CN110719339A - 一种hart仪表数据无线采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业物联网领域,具体涉及一种HART仪表数据无线采集系统。该系统包括依次连接的HART仪表、无线适配器,与一个或多个无线适配器无线连接的一个或多个LORA基站,与LORA基站无线连接的服务器,以及与服务器连接的PC端和/或手机端。实现了一种灵活性强、低功耗、能够远程监测且适用于化工等高危行业的HART仪表数据无线采集系统。
Description
技术领域
本发明属于工业物联网领域,具体涉及一种HART仪表数据无线采集系统。
背景技术
HART是由现在的美国艾默生公司提出一个过度性总线标准,他主要是在4-20毫安电流信号上面叠加数字信号,物理层采用BELL202频移键控技术,以实现部分智能仪表的功能,但此协议不是一个真正意义上开放的标准,要加入他的基金会才能拿到协议,加入基金会要一部分的费用。技术主要被国外几家大公司垄断,近两年国内也有公司再做,但还没有达到国外公司的水平。现在有很大一部分的智能仪表都具备HART通讯功能。但从国内来看还没有真正利用这部分功能,最多只是利用HART手操器或HART MODEM对其进行参数设定,其余信息(诸如设备信息,传感器信息,Hart命令的版本信息了,仪表固有信息等等)都未上传,没有发挥出HART智能仪表应有的功能,没有联网进行设备监控。
由于工业现场环境较复杂,上传信息施工布线难度较大,因此提出无线HART适配器终端的概念。例如艾默生的智能无线HART适配器THUM.霍尼韦尔OneWireless无线方案中的HART信号无线转接模块。中科博微公司的A1110 WirelessHART适配器。从长远来看由于HART通信速率低组网困难等原因,HART仪表的采购量会程下滑趋势,但由于HART仪表已经有十多年的历史、现在的在装数量依然非常的大。
目前流程工业无线技术方案可以分为3类:以Wireless HART为代表的仪表传感器无线mesh解决方案,以ISA100为代表的节点mesh无线方案和以WIA-PA(中国)为代表的无线方案。以上三种方案均采用网状拓朴结构,易于不断扩张网络规模,但缺点在于使用各种不相关的节点转发消息,路由迂回,增加了系统复杂性和总功耗,使用寿命下降.另外一个缺点是都属于短距离通信技术,在流程工业厂区一般无线覆盖范围在300米以内,需要增加较多的网关或者中继器才能确保信号的稳定,所以基于上述三类无线技术的HART无线适配器导致整体投入较大,工厂内HART仪表数量巨大,用户采购及后期维护成本昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种低功耗、降低布线难度、适用于化工厂、灵活性强的HART仪表数据无线采集系统。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种HART仪表数据无线采集系统,包括依次连接的HART仪表、无线适配器,与一个或多个无线适配器无线连接的一个或多个LORA基站,与LORA基站无线连接的服务器,以及与服务器连接的PC端和/或手机端;LORA基站内置物联网卡;
无线适配器包括防爆壳体、防爆夹紧接头、屏蔽线缆,安装于防爆壳体外部的天线,以及安装于防爆壳体内部的射频连接线、信号转换模块、PCBA板、供电单元;防爆夹紧接头包括上端防爆夹紧接头和下端防爆夹紧接头,PCBA板集成有LORA通信模块;
供电单元、信号转换模块均与PCBA板连接;屏蔽线缆的一端分别与信号转换模块和PCBA板连接,另一端穿过下端防爆夹紧接头并与HART仪表连接;射频连接线的一端与PCBA板连接,另一端穿过上端防爆夹紧接头并与天线连接。
进一步地,信号转换模块为HART转换器,HART转换器将HART协议转换为MODBUS协议。
