CN216116177U - 一种基于opc ua的智能电磁流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于OPCUA的智能电磁流量计，包括控制模块、电磁流量传感器、电磁流量转换器和用于获取控制模块数据并向外部提供标准接口的通信模块；电磁流量传感器包括测量管、励磁线圈和检测电极，检测电极与控制模块连接；电磁流量转换器包括励磁电路、A/D转换单元和前置放大电路，控制模块与通信模块连接；本实用新型通过采用将控制模块、电磁流量传感器、电磁流量转换器和通信模块集成的方式解决了现有工业控制系统中智能电磁流量计与上层系统之间数据交换缺乏统一标准的问题。

Description

一种基于OPC UA的智能电磁流量计

技术领域

本实用新型涉及电磁流量计技术领域，具体涉及一种基于OPC UA的智能电磁流量计。

背景技术

智能电磁流量计是20世纪50～60年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表，其工作原理是利用法拉第的电磁感应定律，根据导电流体通过外加磁场时感生的电动势来测量导电流体流量。电磁流量计是工业现场常用的一次仪表，是工业控制系统中的一个基本单元，也是整个控制系统得以正常工作的基石。

随着工业4.0技术的发展及普及，工业控制系统中对仪器仪表的智能化、网络化要求日益提高。但工业控制系统中的产品大量采用不同技术或者来自不同的生产厂家，因此，底层的I/O、数据采集板卡、各种层次的PLC、工业控制计算机和大型的DCS控制系统都可能存在差异。此外，工业控制系统中的多总线并存的局面将长期存在，计算机软件与工业硬件设备通讯协议之间的接口越来越多样化，从而导致工业控制系统中智能电磁流量计与上层系统之间数据交换缺乏统一标准。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于OPC UA的智能电磁流量计，用于解决现有技术工业控制系统中智能电磁流量计与上层系统之间数据交换缺乏统一标准的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种基于OPC UA的智能电磁流量计，包括：控制模块、电磁流量传感器、电磁流量转换器和用于获取控制模块数据并向外部提供标准接口的通信模块；

电磁流量传感器包括测量管、励磁线圈和检测电极，所述测量管内设绝缘衬里，所述励磁线圈和检测电极安装在所述测量管中，检测电极与控制模块连接；

电磁流量转换器包括励磁电路、A/D转换单元和前置放大电路，励磁电路与励磁线圈连接，励磁电路与控制模块连接，检测电极与前置放大电路连接，前置放大电路与A/D转换单元连接，A/D转换单元与控制模块连接，控制模块与通信模块连接。

优选地，所述测量管为矩形截面测量管。

优选地，所述通信模块包括通信单元和标准接口，通信单元与标准接口连接，通信单元与控制模块连接。

优选地，所述通信单元是采用以太网、WIFI、工业现场总线并基于TCP/IP数据传输的物理网络。

优选地，所述电磁流量计还包括SDRAM和DataFlash存储器，SDRAM与通信单元连接，DataFlash存储器与通信单元连接。

优选地，所述电磁流量计还包括用于给智能电磁流量计供电的电源模块，电源模块与控制模块连接。

优选地，所述电磁流量计还包括用于实现人机交互的控制面板，所述控制面板与控制模块连接。

优选地，所述流量计主板还包括温度传感器，所述温度传感器与控制模块连接。

本实用新型提供了一种基于OPC UA的智能电磁流量计，通过采用将控制模块、电磁流量传感器、电磁流量转换器和通信模块集成的方式解决了现有工业控制系统中智能电磁流量计与上层系统之间数据交换缺乏统一标准的问题。基于OPC UA的智能电磁流量计的实现，解决了跨平台访问、跨公共网络通信、统一信息模型及多种平台部署的问题，可以较好满足从上层到底层之间互联互通的需求；对推动我国仪器仪表的智能化发展及人工智能、工业物联网等技术在工业中的应用具有重要意义和加速作用。

