CN110244552A - 一种液位监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液位监控系统，涉及控制技术领域，主要目的在于解决由于传统有线控制布线复杂、信号抗干扰能力弱、高成本、难以升级维护，以及无线控制网络大功耗、无法实现移动端的无线监控问题。包括：处理器，用于通过建立双线程中的第一线程向所述控制器发送液位设定值，以及通过建立双线程中的第二线程接收所述控制器反馈的液位测量值，并进行显示；控制器，用于根据接收到所述处理器发送的液位设定值，采用PID控制算法计算液位控制参数进行输出，并且当运行所述液位控制参数的控制操作后，将检测到的液位测量值以无线通讯的方式发送至所述处理器以及所述服务器中；服务器，用于存储接收到所述控制器发送的液位测量值，并生成所述液位测量值的历史数据。

Description

一种液位监控系统

技术领域

本发明涉及一种控制技术领域，特别是涉及一种液位监控系统。

背景技术

化工、炼油等重工业生产过程中，液位的监控一直是影响生产需求的重要因素之一。目前，随着无线网络的逐步发展，现有的液位监控可以通过无线控制系统及基于数字调节器、PLC、DCS以及FCS等数字控制系统相结合进行监控，但是，由于传统有线控制布线复杂、信号抗干扰能力弱、高成本、难以升级维护，以及无线控制网络大功耗、无法实现移动端的无线监控等问题，因此，急需一种液位监控系统来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种液位监控系统，主要目的在于解决现有由于传统有线控制布线复杂、信号抗干扰能力弱、高成本、难以升级维护，以及无线控制网络大功耗、无法实现移动端的无线监控的问题。

依据本发明一个方面，提供了一种液位监控系统，包括：处理器、控制器、服务器，

所述处理器，用于通过建立双线程中的第一线程向所述控制器发送液位设定值，以及通过建立双线程中的第二线程接收所述控制器反馈的液位测量值，并进行显示；

所述控制器，用于根据接收到所述处理器发送的液位设定值，采用PID控制算法计算液位控制参数进行输出，并且当运行所述液位控制参数的控制操作后，将检测到的液位测量值以无线通讯的方式发送至所述处理器以及所述服务器中；

所述服务器，用于存储接收到所述控制器发送的液位测量值，并生成所述液位测量值的历史数据。

进一步地，所述系统还包括：终端设备，

所述终端设备，用于根据想所述服务器发送的数据获取请求接收所述服务器反馈的液位测量值的历史数据。

进一步地，所述处理器，具体用于通过键盘模块接收液位设定值，以所述第一线程将所述液位设定至经过所LORA通讯模块向所述控制器进行发送；

所述处理器，具体还用于经过所述LORA通讯模块接收到所述控制器反馈的液位测量值，并以所述第二线程通过显示模块显示所述液位测量值。

进一步地，所述控制器，具体还用于经过压差变压器模块采集液位测量值，并通过显示模块进行输出。

进一步地，所述控制器，具体用于经过LORA通讯模块接收所述处理器发送的液位设定值，通过PID控制算法根据所述液位设定值、所述液位测量值计算出液位控制参数，根据所述液位控制参数经过变送器控制执行器水泵进行液位控制。

进一步地，所述控制器，具体还用于根据所述液位设定值、所述液位测量值判断是否符合预设报警条件，若符合，则经过所述LORA通讯模块向所述处理器发送报警信号，并通过WIFI通信模块经过所述服务器向所述终端设备发送报警信号。

进一步地，所述控制器，具体还用于将所述液位测量值经过WIFI通信模块发送至所述服务器中；

所述服务器，具体用于接收到所述控制器发送的液位测量值后，对所述液位测量值进行统计，生成液位测量值的历史数据及分析数据，并根据所述终端设备发送的数据获取请求反馈数据，所述数据获取请求中携带有待反馈的历史数据及分析数据。

进一步地，所述控制器采用Arduino Mega2560单片机，所述处理器采用树莓派微处理器。

借由上述技术方案，本发明实施例提供的技术方案至少具有下列优点：

本发明提供了一种液位监控系统，与现有技术液位监控可以通过无线控制系统及基于数字调节器、PLC、DCS以及FCS等数字控制系统相结合进行监控相比，本发明实施例通过连接处理器、控制器以及服务器，实现通过处理器中的双线程来处理数据，控制器以无线通讯的方式在处理液位控制参数后，将液位测量值后分别发送至处理器及服务器中，以便不同的技术人员进行不同方式的查看，提高信号抗干扰能力，避免了有线控制的布线复杂性，降低成本，实现通过终端设备通过服务器进行监控的目的，从而提高液位监控的效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种液位监控系统组成框图；