进一步地,供电单元为电池组供电或外接直流24V电源供电。
进一步地,屏蔽线缆为四芯屏蔽线缆或六芯屏蔽线缆。
进一步地,HART仪表为四线制HART仪表或二线制HART仪表。
进一步地,四线制HART仪表的接口LOOP+、LOOP-、DC24V+、GND通过六芯屏蔽线缆的四芯分别与HART转换器的引脚LOOP+、LOOP-、DC24V+、GND连接;HART转换器的引脚RS485+、RS485-、DC24V+、GND分别与PCBA板的引脚RS485+、RS485-、+、GND连接;PCBA板的引脚+、-分别接电池组的正负极或通过六芯屏蔽线缆的另外两芯外接24V直流电源;LORA通信模块通过射频连接线与天线连接。
进一步地,二线制HART仪表的接口LOOP+、LOOP-通过四芯屏蔽线缆的两芯分别与HART转换器的引脚LOOP-、GND连接,HART转换器的引脚DC24V+、LOOP+通过跳线互相连接;HART转换器的引脚RS485+、RS485-、DC24V+、GND分别与PCBA板的引脚RS485+、RS485-、+、GND连接;PCBA板的引脚+、-分别接电池组的正负极或通过六芯屏蔽线缆的另外两芯外接24V直流电源;LORA通信模块通过射频连接线与天线连接。
进一步地,还包括接线管,接线管与下端防爆夹紧接头外端相连接并包裹连接无线适配器和HART仪表的屏蔽线缆。
进一步地,防爆壳体的底部或侧面设置固定座。
进一步地,HART仪表数据无线采集是通过如下方法实现的:
步骤一:通过云端服务器4安装的软件下发指令,指令经过LORA基站下发到无线适配器;
步骤二:无线适配器采集指令中所需HART仪表的数据并上报服务器,服务器搭载的云端软件对上报数据进行解析,形成图表,并通过设置阈值,形成相应的事件、报警;
步骤三:通过手机端和/或PC端访问服务器图表、事件、报警。
该发明的有益效果为:通过HAR转换器将HART协议转换为MODBUS协议、PCBA板集成LORA通讯模块、LORA基站内置物联网卡、以及设置防爆壳体、防爆夹紧接头实现了一种灵活性强、低功耗、能够远程监测且适用于化工等高危行业的HART仪表数据无线采集系统;本发明LORA采用星状拓朴(TMD组网方式),网关星状连接HART仪表,但HART仪表并不绑定唯一LORA基站,相反,HART仪表的上行数据可发送给多个基站,用户可以通过点对点或者星形的网络协议和架构实现灵活组网。
附图说明
图1为本发明的整体示意图;
图2为本发明中无线适配器示意图;
图3为本发明中四线制HART仪表所对应的无线适配器接线示意图;
图4为本发明中二线制HART仪表所对应的无线适配器接线示意图。
图中:1HART仪表、2无线适配器、3LORA基站、4服务器、5-1PC端、5-2手机端、6防爆壳体、7防爆夹紧接头、7-1上端防爆夹紧接头、7-2下端防爆夹紧接头、8屏蔽线缆、9天线、10射频连接线、11信号转换模块、12PCBA板、13供电单元、14固定座。
具体实施方式
如图1至图4所示:一种HART仪表数据无线采集系统,包括依次连接的HART仪表1、无线适配器2,与一个或多个无线适配器2无线连接的一个或多个LORA基站3,与LORA基站3无线连接的服务器4,以及与服务器4连接的PC端5-1和/或手机端5-2;
LORA基站3内置物联网卡;无线适配器2包括防爆壳体6、防爆夹紧接头7、屏蔽线缆8,安装于防爆壳体6外部的天线9,以及安装于防爆壳体6内部的射频连接线10、信号转换模块11、PCBA板12、供电单元13;防爆夹紧接头包括上端防爆夹紧接头和下端防爆夹紧接头,PCBA板12集成有LORA通信模块;
供电单元13、信号转换模块11均与PCBA板12连接;屏蔽线缆的一端分别与信号转换模块11和PCBA板12连接,另一端穿过下端防爆夹紧接头并与HART仪表1连接;射频连接线10的一端与PCBA板12连接,另一端穿过上端防爆夹紧接头并与天线连接。
