CN109445318A - 一种用于石油化工检测的物联网终端控制方法 - Google Patents

一种用于石油化工检测的物联网终端控制方法 Download PDF

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向凌魏
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Abstract

本发明公开了一种用于石油化工检测的物联网终端控制方法,包括第一处理单元向第二处理单元发送石油检测设备信号的采样指令,第二处理单元向第一处理单元定时提交采样结果,第一处理单元更新采样结果等步骤。本发明利用物联网的水平性和可扩展性规范石油化工检测仪器设备的设备硬件接口标准,设备软件通信标准,实现设备接口的通用性和可扩展性。

Description

一种用于石油化工检测的物联网终端控制方法
技术领域
本发明属于物联网技术领域,具体涉及一种用于石油化工检测的物联网终端控制方法。
背景技术
石油作为现代工业社会发展的重要产物,其化工产物无时无刻不影响着人类的生活,特别是现代交通工业的快速发展与石油化工息息相关。同时,这些产物的质量也严重影响着机械设备的工作效率以及寿命,因此各个国家对不同石油化工产品都明确规定有各种指标,以确保化工产品不对机械设备、人类生活产生较大影响。
为了检测各种石油化工产品的不同指标参数是否符合使用标准,国内外研究人员提供了很多测量方法来对化工产品进行检测,如石油化工产品粘度的测量,粘度是评价油品流动性能的指标,粘度指数反应了化工产品在温度变化中粘度的稳定性,粘度测量方法答题分为旋转法、落球法、毛细管法。落球法误差比较大,毛细管法采用物理测量方法,不可忽略器皿误差,旋转法通过使用具有恒定力矩的旋转体,检测不同温度下旋转体的转速,从而来评估石油粘度。旋转法比较适用于现在工业测量的思路,并且已于实现,精度较高。设计出来的设备为指标检测提供了便捷的方法,也为机械提供安全保障。但资料显示,目前大部分石油化工检测设备普遍存在功能单一、测量周期长、测量数据不共享等缺点。
物联网(Internetofthings,IoT)技术的出现,将弥补这些不足。作为新一代信息技术重要组成部分的互联网技术,通过智能感知与计算机通信感知技术,广泛应用于网络融合中。将所有设备互联,进行数据交互和通信。ITU认为物联网从功能方面可以理解为“世界上所有的物体都可以通过Internet主动进行信息交互,实现任何时刻、任何地点、任何物体之间的互联、无处不在的网络和无处不在的计算”;从技术方面可以理解为“物联网涉及射频技术、传感技术、纳米技术和职能技术等”。物联网中集成了多种传感、通信与计算技术,不仅实现人与人(HumantoHuman,H2H)之间的交流变得更加便捷,也使人与物(HumantoThing,H2T)、物与物(ThingtoThing,T2T)之间的交流变成可能。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述不足提供一种用于石油化工检测的物联网终端控制方法;
本发明一种用于石油化工检测的物联网终端控制方法,包括以下步骤:
001.第一处理单元向第二处理单元发送石油检测设备信号的采样指令,第二处理单元向第一处理单元定时提交采样结果,第一处理单元更新采样结果;
002.第一处理单元向第二处理单元发送开关控制指令,第二处理单元控制使能,并延时等待获取状态后,向第一处理单元反馈控制结果,第一处理单元更新控制结果;
003.第一处理单元向第二处理单元发送开关状态获取指令,第二处理单元进行开关状态获取后向第一处理单元反馈状态结果,第一处理单元更新状态结果。
进一步,所述步骤001包括以下步骤:
011,第一处理单元向第二处理单元发送石油检测设备信号的采样指令,系统采样初始化;
012,第二处理单元获取所有通道采样值,顺序选择通道;
013,在选择通道之后延时5us等待波形稳定;
014,判断是否存在通道没有采样,如果是则返回步骤012,如果否则转下一步;
015,对采样结果按照从大到小进行排序;
016,再次判断是否存在通道没有采样,如果否则重置采样通道并返回步骤015,如果否则转下一步;
017,选择采样值最大的通道;
018,在选择通道之后延时Tus等待波形稳定;
019,第二处理单元向第一处理单元定时提交采样结果,第一处理单元更新采样结果,并释放采样通道后返回步骤016即可。
进一步,所述第一处理单元为STM32,所述第二处理单元为51单片机MCU。
本发明利用物联网的水平性和可扩展性规范石油化工检测仪器设备的设备硬件接口标准,设备软件通信标准,实现设备接口的通用性和可扩展性;结合物联网远距离传输的功能优势,可以通过远程设备控制检测仪器进行工作,比如利用手机、平板、个人电脑等进行监视和控制,从而大大降低人力资源和时间的耗费,并提高系统运行的安全性;物联网的接入,让设备很容易接入互联网,可以随时从远端服务器通过更高精度的测量模型,或者利用云计算,云服务对测量数据进行计算,便于得到更加精确的结果;众多终端数据的上传,科研单位或公司的专家可通过对这些大数据进行分析,从而对整个石油化工的检测有一个正确有效的评估,并且可以利用这些数据对现有系统的评估模型进行优化,进一步提高模型的精度。
附图说明
图1检测系统中终端硬件结构图;
图2自适应采样流程图;
图3STM32与51单片机数据交互流图;