图2示出了本发明实施例提供的另一种液位监控系统组成框图；

图3示出了本发明实施例提供的一种处理器软件流程图；

图4示出了本发明实施例提供的一种控制器软件流程图；

图5示出了本发明实施例提供的一种控制器电路连接示意图；

图6示出了本发明实施例提供的一种Arduino与LORA通讯模块连接电路图；

图7示出了本发明实施例提供的一种WIFI通讯模块与Arduino Mega2560的连接示意图；

图8示出了本发明实施例提供的一种终端显示液位值曲线示意图；

图9示出了本发明实施例提供的一种处理器显示液位曲线示意图；

图10示出了本发明实施例提供的一种液位的回复过程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种液位监控系统，如图1所示，该系统包括：处理器11、控制器12、服务器13，

所述处理器11，用于通过建立双线程中的第一线程向所述控制器12发送液位设定值，以及通过建立双线程中的第二线程接收所述控制器12反馈的液位测量值，并进行显示；

所述控制器12，用于根据接收到所述处理器11发送的液位设定值，采用PID控制算法计算液位控制参数进行输出，并且当运行所述液位控制参数的控制操作后，将检测到的液位测量值发送至所述处理器11以及所述服务器13中；

所述服务器13，用于存储接收到所述控制器12发送的液位测量值，并生成所述液位测量值的历史数据。

其中，所述处理器11与所述控制器12进行无线通信，通过LORA通信方式进行数据的无线传输，所述控制器12与所述服务器13通过无线互联网进行数据传输，如控制器12中的WIFI模块连通互联网后，将液位测量值发送至云端的服务器13中。另外，本发明实施例中，处理器21采用VB.NET语言实现软件编写建立双线程，处理器11中建立双线程，通过第一线程向控制器12发送液位设定值，通过第二线程接收控制器12反馈的液位测量值，从而避免处理器11在单一进程下即处理发送的数据，又处理接收的数据，提高处理器11的稳定性。控制器12在接收到处理器11发送的液位设定值时，利用PID控制算法计算出液位控制参数，例如，水泵的开度等，本发明实施例对PID控制算法不做具体限定。当控制器12输出液位控制参数后，通过采集液位测量值作为当前PID控制算法的反馈数据，并将检测到的液位测量值发送至处理机11级服务器13中。服务器13接收到控制器12发送的液位测量值后，进行存储，以便根据接收到的全部液位测量值生成历史数据，以便用户进行请求查看。

本发明提供了一种液位监控系统，本发明实施例通过连接处理器、控制器以及服务器，实现通过处理器中的双线程来处理数据，控制器以无线通讯的方式在处理液位控制参数后，将液位测量值后分别发送至处理器及服务器中，以便不同的技术人员进行不同方式的查看，从而避免了有线控制的布线复杂性，降低成本，实现通过终端设备通过服务器进行监控的目的，从而提高液位监控的效率。本发明实施例提供了另一种液位监控系统，如图2所示，该系统包括：处理器21、控制器22、服务器23，

所述处理器21，用于通过建立双线程中的第一线程向所述控制器22发送液位设定值，以及通过建立双线程中的第二线程接收所述控制器22反馈的液位测量值，并进行显示；

所述控制器22，用于根据接收到所述处理器21发送的液位设定值，采用PID控制算法计算液位控制参数进行输出，并且当运行所述液位控制参数的控制操作后，将检测到的液位测量值发送至所述处理器21以及所述服务器23中；

所述服务器23，用于存储接收到所述控制器22发送的液位测量值，并生成所述液位测量值的历史数据。

进一步地，本发明实施例所述系统还包括：终端设备24，

所述终端设备24，用于根据想所述服务器发送的数据获取请求接收所述服务器反馈的液位测量值的历史数据。

其中，所述终端设备24可以包括PC端设备、移动终端设备，通过向服务器23发送数据获取请求，使得服务器24根据数据获取请求反馈的液位测量值，从而实现不同技术人员远程随时查看液位测量值。