信号转换模块11为HART转换器,HART转换器将HART协议转换为MODBUS协议。供电单元13为电池组供电或外接直流24V电源供电。屏蔽线缆为四芯屏蔽线缆或六芯屏蔽线缆。HART仪表1为四线制HART仪表或二线制HART仪表。
四线制HART仪表的接口LOOP+、LOOP-、DC24V+、GND通过六芯屏蔽线缆的四芯分别与HART转换器的引脚LOOP+、LOOP-、DC24V+、GND连接;HART转换器的引脚RS485+、RS485-、DC24V+、GND分别与PCBA板12的引脚RS485+、RS485-、+、GND连接;PCBA板12的引脚+、-分别接电池组的正负极或通过六芯屏蔽线缆的另外两芯外接24V直流电源;LORA通信模块通过射频连接线10与天线连接。
二线制HART仪表的接口LOOP+、LOOP-通过四芯屏蔽线缆的两芯分别与HART转换器的引脚LOOP-、GND连接,HART转换器的引脚DC24V+、LOOP+通过跳线互相连接;HART转换器的引脚RS485+、RS485-、DC24V+、GND分别与PCBA板12的引脚RS485+、RS485-、+、GND连接;PCBA板12的引脚+、-分别接电池组的正负极或通过六芯屏蔽线缆的另外两芯外接24V直流电源;LORA通信模块通过射频连接线10与天线连接。
该系统中的无线适配器2还包括接线管,接线管与下端防爆夹紧接头外端相连接并包裹连接无线适配器2和HART仪表的屏蔽线缆。
该系统中的无线适配器2的防爆壳体6的底部或侧面设置固定座14。
该系统中,HART仪表1数据无线采集是通过如下方法实现的:
步骤一:通过服务器4搭载的云端软件下发指令,指令经过LORA基站3下发到无线适配器2;
步骤二:无线适配器2采集指令中所需的HART仪表数据并上报至服务器4,服务器4搭载的云端软件对上报数据进行解析,形成图表,并通通过云端服务器4安装的软件下发RS485指令过设置阈值,形成相应的事件、报警;
步骤三:通过PC端5-1和/或手机端5-2访问和读取服务器4图表、事件、报警。
本发明的使用时:将一个或多个无线适配器2通过固定座14固定在HART仪表1就近的位置,将HART仪表1与无线适配器2连接,在厂区或其他使用地点架设一个或多个内置物联网卡的LORA基站3,数据通过无线适配器2至LORA基站3至服务器4上报或下发,服务器将数据进行解析,
具体上报或下发、解析过程为:云端服务器4中运行所安装的软件下发获取所有变量信息的指令,该指令经过运营商网络、LORA基站3、无线适配器2至HART仪表1,HART仪表1中仪表所有变量数据再经过无线适配器2、LORA基站3、运营商网络上报至云端服务器4,云端服务器4所安装的软件将所收到的数据进行解析成电流值,在将电流值换算成所需的数据。进而由云端服务器4所安装的软件将所需的数据生成图表如趋势图、表格等,并且设定阀值,根据数据变化生成事件、报警等。PC端5-1和/或手机端5-2通过访问云端服务器进行数据监测。
本发明除了可以远程无线读取HART仪表当前信息、可以进一步扩展为其他支持HART协议的设备,例如变送器、电磁流量计、质量流量计、PH计、氧化锆、超声波液位计、雷达料位计、以及支持HART协议的智能阀门定位器等。
Claims (10)
1.一种HART仪表数据无线采集系统,包括依次连接的HART仪表(1)、无线适配器(2),与一个或多个无线适配器(2)无线连接的一个或多个LORA基站(3),与LORA基站(3)无线连接的云端服务器(4),以及与云端服务器(4)连接的PC端(5-1)和/或手机端(5-2);
其特征在于:所述LORA基站(3)内置物联网卡;
