测压节点处的所述测压节点子系统；

每个所述测压节点子系统安装于所述化工设备的测压节点处，用于根据所述压力监测指令监测所述测压节点处的压力信号，其中，每个所述测压节点子系统包括：

气压传感器，所述气压传感器安装于所述化工设备的测压节点处，用于监测该测压节点处的压力模拟信号；

信号处理器，所述信号处理器与所述气压传感器相连，用于将测压节点处的压力模拟信号转换为压力数字信号；

无线收发器，所述无线收发器与所述信号处理器相连，用于接收来自所述信号处理器的所述压力数字信号，并向所述无线数据收发装置转发所述压力数字信号；

其中，所述无线数据收发装置还用于接收所述压力数字信号，并将所述压力数字信号转发给所述监控装置，所述监控装置接收所述压力数字信号，并根据所述压力数字信号获取并存储每个所述测压节点处的压力数据，以及根据所述压力数据查找压力异常节点，对所述压力异常节点进行预测和报警。

2.如权利要求1所述的用于化工设备的无线自动测压报警系统，其特征在于，所述压力数据包括压力变化趋势和压力变化周期。

3.如权利要求1所述的用于化工设备的无线自动测压报警系统，其特征在于，所述无线收发器为超高频单片机收发器芯片。

4.如权利要求1所述的用于化工设备的无线自动测压报警系统，其特征在于，所述监控装置采用个人计算机PC。

5.如权利要求1所述的用于化工设备的无线自动测压报警系统，其特征在于，所述测压节点子系统还包括：

第一电源管理模块，所述第一电源管理模块分别与所述气压传感器和所述信号处理器相连，用于对所述气压传感器和所述信号处理器进行低功耗电源管理；

第二电源管理模块，所述第二电源管理模块分别与所述信号处理器和所述无线收发器相连，用于与所述信号处理器协同工作以对所述无线收发器进行低功耗电源管理。

6.如权利要求5所述的用于化工设备的无线自动测压报警系统，其特征在于，所述第一和第二电源管理模块为低压差线性稳压器。

7.如权利要求1所述的用于化工设备的无线自动测压报警系统，其特征在于，所述监控装置针对每个测压节点采用轮询方式发送压力监测指令。

8.如权利要求1所述的用于化工设备的无线自动测压报警系统，其特征在于，所述监控装置根据所述压力数据查找压力异常节点，包括：

所述监控装置将所述压力数据与第一预设压力阈值和第二预设压力阈值进行比较，其中，

当所述压力数据超过所述第一预设压力阈值时，所述监控装置判断该测压节点为压力异常节点，对所述压力异常节点进行报警；

当所述压力数据位于所述第一预设压力阈值和第二预设压力阈值之间时，所述监控装置判断该测压节点为准压力异常节点，以第一预设周期进行监测；

当所述压力数据低于所述第二预设压力阈值的测压节点，所述监控装置判断该测压节点为正常测压节点，以第二预设周期进行监测，其中，所述第一预设压力阈值大于所述第二预设压力阈值。

9.如权利要求8所述的用于化工设备的无线自动测压报警系统，其特征在于，所述第一预设周期的时长小于所述第二预设周期的时长。

10.如权利要求1所述的用于化工设备的无线自动测压报警系统，其特征在于，所述监控装置还用于建立压力数据库，所述压力数据库用于存储所述压力数据。