附图说明

图1为本实用新型的基于OPC UA的智能电磁流量计的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1，本实用新型提供一种基于OPC UA的智能电磁流量计，基于OPC UA的智能电磁流量计包括：控制模块、电磁流量传感器、电磁流量转换器和用于获取控制模块数据并向外部提供标准接口的通信模块；电磁流量传感器包括测量管、励磁线圈和检测电极，所述测量管内设绝缘衬里，所述励磁线圈和检测电极安装在所述测量管中，检测电极与控制模块；电磁流量转换器包括励磁电路、A/D转换单元和前置放大电路，励磁电路与励磁线圈连接，励磁电路与控制模块连接，检测电极与前置放大电路，前置放大电路与A/D转换单元，A/D转换单元与控制模块连接，控制模块与通信模块连接。

电磁流量传感器采集流体的流量相关数据，并将所采集的流体流量相关数据发送给控制模块，控制模块接收电磁流量传感器所发送的流量相关数据。电磁流量转换器可以与电磁流量传感器一体式连接，电磁流量转换器还可以与电磁流量传感器分体式连接；电磁流量转换器为电磁流量传感器提供励磁电流，将电磁流量传感器所采集的流量相关数据经放大转换成统一的电信号数据，即流量电信号数据，并将转化后的数据传输给控制模块，控制模块接收电磁流量转换器所传输的流量电信号数据。控制模块发送数据至通信模块，通信模块接收控制模块所发送的数据，并对接收到的数据进行解码、清洗、分类等处理以实现数据符合OPC UA协议标准，然后通信模块将符合OPC UA协议标准的数据传输至OPC UA客户端，从而实现了智能电磁流量计与OPC UA客户端采用OPC UA技术进行数据传输，解决了现有工业控制系统中智能电磁流量计与上层系统之间数据交换缺乏统一标准的问题。

在一实施例中，电磁流量计的控制模块可以为MSP430处理器，MSP430是16位的RISC低功耗微处理器，具有主动模式和六个软件可选的低功耗操作模式，该处理器可以通过UART串行接口将电磁流量计的数据信息发送至通信模块。

在一实施例中，通信模块内嵌丰富的OPC UA服务协议栈，提供完善的符合OPC UA协议的数据交互以及传输服务。通信模块包括通信单元和标准接口，通信单元与标准接口连接，通信单元与控制模块连接。在一些具体的实施例中，标准接口可以是以太网接口，通信模块通过以太网接口与客户端进行数据通信，实现测量数据、设备状态、诊断信息的语义交互、OPC UA标准化集成以及智能互联。通信单元可以是采用以太网、WIFI、工业现场总线并基于TCP/IP数据传输的物理网络。具体地，通信模块还包括SDRAM和DataFlash存储器，SDRAM与通信单元连接以实现数据的存储，DataFlash存储器与通信单元连接以实现数据的存储。

在一实施例中，电磁流量传感器包括测量管、励磁线圈和检测电极，所述测量管内设绝缘衬里，所述励磁线圈和检测电极安装在所述测量管中，在电磁流量传感器外面还设置有外壳。具体地，被测流体从测量管通过，测量管可选用不导磁的不锈钢、玻璃钢、高强度塑料、铝等材质；测量管可选用矩形截面测量管，采用矩形截面测量管两电极之间的距离比相同流通面积下圆形截面两电极之间的距离要大；在磁场强度相同的情况下矩形截面测量管能获得更大的感应电动势，可以测得比圆形截面测量管更小的流速，从而达到降低电磁流量传感器功耗的效果。电极检测被测流体运动后所产生的感应电势信号，电极可选用非导磁的不锈钢材质制成，且与衬里齐平，以便流体通过时不受阻碍。电极可安装在管道的垂直方向，以防止沉淀物堆积在其上面而影响测量精度。在测量导管的内侧及法兰密封面上，有一层完整的电绝缘衬里，设置绝缘衬里可以增加测量导管的耐腐蚀性，防止感应电势被金属测量导管管壁短路。传感器外壳可选用铁磁材料制成，可以实现隔离外磁场的干扰。

在一实施例中，电磁流量转换器包括励磁电路、A/D转换单元和前置放大电路。励磁电路与励磁线圈连接，励磁电路与控制模块连接，检测电极与前置放大电路，前置放大电路与A/D转换单元连接，A/D转换单元与控制模块连接。电磁流量转换器为电磁流量传感器提供励磁电流，并通过电磁流量传感器内的励磁线圈建立测量所述的磁场；电磁流量传感器将流体的实际流量转换为电极间的电势差，电磁流量转换器将电极间的电势差转换为流量电信号数据。

