CN112147965A - 汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统及其方法 - Google Patents

汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统及其方法,通过多功能物联网传感器单元采集传感器测量数据信息,通过智能无线网络传输至上位机控制器单元;无线远程控制终端单元接收上位机控制器单元的控制命令,并控制第三方设备单元;无线路由器单元用于增强智能无线网络的鲁棒性;第三方设备单元用于接入第三方设备;无线主机单元用于组建管理智能无线网络;上位机控制器单元与多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元进行实时通信。本发明通过便携式结构设计,在采用汽化过氧化氢技术进行的生物净化工艺流程中,将相关设备接入智能无线网络,实现系统的过程监测与控制。

Description

汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及工业物联网领域,具体地,涉及一种汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统及其方法。
背景技术
物联网(TheInternetofthings)也称传感网,物联网(The Internet of things)的定义是:通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
汽化过氧化氢生物净化工艺流程中涉及到多个不同的技术参数的采集,传统的电化学传感器只能监测汽化过氧化氢相对饱和度参数RS值,而无法测量相对湿度RH数值;且本系统易于实现汽化过氧化氢生物净化工程现场不利点数据监测。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统及其方法。
根据本发明提供的一种汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,包括多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元、无线路由器单元、第三方设备单元、无线主机单元以及上位机控制器单元,其中:
多功能物联网传感器单元用于采集传感器测量数据信息,通过智能无线网络传输至上位机控制器单元;
无线远程控制终端单元接收上位机控制器单元的控制命令,并控制第三方设备单元;
无线路由器单元用于增强智能无线网络的鲁棒性;
第三方设备单元用于接入第三方设备;
无线主机单元用于组建管理智能无线网络;
上位机控制器单元与多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元、无线路由器单元进行实时通信。
优选地,所述第三方设备包括汽化过氧化氢消毒机、除湿机或过氧化氢分解设备。
优选地,多功能物联网传感器单元嵌入PT100温度传感器、
Figure BDA0002712124390000021
H2O2传感器。
优选地,多功能物联网传感器单元通过嵌入的PT100温度传感器、
Figure BDA0002712124390000022
H2O2传感器采集的数据测量信息包括如下任一项或者任多项:过氧化氢浓度、相对饱和度、温度、相对湿度、绝对过氧化氢、露点、水浓度、水蒸汽压力、绝对湿度、水蒸气饱和压力、过氧化氢蒸汽压力。
优选地,无线主机单元通过串口与上位机控制器单元通信。
优选地,上位机控制器单元能够监测多个多功能物联网传感器单元的实时数据。
优选地,上位机控制器单元能够同时监测多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元和无线路由器单元的智能锂电池组的电压与剩余电量参数。
优选地,所述无线远程控制终端单元能够在终端内实现与第三方设备单元的协议转换。
优选地,所述多功能物联网传感器单元包括外部壳体、传感器、电池组、PCB主板,
其中:
外部壳体包括前盖和后盖,前盖和后盖可拆卸连接,前盖和后盖内部形成容纳空间;
传感器、电池组、PCB主板均嵌入在外部壳体中;
电池组给传感器和PCB主板供电。
根据本发明提供的一种基于上述的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统的汽化过氧化氢在线监测与过程控制方法,包括如下步骤:
网络组建管理步骤:组建、管理智能无线网络;
数据采集步骤:采集传感器测量数据信息,通过智能无线网络传输至上位机控制器单元;
通信步骤:上位机控制器单元与多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元、无线路由器单元进行实时通信;
控制步骤:上位机控制器单元向无线远程控制终端单元发出控制指令,通过无线远程控制终端单元控制第三方设备单元。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明通过便携式结构设计,在采用汽化过氧化氢技术进行的生物净化工艺流程中,将相关设备接入智能无线网络,实现系统的过程监测与控制;
2、本发明通过采用多功能物联网传感器单元在汽化过氧化氢过程控制中,可同时实现温度、相对湿度RH、相对饱和度RS和H2O2浓度ppm的数据监测;
3、本发明通过便携式结构设计,多功能物联网传感器摆脱了电源、数据线的束缚;易于放置在不同的位置,解决了汽化过氧化氢生物净化工程现场不利点数据监测的难题;
4、本发明应用物联网系统架构设计,系统可接入不同的第三方设备,打破了设备/数据孤岛,系统实现数据的统一监测与控制;