图4检测系统设计结构图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明:
本发明设计的物联网终端系统结构图如图1所示,分为以下几个部分,现结合附图来具体说明:
(1)弱信号变送电路设计
大部分石油化工产品的检测都需要在产品温度恒定的调节下,利用驱动力恒定的电机对液体石油化工产品进行搅拌,促使密闭环境下石油化工产品与氧气反应后,通过测量密闭环境下气压的变化曲线,或者测得某一温度下电机的转速,从而获得石油化工产品的氧化特性、粘度特性等。
(1.1)温度变送电路设计,采用工业级电阻式温度检测PT100,,温度变化对电阻阻值的改变极其微小,为精确的测出PT100随着温度的变化,利用XTR101将PT100的电阻变化转换成电流变化。
(1.2)I/V转换电路设计,电流信号可以实现远距离传输而不受环境中噪声的干扰,特别是影响最大的50/60Hz工频干扰。而A/D芯片采样只能对电压信号进行处理,需转化后再采样。
(1.3)电流采样中弱信号处理,采用ACS712专用电流采样芯片,该芯片采用隔离技术,防止被测量电流影响核心电路。其中信号放大采用二级放大,通过软件仿真确定电路设计。
(2)软件采样实现与优化
系统中信号较多,若每一信号对应一个A/D采样芯片,大大增加成本。故,采用多路开关的方法,实现A/D采样芯片的时分复用,提高A/D芯片的利用率。
(2.1)自适应采样策略。系统刚开始运行的时候需要先获取所有通道采样值,由于各个通道上下一次采样的大致范围未知,无法预测出需要波动时长,故在首次采样时,统一在选择通道之后延时5us等待波形稳定。对比固定延时1us书序采样法,动态采样算法的标准差明显小而平稳很多。采样流程图见附图2。
(2.2)滤波算法设计。由于A/D采样芯片中存在采样误差,以及热噪声等干扰,即使输入信号稳定,对采样结果造成一定误差。除了硬件电路优化,还需要对采样数据做相应的数字滤波。对比验证限幅滤波、中位值滤波、算术平均滤波、IIR数字滤波以及卡尔曼滤波算法,对采样后的一组电压数据和动态变化数据分别进行滤波,结果显示,无论针对稳定值采样滤波,还是对带激励采样滤波,卡尔曼滤波算法都具有高稳定性,高实时性的特点。
(3)温度控制算法设计
石油化工温度控制中,温度控制存在非线性、时变性和纯滞后性,实现理想的温度控制效果有很大难度。分别仿真分析PID控制算法、Smith预估控制算法和Dahlin控制算法,与自反馈控制系统进行对比,Dahlin控制算法具有更好效果。
(4)多MCU协作
为了扩充终端的I/O资源,采用STC89C52RC(后简称STM32)和51单片机多MCU进行协作。STM32作为终端的核心功能处理单元,处理采样数据的滤波、系统控制算法实现、数据封包与上传、指令接收与解析、WIFI通信、串行通信等;51单片机负责控制采样通道的选择,控制输出。数据交互流程见图3。
(5)多任务处理
作为终端的核心功能处理单元,STM32需要同时处理一系列比较复杂的任务,如果只采用单任务进行功能协调,难度非常大,并且对于时间的同步无法实现。故引入嵌入式实时操作系统(RTOS),面向功能较弱的微处理器,对实时性实现较高。根据STM32处理的任务按照优先级进行排序。
对于采用泛在传感网络架构实现的物联网上层系统设计,不仅适用于石油化工产品的检测,可以作为大部分物联网系统的上层系统设计结构,如图4。①表示感知网,由终端结点组成;②表示接入网,包括无线路由器和本地网关;③是现有的网络基础设施;④为中间件,由处理服务器、WEB服务器和数据库服务器组成;⑤表示应用平台,可以为个人电脑,也可以为移动终端,如智能手机,平板等。
(1)接入网
引入本地网关,实现数据转发和本地控制两大功能。终端采样节点将上传的数据通过明码发给本地网关,本地网关将这些数据加密之后转发给服务器,当网络出现异常时,本地网关可以先将数据存入本地数据库,待网络稳定后,再上传给远端服务器;同时服务器将加密后的控制报文先交由本地网关,本地网关将其控制报文进行解析,得到控制指令,进一步下发到对应的终端节点。该功能将终端节点与外部隔离,从而保证了设备的安全,同时也避免了数据的丢失。
终端节点到远端服务器的数据传输延时较大,且存在数据包丢失的可能性,比较容易存在严重的滞后性。引入本地网关,与采样终端处于同一局域网中,提高了控制指令的实时性和稳定性。
(2)中间件
作为终端节点和用户的服务中心,本发明设计三类服务器:处理服务器、应用服务器、数据库。
处理服务器负责与终端节点进行数据交互,将本地网关上传加密后的数据包进行解析,得到对应终端节点的采样数据,并且进一步对数据进行条件判断,给设备下发相应的处理指令,同时将这些数据交由内部数据库。处理服务器还需要定期对控制周期内的数据进行自动分析建模,更新原始数据模型,调节控制参数,从而进一步提升系统的稳定性。
应用服务器主要是面向用户设计,用户可以通过个人电脑的浏览器,手机APP对用户所属的设备进行访问和远端控制。将数据库的数据进行匹配和刷选,通过Web服务程序或者APP服务程序向用户展示;同时应用服务器将接收到的用户控制指令交由数据库存储,等待处理服务器定期获取并下发。
数据库作为整个系统的数据中心,所有设备的信息,设备所采样的数据,用户信息以及用户对设备的操作记录等全部存放在数据库服务器。由于数据库在本套系统中占据着极其重要多作用,所以数据库的安全问题必须得到重视。为了防止被不法分子的访问,本系统将数据库与互联网进行隔离,只有应用服务器和处理服务器进行访问和添加。用户只能通过相应的权限才能对其进行查看。