在一实施例中，电磁流量计还包括用于给智能电磁流量计供电的电源模块，电源模块与控制模块连接。具体地，控制模块根据电源模块传输的电磁流量计电量信息发送充电指令至电源模块，电源模块可通过充电接头与外部供电插座连接来实现对电磁流量传感器的充电。

在一实施例中，电磁流量计还包括用于实现人机交互的控制面板，所述控制面板与控制模块连接，控制模块通过接收控制面板传送的输入指令进行流量测量指令发送，电磁流量传感器接收流量测量指令进行流量测量，电磁流量传感器将流体的实际流量转换为电极间的电势差，电磁流量转换器将电极间的电势差转换为电信号数据，控制面板将电磁流量转换器所转换的流量信息进行实时显示。具体地，控制面板可以是触摸屏或按键面板等，控制面板有操作按钮供用户进行输入操作，既能显示又能进行功能设置，使控制面板和显示器合二为一。

在一实施例中，电磁流量计还包括温度传感器，所述温度传感器与控制模块连接。温度传感器采集环境或者流体的温度信息，并将所采集的数据发送至控制模块，控制模块将温度数据传输至通信模块，通信模块接收控制模块所传输的温度数据，并对接收到的数据进行解码、清洗、分类等处理以实现数据符合OPC UA协议标准，然后通信模块将符合OPCUA协议标准的数据传输至OPC UA客户端，从而实现了智能电磁流量计与上层系统之间温度数据交换。在电磁流量计上设置温度传感器，智能流量计实现了温度数据的采集和传输功能。

本实用新型通过采用将控制模块、电磁流量传感器、电磁流量转换器和通信模块集成的方式解决了现有工业控制系统中智能电磁流量计与上层系统之间数据交换缺乏统一标准的问题。通过采用统一的标准接口，无需面对多种总线的软硬件协议处理，使用统一的OPC UA传输协议，可将数以千计的流量计集中进行实时采集监测、数据接入、系统维护，可获得持续稳定的数据传输服务；通过因特网和防火墙的标准化通信，OPC UA使用一种优化的基于TCP/IP协议完成数据交换，使其具备通用以太网架构下的OPC UA信息融合及处理能力，实现仪表和多种类型第三方客户端基于OPC UA信息模型进行无障碍信息交换。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种基于OPC UA的智能电磁流量计，其特征在于，包括：控制模块、电磁流量传感器、电磁流量转换器和用于获取控制模块数据并向外部提供标准接口的通信模块；

电磁流量传感器包括测量管、励磁线圈和检测电极，所述测量管内设绝缘衬里，所述励磁线圈和检测电极安装在所述测量管中，检测电极与控制模块连接；

电磁流量转换器包括励磁电路、A/D转换单元和前置放大电路，励磁电路与励磁线圈连接，励磁电路与控制模块连接，检测电极与前置放大电路连接，前置放大电路与A/D转换单元连接，A/D转换单元与控制模块连接，控制模块与通信模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于OPC UA的智能电磁流量计，其特征在于，所述测量管为矩形截面测量管。

3.根据权利要求1所述的基于OPC UA的智能电磁流量计，其特征在于，所述通信模块包括通信单元和标准接口，通信单元与标准接口连接，通信单元与控制模块连接。

4.根据权利要求3所述的基于OPC UA的智能电磁流量计，其特征在于，所述通信单元是采用以太网、WIFI、工业现场总线并基于TCP/IP数据传输的物理网络。

5.根据权利要求3所述的基于OPC UA的智能电磁流量计，其特征在于，所述电磁流量计还包括SDRAM和DataFlash存储器，SDRAM与通信单元连接，DataFlash存储器与通信单元连接。

6.根据权利要求1所述的基于OPC UA的智能电磁流量计，其特征在于，所述电磁流量计还包括用于给智能电磁流量计供电的电源模块，电源模块与控制模块连接。

7.根据权利要求1所述的基于OPC UA的智能电磁流量计，其特征在于，所述电磁流量计还包括用于实现人机交互的控制面板，所述控制面板与控制模块连接。

8.根据权利要求1所述的基于OPC UA的智能电磁流量计，其特征在于，所述流量计主板还包括温度传感器，所述温度传感器与控制模块连接。

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