CN109990946A - 具有故障自检功能的压力变送器及其故障自检方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有故障自检功能的压力变送器及其故障自检方法，其中压力变送器故障自检方法包括水压比对表保存步骤，水压数据采集步骤，供水系统内部信息获取步骤，应用水压比对表自检步骤，故障信号生成步骤，本发明的压力变送器故障自检方法通过获取供水系统内部装置采集的监测数据，并应用使水压数据与监测数据相关联的水压比对表而分析判断出水压数据是否存在误差，从而实现故障自检功能；据此提升了供水管网、管路的水压监测数据的可靠性。

Description

具有故障自检功能的压力变送器及其故障自检方法
技术领域
本发明涉及供水系统领域中的数据采集及监控技术，尤其是涉及一种应用局域互联技术的具有故障自检功能的压力变送器及其故障自检方法。
背景技术
水压变送器是供水行业里应用较为普遍的一种传感器，常用于管网水压监测，爆管预测，故障指示等方面。传统的水压变送器多是采用单向数据传输的方式传送采集的水压数据，其自身缺乏信息交互和自检功能，而且因为自身材质和恶劣的应用环境等因素，通常在开始使用时能够确保测量的准确性，但使用一段时间后往往会产生误差。当误差到了一定程度，会极大地影响到对水压数据的监控与分析，甚至引发误报警及触发异常停水等情况。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种具有传感器故障状态自检能力的压力变送器及压力变送器故障自检的方法，其利用局域通信技术的传输稳定性、抗干扰性、高穿透性的特点，实现供水系统内部装置之间的信息交互，通过水压等监测数据的信息匹配，实现故障的自检功能，有效地提高了供水管网、管路水压监测数据的可靠性与稳定性。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种压力变送器故障自检方法，该方法的步骤包含：水压比对表保存步骤，将水压比对表存入至压力变送器的存储单元中；水压数据采集步骤，压力变送器通过传感器单元采集水压数据并保存至存储单元中；供水系统内部信息获取步骤，压力变送器通过内置有供水系统内部装置地址及相应的通信协议的系统通信单元周期性的获取供水系统内部装置采集的监测数据，并将获取的监测数据保存至存储单元中；应用水压比对表自检步骤，按照一自检周期，压力变送器的中央处理器单元将传感器单元采集的水压数据以及由系统通信单元获取的同一时间的监测数据与已存入至存储单元中的水压比对表中的数据信息进行匹配运算，若监测数据在一误差范围内有匹配项，则判断水压数据与该匹配项所关联的水压值是否在该误差范围内，如果水压数据与该匹配项所关联的水压值的误差超出该误差范围，则误差值计数加一；如果水压数据与该匹配项所关联的水压值的误差小于该误差范围，则误差值清零；故障信号生成步骤，压力变送器的中央处理器单元判断如果误差值达到一误差技术阈值，则产生一故障信号。其中，该水压比对表为在管网或供水管路完好运行情况下，水压数据与供水系统内部装置采集的监测数据相关联的表结构数值。
为了实现故障信息的及时报警，以及及时更新校准后水压比对表或更新后的供水系统内部装置地址及相应的通信协议，作为本发明的进一步改进，还包括数据传输步骤，压力变送器通过基于NB-IOT的通信模块将故障信号、水压数据发送至水压监控服务器，或从所述水压监控服务器下载校准后水压比对表或更新后的供水系统内部装置地址及相应的通信协议。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种具有故障自检功能的压力变送器，其安装于管网中或供水管路的出口处，用于对水压进行监测，包括供电单元、中央处理器单元、传感器单元、存储单元、系统通信单元；其中，供电单元为具有故障自检功能的压力变送器提供所需电力；中央处理器单元分别与传感器单元、存储单元信号连接；系统通信单元内置有供水系统内部装置地址以及相应的通信协议，用以与供水系统内部装置进行数据传输，中央处理器单元与系统通信单元信号连接。
作为本发明的进一步改进，本发明还包括外部通信单元，用以将故障信号、水压数据发送至水压监控服务器，或从水压监控服务器下载水压比对表，外部通信单元与中央处理器单元信号连接。为了更好地运用NB-IOT低功耗、广覆盖的优势，该外部通信单元为基于NB-IOT的通信模块。
为了使本发明应用于不同的工作环境中，作为本发明的又进一步改进，本发明中的供电单元包括电源转换模块、电池模块，电源转换模块转换外部电源为具有故障自检功能的压力变送器提供所需电力，或是电源转换模块切换至电池模块为具有故障自检功能的压力变送器提供所需电力。
为了及时了解电池电量的信息，以便及时对电量即将耗尽的电池进行更换，作为本发明的更进一步改进，本发明中的供电单元还包括电池电量监测模块，该电池电量监测模块并接于电池模块，并且信号连接中央处理器单元。