进一步地，所述处理器21，具体用于通过键盘模块接收液位设定值，以所述第一线程将所述液位设定至经过所LORA通讯模块向所述控制器进行发送；

所述处理器21，具体还用于经过所述LORA通讯模块接收到所述控制器22反馈的液位测量值，并以所述第二线程通过显示模块显示所述液位测量值。

本发明实施例中，处理器21可以连接键盘模块、LORA通讯模块、显示模块，其中，键盘模块用于用户输入液位设定值，显示模块用于显示接收到的液位测量值，LORA通讯模块用于在处理器21与控制器22之间进行通讯。另外，显示模块在液位测试值的显示方面，例如，可以选取存储液体最高液位为180mm，因此，将合法数值设置为0-180mm。为了获得更直观的显示效果，使用控件将横坐标设置为时间，设置定时器初值为200ms，定时溢出，读取串口液位数据，纵坐标设定为串口液位数据，直观展示液位曲线。

需要说明的是，如图3所示，处理器21在经过编程初始化后，建立双线程，并执行每个线程的具体步骤。处理器21采用树莓派微处理器，通过树莓派的串口与LORA通讯模块进行通讯，将液位设定值发送给控制器22，并实时接收、处理控制器22从现场发回的数据，以曲线形式将液位值显示在处理器21显示屏幕上。

进一步地，所述控制器22，具体还用于经过压差变压器模块采集液位测量值，并通过显示模块进行输出。

本发明实施例中，控制器22通过与压差变压器模块相连接，利用压差变压器模块与传感器接通后采集液位测量值，然后通过连接的显示模块进行输出。

需要说明的是，控制器22通过Arduino IDE软件进行编程，封装多种常用的I/0口、通信、网络、传感器使用函数，大大地简化了开发过程。控制器22中的软件流程如图4所示，初始化后连接服务器23，完成与服务器23的连接后，从变送器采集液位测量值并格式化，变送器为压差变送器，设置定时器，通过串口读取处理器21发送的液位设定值，再利用PID控制算法计算液位控制参数，以控制指令形式输出，最后将液位测量值上传给处理器21和服务器23。另外，所述控制器采用Arduino Mega2560单片机，所述处理器采用树莓派微处理器，如图5所示的控制器22电路连接示意图。

进一步地，所述控制器22，具体用于经过LORA通讯模块接收所述处理器21发送的液位设定值，通过PID控制算法根据所述液位设定值、所述液位测量值计算出液位控制参数，根据所述液位控制参数经过变送器控制执行器水泵进行液位控制。

本发明实施例中，控制器22可以为Arduino Mega2560单片机，Arduino Mega2560内置AD转换器可以将差压变送器输出的标准电信号转换成数字信号，再通过LORA通讯模块和WIFI通讯模块，将液位数字信号无线传输到处理器21和服务器23中。控制器22对液位设定值和液位测量值进行PID算法计算，得到液位控制参数，然后将液位控制参数经过变送器，如PWM，转为1-5V的标准控制信号发送给执行器水泵，控制调节水泵开度，从而实现液位控制。如图6所示，Arduino与LORA通讯模块连接电路图，LORA通讯模块的终端设备MCU选用STM8L151G6芯片，该芯片功率低，集成RAM 4KB，EEPROM 2KB。射频芯片采用SX1278，与终端设备MCU采用SPI协议通讯，SX1278是半双工传输的低中频收发器，传输距离可达8km。另外，如图7所示，WIFI通讯模块与Arduino Mega2560的连接示意图，本发明实施例选择Esp8266-12F WIFI芯片模组芯片模组集成32位Tensilica处理器，标准3.3v TTL电平信号，支持主频80MHz或者160MHz，射频balun，功率放大器，电源管理模块，工业级的工作温度，-40℃-+125℃，能适应各种操作环境，满足工业生产环境要求。是高性能，低价无线SOC。支持标准的IEEE802.11b/g/n协议，并与Arduino Mega2560控制板采用UART串口通信，支持最高115200波特率。

进一步地，所述控制器22，具体还用于根据所述液位设定值、所述液位测量值判断是否符合预设报警条件，若符合，则经过所述LORA通讯模块向所述处理器21发送报警信号，并通过WIFI通信模块经过所述服务器23向所述终端设备24发送报警信号。

本发明实施例中，为了在对液位监控过程中及时进行报警，需要根据液位设定值、液位测量值判断是否符合预设报警条件，所述预设报警条件可以根据装载液体的装置的最大值进行设定，还可以根据工业生产中技术人员依据经验所推论的数值进行设定，本发明实施例不做具体限定。当液位测量值、液位设定值判断符合预设报警条件，则通过LORA通讯模块向所述处理器21发送报警信号，并通过WIFI通信模块经过服务器23发送至终端设备24。