Claims (3)

1.一种用于石油化工检测的物联网终端控制方法,其特征在于:包括以下步骤:
001.第一处理单元向第二处理单元发送石油检测设备信号的采样指令,第二处理单元向第一处理单元定时提交采样结果,第一处理单元更新采样结果;
002.第一处理单元向第二处理单元发送开关控制指令,第二处理单元控制使能,并延时等待获取状态后,向第一处理单元反馈控制结果,第一处理单元更新控制结果;
003.第一处理单元向第二处理单元发送开关状态获取指令,第二处理单元进行开关状态获取后向第一处理单元反馈状态结果,第一处理单元更新状态结果。
2.根据权利要求1所述用于石油化工检测的物联网终端控制方法,其特征在于所述步骤001包括以下步骤:
011,第一处理单元向第二处理单元发送石油检测设备信号的采样指令,系统采样初始化;
012,第二处理单元获取所有通道采样值,顺序选择通道;
013,在选择通道之后延时5us等待波形稳定;
014,判断是否存在通道没有采样,如果是则返回步骤012,如果否则转下一步;
015,对采样结果按照从大到小进行排序;
016,再次判断是否存在通道没有采样,如果否则重置采样通道并返回步骤015,如果否则转下一步;
017,选择采样值最大的通道;
018,在选择通道之后延时Tus等待波形稳定;
019,第二处理单元向第一处理单元定时提交采样结果,第一处理单元更新采样结果,并释放采样通道后返回步骤016即可。
3.根据权利要求2所述用于石油化工检测的物联网终端控制方法,其特征在于:所述第一处理单元为STM32,所述第二处理单元为51单片机MCU。
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