本发明相较于传统的压力变送器具有与供水系统内部装置交互的功能，通过获取其他装置的监测数据并应用将自身压力数据与监测数据相关联的水压比对表可以实现压力变送器自身的故障检测功能，从而提升了供水管网、管路水压监测数据的可靠性，并确保了压力变送器维护的及时性。
附图说明
图1为本发明具有故障自检功能的压力变送器各功能单元、模块的信号连接的示意图。
图2为本发明压力变送器故障自检方法的步骤流程图。
附图中的符号说明：
1中央处理器单元；2 传感器单元；3 存储单元；4 系统通信单元；5 外部通信单元；S1至S6 步骤。
具体实施方式
为使对本发明所要解决的技术问题，解决技术问题的手段以及功效有更为清晰的了解与认识，以下举一较佳实施例并配合图式进行说明，但所举实施例仅为说明之用，并非用以对本发明进行限制。
如图1所示，本发明提供了一种具有故障自检功能的压力变送器，其安装于管网中或供水管路的出口处，用于对水压进行监测，包括供电单元（图未标示）、中央处理器单元1、传感器单元2、存储单元3、系统通信单元4；其中，供电单元电性连接具有故障自检功能的压力变送器的各个单元、模块以提供所需电力；中央处理器单元1分别与传感器单元2、存储单元3信号连接，为了满足本发明低功耗运行的需求，中央处理器单元1可采用STM32L47b作为主控芯片；系统通信单元4内置有供水系统内部装置地址以及相应的通信协议，用以与供水系统内部装置进行数据传输，该系统通信单元4可选用433通信模块，中央处理器单元1与系统通信单元4信号连接。本发明还包括外部通信单元5，用以将故障信号、水压数据发送至水压监控服务器，或从水压监控服务器下载水压比对表，外部通信单元5与中央处理器单元1信号连接。为了更好地运用NB-IOT低功耗、广覆盖的优势，该外部通信单元5为基于NB-IOT的通信模块，可选用BC95通信模块。但是本发明中的外部通信单元也可以是其他类型的通信模块，如有线类型或其他无线类型的通信模块，在此不进行限定。
为了使本发明应用于不同的工作环境中，本发明中的供电单元包括电源转换模块（图未标示）、电池模块（图未标示），其中，电源转换模块可以转换外部电源，其采用高效率低功耗的低压差线性稳压器（LDO）、电源转换芯片由TD1087实现，可将5V电压转换为3.6V电压为具有故障自检功能的压力变送器提供所需电力，电源转换模块也可以切换至电池模块为具有故障自检功能的压力变送器提供3.6V电压的电力。为了及时了解电池电量的信息，以便及时对电量即将耗尽的电池进行更换，本发明中的供电单元还包括：电池电量监测模块（图未标示），该电池电量监测模块可选用LTC2934，应用中可将其并接于电池模块并且信号连接中央处理器单元，由中央处理器单元将电池电量即将耗尽的信息通过外部通信单元上传至水压监控服务器，或是由中央处理器单元通过对电池电量即将耗尽的信息判定而启动具有故障自检功能的压力变送器自身具有的警示装置，如蜂鸣器、警示灯等，以提示进行电池模块的更换。
如图2所示，本发明还提供了一种压力变送器故障自检方法，该方法的步骤包含：水压比对表保存步骤S1，将水压比对表存入至压力变送器的存储单元中；水压数据采集步骤S2，压力变送器通过传感器单元采集水压数据并保存至存储单元中；供水系统内部信息获取步骤S3，压力变送器通过内置有供水系统内部装置地址及相应的通信协议的系统通信单元周期性的获取供水系统内部装置采集的监测数据，并将获取的监测数据保存至存储单元中；应用水压比对表自检步骤S4，按照一自检周期，压力变送器的中央处理器单元将传感器单元采集的水压数据以及由系统通信单元获取的同一时间的监测数据与已存入至存储单元中的水压比对表中的数据信息进行匹配运算，若监测数据在一误差范围内有匹配项，则判断水压数据与该匹配项所关联的水压值是否在该误差范围内，如果水压数据与该匹配项所关联的水压值的误差超出该误差范围，则误差值计数加一；如果水压数据与该匹配项所关联的水压值的误差小于该误差范围，则误差值清零；故障信号生成步骤S5，压力变送器的中央处理器单元判断如果误差值达到一误差技术阈值，则产生一故障信号。具有故障自检功能的压力变送器可通过自身具有的警示装置，如蜂鸣器、警示灯等，以响应该故障信号发出报警警示。
本发明中的水压比对表为在管网或供水管路完好运行情况下，水压数据与供水系统内部装置采集的监测数据相关联的表结构数值。
为了实现故障信息的及时报警，以及及时更新校准后水压比对表或更新后的供水系统内部装置地址及相应的通信协议，本发明还包括数据传输步骤S6，压力变送器通过基于NB-IOT的通信模块将故障信号、水压数据发送至水压监控服务器，或从所述水压监控服务器下载校准后水压比对表或更新后的供水系统内部装置地址及相应的通信协议。