所述无线适配器(2)包括防爆壳体(6)、防爆夹紧接头(7)、屏蔽线缆(8),安装于所述防爆壳体(6)外部的天线(9),以及安装于所述防爆壳体(6)内部的射频连接线(10)、信号转换模块(11)、PCBA板(12)、供电单元(13);所述防爆夹紧接头(7)包括上端防爆夹紧接头和下端防爆夹紧接头,所述PCBA板(12)集成有LORA通信模块;
所述供电单元(13)、信号转换模块(11)均与PCBA板(12)连接;所述屏蔽线缆(8)的一端分别与信号转换模块(11)和PCBA板(12)连接,另一端穿过下端防爆夹紧接头并与HART仪表(1)连接;所述射频连接线(10)的一端与PCBA板(12)连接,另一端穿过上端防爆夹紧接头并与天线(9)连接。
2.如权利要求1所述的一种HART仪表数据无线采集系统,其特征在于:所述信号转换模块(11)为HART转换器,所述HART转换器将HART协议转换为MODBUS协议。
3.如权利要求1所述的一种HART仪表数据无线采集系统,其特征在于:所述供电单元(13)为电池组供电或外接直流24V电源供电。
4.如权利要求3所述的一种HART仪表数据无线采集系统,其特征在于:所述屏蔽线缆(8)为四芯屏蔽线缆或六芯屏蔽线缆。
5.如权利要求4所述的一种HART仪表数据无线采集系统,其特征在于:所述HART仪表(1)为四线制HART仪表或二线制HART仪表。
6.如权利要求5所述的一种HART仪表数据无线采集系统,其特征在于:所述四线制HART仪表的接口LOOP+、LOOP-、DC24V+、GND通过所述六芯屏蔽线缆的四芯分别与所述HART转换器的引脚LOOP+、LOOP-、DC24V+、GND连接;所述HART转换器的引脚RS485+、RS485-、DC24V+、GND分别与所述PCBA板(12)的引脚RS485+、RS485-、+、GND连接;所述PCBA板(12)的引脚+、-分别接所述电池组的正负极或通过六芯屏蔽线缆的另外两芯外接所述24V直流电源;所述LORA通信模块通过射频连接线(10)与天线连接。
7.如权利要求5所述的一种HART仪表数据无线采集系统,其特征在于:所述二线制HART仪表的接口LOOP+、LOOP-通过所述四芯屏蔽线缆的两芯分别与所述HART转换器的引脚LOOP-、GND连接,所述HART转换器的引脚DC24V+、LOOP+通过跳线互相连接;所述HART转换器的引脚RS485+、RS485-、DC24V+、GND分别与所述PCBA板(12)的引脚RS485+、RS485-、+、GND连接;所述PCBA板(12)的引脚+、-分别接所述电池组的正负极或通过六芯屏蔽线缆的另外两芯外接所述24V直流电源;所述LORA通信模块通过射频连接线(10)与天线(9)连接。
8.如权利要求1所述的一种HART仪表数据无线采集系统,其特征在于:所述无线适配器(2)还包括接线管,所述接线管与所述下端防爆夹紧接头外端相连接并包裹连接所述无线适配器(2)和HART仪表(1)的屏蔽线缆。
9.如权利要求1所述的一种HART仪表数据无线采集系统,其特征在于:所述防爆壳体(6)的底部或侧面设置固定座(14)。
10.如权利要求1-9中任一项所述的一种HART仪表数据无线采集系统,其特征在于:该系统是通过如下步骤实现的:
步骤一:通过所述云端服务器(4)安装的软件下发指令,指令经过所述LORA基站(3)下发到所述无线适配器(2);
步骤二:所述无线适配器(2)采集指令中所需的HART仪表(1)的数据并上报至所述云端服务器(4),所述云端服务器(4)搭载的云端软件对上报数据进行解析,形成图表,并通过设置阈值,形成相应的事件、报警;
步骤三:通过所述PC端(5-1)和/或手机端(5-2)访问和读取所述云端服务器(4)图表、事件、报警。
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