5、本发明通过智能组网无线传输技术,在复杂或危险的工业环境中也能够组建稳定、可靠、具有区域性覆盖的无线智能网络,解决了汽化过氧化氢生物净化工艺流程中,彩钢板对无线信号的衰减大、有线传输布线困难的难题;实现了生物净化工程现场中,人员撤离后的密闭汽化过氧化氢环境中各项参数值的远程实时监测与控制。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明提供的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统图;
图2为相对湿度RH和相对饱和度的相对关系示意图;
图3和图4为本发明提供的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统的多功能物联网传感器单元结构示意图。
图中示出:
1-不锈钢前盖
2-传感器
3-锂电池充电接口
4-锂电池低电压报警指示灯
5-前盖支架
6-多用途安装支架
7-铭牌
8-安装螺钉
9-不锈钢后盖
10-电源开关
11-RSSI指示灯
12-天线端口
13-天线
14-RS485通讯接口
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图4所示,根据本发明提供的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统及其方法,包括多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元、无线路由器单元、第三方设备单元、无线主机单元以及上位机控制器单元,上位机控制器单元包括上位机软件,其中:
多功能物联网传感器单元,嵌入PT100温度传感器、
Figure BDA0002712124390000041
H2O2传感器。可以同时监测汽化过氧化氢生物净化工艺流程中多种不同的技术参数,如下:过氧化氢浓度ppm、相对饱和度RS(H2O+H2O2)、温度℃、相对湿度RH、绝对过氧化氢mg/m3、露点℃(H2O+H2O2)、水浓度ppm、水蒸汽压力hPa、绝对湿度g/m3、水蒸气饱和压力hPa(H2O)、过氧化氢蒸汽压力hPa、水蒸气饱和压力hPa(H2O+H2O2)。采集数据通过智能无线网络传输至上位机软件。在汽化过氧化氢环境中,H2O2分子和H2O分子一样,存在汽态和液态两个状态,都会影响相对湿度值(RH)变化;传统电化学传感器只能监测汽化过氧化氢相对饱和度参数RS值(相对饱和度RS是混合水汽(H2O+H2O2)分压值(PwH2O+H2O2)与饱和水汽压[Pws(t)]比值×100%),而无法测量相对湿度RH数值。但相对湿度RH和相对饱和度RS是有紧密的物理联系的,图2可示意两者之间的关系。
通过监测汽化过氧化氢生物净化工艺流程中各种不同的实时物理参数,提供可靠和可重复的参数值;保证了过程监测的相对一致性。能够帮助用户实现GMP生物净化的成功验证。因为过氧化氢易溶于水,传统电化学传感器会因损耗导致多次重复测量时,每次测量参数值误差比较大的结果。
无线远程控制终端单元,接收上位机软件的控制命令,在终端内实现与第三方设备(如汽化过氧化氢消毒机、除湿机或过氧化氢分解设备等)的协议转换,执行命令--控制第三方设备。
无线路由器单元,采用智能组网无线传输技术设计,即使在复杂或危险的工业环境中也能够组建稳定、可靠、具有区域性覆盖的智能无线网络。保证了数据传输的可靠性。
第三方设备单元,依据汽化过氧化氢生物净化工艺流程需求,可以接入过氧化氢消毒机、除湿机、过氧化氢分解设备等。完成生物净化需求。
无线主机单元是整个系统的主机,管理整个智能无线网络;通过串口与上位机软件通信。
上位机软件是整个系统主控制单元,可以实现控制中心与汽化过氧化氢生物净化现场的多功能物联网传感器、无线远程控制终端进行实时通信。在无线信号微弱、不能正常通信的情况下,可以添加无线路由器,实现数据的可靠传输。
上位机软件能够监测多达32台多功能物联网传感器的实时输入,可以将操作命令直接发送到无线远程控制终端,实现对第三方设备的控制。软件可同时监测多功能物联网传感器、无线远程控制终端和无线路由器的智能锂电池组的电压与剩余电量参数。
更为细致的,多功能物联网传感器包括外部壳体,外部壳体主要由前盖和后盖组成。前盖组件中安装有传感器。锂电池充电接口及锂电池低电压报警指示灯,用于电池充电和电量监控。前盖支架用于前盖平衡及对传感器的物理保护。后盖组件中主要安装电源开关,用于控制PCB主板及传感器供电,RSSI指示灯,用于无线接收信号强度指示;天线端口,用于连接天线,通过无线通讯把传感器采集到的数据发送到上位机。RS485通讯接口,可有线连接到第三方设备,协议转换后执行上位机控制命令。多用途安装支架的运用可满足各种工程现场的安装及摆放。
更为细致的,智能锂电池组为PCB主板供电,内置BMS电路。集成了短路保护、过充保护、过放保护、过流保护、温度保护等功能,2线制RS485通信接口,MODBUS RTU通信协议。可依据技术需求选择性向上位机传输锂电池组的总电压、电芯单体电压、电流、温度、剩余电量、剩余电量百分比等参数。同时外置锂电池组低电压报警LED指示灯,在锂电池组放电电压低于某一设置的电压值时,LED点亮。用户操作人员既可通过上位机软件了解锂电池组的工作状况,也可从LED灯的状态直观地了解锂电池组是否需要充电。
PCB主板通过RS485接口电路与智能锂电池组和传感器通信,采集智能锂电池组和传感器的相关数据;同时可以通过外置RS485通信接口与第三方设备通信/控制该设备。
PCB主板嵌入智能无线数据传输模组,实现相关采集数据的无线传输;
PCB主板具有RSSI功能,通过RSSI指示灯11的不同状态显示无线信号的强弱:
①LED常亮,接收信号强