水压监控服务器可通过本发明中的外部通信单元获取具有故障自检功能的压力变送器的水压数据以及供水系统内部装置的监测数据，并建立水压比对表数据库，依据数据库中的压力数据将数据库内所关联的数据依照压力数据最大值至最小值×1%划分为100个区间，并筛选出数据个数最多的指定数量的区间，将这些数据区间对应的各相关数据进行所有压力数据偏差1%的平均值合并，并统计各合并平均值含有平均数据的次数，之后将每个数据区间对应的出现平均数据次数最多的数据经平均取值后合并成数据表数据结构，最终生成水压比对表或校准后的水压比对表，之后再通过本发明中的外部通信单元将水压比对表或校准后的水压比对表传输至具有故障自检功能的压力变送器的存储单元中。本发明对于水压比对表中关联数据的生成方法不限于以上所述的方法，现有技术中凡是可生成较为准确的关联关系数值表的方法均可应用于本发明中水压比对表的生成过程。此外，本发明中的水压比对表也可由其他操作终端运算生成，如计算机等操作端，且水压比对表也可由具有故障自检功能的压力变送器上的通信接口直接存入存储单元中，以上储存方式为现有技术，本发明对此不进行限定。
本发明还可通过外部通信单元由水压监控服务器获取更新后的供水系统内部装置地址及相应的通信协议，以使本发明的具有故障自检功能的压力变送器调整为获取供水系统内部其他装置的监测数据，以协助水压监控服务器生成含有不同结构关联数据的水压比对表，以提升具有故障自检功能的压力变送器的自检功能的适应性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以局限本发明的专利保护范围，因此举凡运用本发明说明书或图式内容所做的等效变化，均同理包含于本发明的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种压力变送器故障自检方法，其特征在于，步骤包含：
水压比对表保存步骤：将水压比对表存入至压力变送器的存储单元中；
水压数据采集步骤：压力变送器通过传感器单元采集水压数据并保存至存储单元中；
供水系统内部信息获取步骤：压力变送器通过内置有供水系统内部装置地址及相应的通信协议的系统通信单元周期性的获取供水系统内部装置采集的监测数据，并将获取的监测数据保存至存储单元中；
应用水压比对表自检步骤：按照一自检周期，压力变送器的中央处理器单元将传感器单元采集的水压数据以及由系统通信单元获取的同一时间的监测数据与已存入至存储单元中的水压比对表中的数据信息进行匹配运算，若监测数据在一误差范围内有匹配项，则判断水压数据与该匹配项所关联的水压值是否在该误差范围内，如果水压数据与该匹配项所关联的水压值的误差超出该误差范围，则误差值计数加一；如果水压数据与该匹配项所关联的水压值的误差小于该误差范围，则误差值清零；
故障信号生成步骤：压力变送器的中央处理器单元判断如果误差值达到一误差技术阈值，则产生一故障信号。
2.根据权利要求1所述的压力变送器故障自检方法，其特征在于，还包括：
数据传输步骤：压力变送器通过基于NB-IOT的通信模块将故障信号、水压数据发送至水压监控服务器，或从所述水压监控服务器下载校准后水压比对表或更新后的供水系统内部装置地址及相应的通信协议。
3.根据权利要求1所述的压力变送器故障自检方法，其特征在于，所述水压比对表为在管网或供水管路完好运行情况下，水压数据与供水系统内部装置采集的监测数据相关联的表结构数值。
4.一种具有故障自检功能的压力变送器，安装于管网中或供水管路的出口处，用于对水压进行监测，包括：供电单元、中央处理器单元、传感器单元、存储单元；其中，所述供电单元为所述具有故障自检功能的压力变送器提供所需电力；所述中央处理器单元分别与所述传感器单元、所述存储单元信号连接；其特征在于，还包括系统通信单元，所述系统通信单元内置有供水系统内部装置地址以及相应的通信协议，用以与供水系统内部装置进行数据传输，所述中央处理器单元与所述系统通信单元信号连接。
5.根据权利要求4所述的具有故障自检功能的压力变送器，其特征在于，还包括：外部通信单元，所述外部通信单元用以将故障信号、水压数据发送至水压监控服务器，或从所述水压监控服务器下载水压比对表，所述外部通信单元与所述中央处理器单元信号连接。
6.根据权利要求5所述的具有故障自检功能的压力变送器，其特征在于，所述外部通信单元为基于NB-IOT的通信模块。
7.根据权利要求4所述的具有故障自检功能的压力变送器，其特征在于，所述供电单元包括：电源转换模块、电池模块，所述电源转换模块转换外部电源为所述具有故障自检功能的压力变送器提供所需电力，或是所述电源转换模块切换至所述电池模块为所述具有故障自检功能的压力变送器提供所需电力。
8.根据权利要求7所述的具有故障自检功能的压力变送器，其特征在于，所述供电单元还包括：电池电量监测模块，所述电池电量监测模块并接于所述电池模块，并且信号连接所述中央处理器单元。
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