进一步地，所述控制器22，具体还用于将所述液位测量值经过WIFI通信模块发送至所述服务器23中；

所述服务器23，具体用于接收到所述控制器22发送的液位测量值后，对所述液位测量值进行统计，生成液位测量值的历史数据及分析数据，并根据所述终端设备24发送的数据获取请求反馈数据，所述数据获取请求中携带有待反馈的历史数据及分析数据。

本发明实施例中，为了对液位测量值进行准确的监控，控制器22通过WIFI通信模块将液位测量值发送至服务器23中，服务器23通过对液位测量值进行统计，得到不同时间周期的液位测量值的变化情况，即历史数据及分析数据，分析数据中可以包括报警时对应的液位测量值及时间，液位在扰动下出现的最大波动时对应的液位测量值等，本发明实施例不做具体限定。然后服务器23根据终端设备24发送的数据获取请求反馈所请求获取的数据，以便用户根据终端设备24查看历史数据及分析数据。

对于本发明实施例，具体的应用场景可以如下所示，但不限于此，包括：被控对象为THBDY-1型单容水箱，最高液位为180mm。THBDY-1型单容水箱集成了差压变送器，位于水箱底部，接通控制系统电源和被控对象水箱电源，使用手机应用进行WIFI通讯模块配置，启动处理器软件，连接设备，输入液位设定值。液位初始值为0mm，当液位设定值给定为100mm时，大约经过8分钟时间实时液位值稳定在100mm，手机终端设备在WIFI网络环境下显示液位值曲线如图8所示，水箱实际液位为99mm，处理器液位曲线如图9所示。控制系统通过调节THBDY-1型单容水箱的进水阀，来控制水箱的液位，实现带有扰动的液位控制，通过手动调节出水阀的流量加入扰动，经过大约1分钟的反应时间，液位仍然能够回复到设定状态，验证了系统的控制性能，液位的回复过程如图10所示。

本发明提供了另一种液位监控系统，本发明实施例通过LORA射频无线传输降低无线网络的大功耗，并利用WIFI通讯模块实现控制器与服务器之间的数据通信，以便不同的技术人员通过终端设备进行实时查看，处理器中的双线程方式提高了信号干扰能力，利用无线数据传输的方式避免了有线控制的布线复杂性，降低成本，实现通过终端设备通过服务器进行监控的目的，从而提高液位监控的效率。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种液位监控系统，其特征在于，包括：处理器、控制器、服务器，

所述处理器，用于通过建立双线程中的第一线程向所述控制器发送液位设定值，以及通过建立双线程中的第二线程接收所述控制器反馈的液位测量值，并进行显示；

所述控制器，用于根据接收到所述处理器发送的液位设定值，采用PID控制算法计算液位控制参数进行输出，并且当运行所述液位控制参数的控制操作后，将检测到的液位测量值以无线通讯的方式发送至所述处理器以及所述服务器中；

所述服务器，用于存储接收到所述控制器发送的液位测量值，并生成所述液位测量值的历史数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：终端设备，

所述终端设备，用于根据想所述服务器发送的数据获取请求接收所述服务器反馈的液位测量值的历史数据。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述处理器，具体用于通过键盘模块接收液位设定值，以所述第一线程将所述液位设定至经过所LORA通讯模块向所述控制器进行发送；

所述处理器，具体还用于经过所述LORA通讯模块接收到所述控制器反馈的液位测量值，并以所述第二线程通过显示模块显示所述液位测量值。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器，具体还用于经过压差变压器模块采集液位测量值，并通过显示模块进行输出。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制器，具体用于经过LORA通讯模块接收所述处理器发送的液位设定值，通过PID控制算法根据所述液位设定值、所述液位测量值计算出液位控制参数，根据所述液位控制参数经过变送器控制执行器水泵进行液位控制。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器，具体还用于根据所述液位设定值、所述液位测量值判断是否符合预设报警条件，若符合，则经过所述LORA通讯模块向所述处理器发送报警信号，并通过WIFI通信模块经过所述服务器向所述终端设备发送报警信号。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器，具体还用于将所述液位测量值经过WIFI通信模块发送至所述服务器中；

所述服务器，具体用于接收到所述控制器发送的液位测量值后，对所述液位测量值进行统计，生成液位测量值的历史数据及分析数据，并根据所述终端设备发送的数据获取请求反馈数据，所述数据获取请求中携带有待反馈的历史数据及分析数据。

8.根据权利要求1-7任一项所述的系统，所述控制器采用Arduino Mega2560单片机，所述处理器采用树莓派微处理器。