②LED慢闪烁,接收信号变弱
③LED快闪烁,接收信号强度微弱,信号介于临界点
④LED熄灭(或不亮),无线接收信号没有(或低于正常通信的信号强度阈值)。
对实际操作人员的专业素质要求低,便于工程施工。
依据技术需求,产品可选择嵌入温度、湿度、露点和压力、H2O2、CO2等不同类别的传感器,实现相关物理参数的测量。
本发明还提供了一种汽化过氧化氢在线监测与过程控制方法,包括:
网络组建管理步骤:组建、管理智能无线网络;
数据采集步骤:采集传感器测量数据信息,通过智能无线网络传输至上位机控制器单元;
通信步骤:上位机控制器单元与多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元、无线路由器单元进行实时通信;
控制步骤:上位机控制器单元向无线远程控制终端单元发出控制指令,通过无线远程控制终端单元控制第三方设备单元。
本发明提供的应用物联网系统架构设计的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,既可实现传感器的数据采集与传输;也同时可实现对第三方设备的控制。综合运用了不同的传感技术、数字通信技术、智能组网无线传输技术与电源管理技术,目前系统仅限于数据采集与设备控制等功能;未来可面向汽化过氧化氢生物净化工艺流程的智能化发展方向,系统能够智能分析、自动运行生物净化灭菌周期。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,其特征在于,包括多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元、无线路由器单元、第三方设备单元、无线主机单元以及上位机控制器单元,其中:
多功能物联网传感器单元用于采集传感器测量数据信息,通过智能无线网络传输至上位机控制器单元;
无线远程控制终端单元接收上位机控制器单元的控制命令,并控制第三方设备单元;
无线路由器单元用于增强智能无线网络的鲁棒性;
第三方设备单元用于接入第三方设备;
无线主机单元用于组建管理智能无线网络;
上位机控制器单元与多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元进行实时通信。
2.根据权利要求1所述的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,其特征在于,所述第三方设备包括汽化过氧化氢消毒机、除湿机或过氧化氢分解设备。
3.根据权利要求1所述的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,其特征在于,多功能物联网传感器单元嵌入PT100温度传感器、
Figure FDA0002712124380000011
H2O2传感器。
4.根据权利要求3所述的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,其特征在于,多功能物联网传感器单元通过嵌入的PT100温度传感器、
Figure FDA0002712124380000012
H2O2传感器采集的数据测量信息包括如下任一项或者任多项:过氧化氢浓度、相对饱和度、温度、相对湿度、绝对过氧化氢、露点、水浓度、水蒸汽压力、绝对湿度、水蒸气饱和压力、过氧化氢蒸汽压力。
5.根据权利要求1所述的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,其特征在于,无线主机单元通过串口与上位机控制器单元通信。
6.根据权利要求1所述的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,其特征在于,上位机控制器单元能够监测多个多功能物联网传感器单元的实时输入。
7.根据权利要求1所述的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,其特征在于,上位机控制器单元能够同时监测多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元和无线路由器单元的智能锂电池组的电压与剩余电量参数。
8.根据权利要求1所述的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,其特征在于,所述无线远程控制终端单元能够在终端内实现与第三方设备单元的协议转换。
9.根据权利要求1所述的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统,其特征在于,所述多功能物联网传感器单元包括外部壳体、传感器、电池组、PCB主板,其中:
外部壳体包括前盖和后盖,前盖和后盖可拆卸连接,前盖和后盖内部形成容纳空间;
传感器、电池组、PCB主板均嵌入在外部壳体中;
电池组给传感器和PCB主板供电。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的汽化过氧化氢在线监测与过程控制系统的汽化过氧化氢在线监测与过程控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
网络组建管理步骤:组建、管理智能无线网络;
数据采集步骤:采集传感器测量数据信息,通过智能无线网络传输至上位机控制器单元;
通信步骤:上位机控制器单元与多功能物联网传感器单元、无线远程控制终端单元、无线路由器单元进行实时通信;
控制步骤:上位机控制器单元向无线远程控制终端单元发出控制指令,通过无线远程控制终端单元控制第三方设备单元。
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