一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置及方法
2023-10-09 18:06:09 1
一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置及方法，目的在於：避免多雷電地區室外液位測量儀表遭遇雷電時引起的控制系統損壞的問題，能夠安全有效的測量室外液位，提高系統可靠性，所採用的技術方案為：包括設置在室外需要測量液位的設備上的液位儀表，以及設置在室內的無線網關(2)，液位儀表具有無線傳輸功能，無線網關(2)通過通訊電纜(3)連接至自動控制系統(4)，自動控制系統(4)連接至顯示液位信息的上位機(5)。
【專利說明】一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於工業無線【技術領域】，具體涉及一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置及方法。
【背景技術】
[0002]工業無線技術是近年湧現出來的一種新的通信技術，主要是面向工業設備間信息交流溝通的技術。其出現大大提升和擴展了工業無線通信技術在現有工業自動化方向上的應用前景，使傳統工業測控模式可以向無線測控延伸。目前全世界範圍內對工業無線技術的研製、開發、推廣、應用都十分迅速。
[0003]無線技術在各行各業都已有廣泛的應用，對人們的生活起到了很大的作用。無線技術標準眾多，不同的領域應用各不相同。目前，工業無線技術的國際標準已形成了由美國儀表系統與自動化協會ISA推出的ISA 100.1la(ISA)標準、工業測量和控制技術委員會推出的Wireless HART (HART基金會)標準和我國自主研發的WIA-PA(Wireless Networks forIndustrial Automat1n-Process Automat1n，中國)標準三足鼎立的局面。工業無線技術己經基本完成工程驗證階段，所涉及無線通信的關鍵技術難題也已逐步被突破和解決，已形成了以霍尼韋爾、艾默生、西門子、橫河、蘇儀等公司為代表的自有技術體系和原型產品。這些產品已經在工業領域的各個行業展開應用，其中艾默生、西門子支持的是WirelessHART ;霍尼韋爾、橫河則支持的是ISA 100.1la ;蘇儀支持的是WIA-PA。由於無線技術特點，其應用已進入了工業測控領域，近幾年已初步應用於大型石油、電力、化工、冶金、罐區、水泥等工業領域中。
[0004]工業無線技術是一種面向設備間短程、低速率信息交互的無線通信技術，適合在惡劣的工業現場環境使用，具有很強的抗幹擾能力、超低能耗、實時通信等技術特徵，是對現有無線技術在工業應用方向上的功能擴展和技術創新。工業無線技術是從新興的無線傳感器網絡技術中發展而來的，工業無線技術是滿足工業應用可靠、實時、低能耗等需求的一類無線傳感器網絡技術。
[0005]基於工業無線技術的測控系統的優勢首先在於具有高靈活性、易使用。使用無線技術後，現場設備擺脫了電纜的束縛，從而增加了現場儀表與被控設備的可移動性、網絡結構的靈活性以及工程應用的多樣性，用戶可以根據工業應用需求的變化，快速、靈活、方便、低成本地重構測控系統。其次，可靠、抗幹擾能力強、易維護。在有線系統中，絕大部分系統故障是由電纜的連接器件損壞或電纜傳輸環節產生此生破壞而引發的，其維護複雜度強，維護費用高。使用無線技術將徹底杜絕此類錯誤的發生。另外，可縮短安裝周期，降低安裝成本。在傳統的有線系統中，需要在儀表和控制系統之間進行電纜連接和敷設。
[0006]2014年I月6日，東南亞某發電廠(中國企業投資建設運行)化學水處理車間區域上空發生雷暴，露天室外設備和儀表遭遇雷擊損壞；同時連接室外儀表和室內控制系統的電纜受到雷電產生強烈的電磁感應和電磁脈衝，並最終影響到室內DCS控制系統，造成若干DCS卡件損壞；同時造成接入以上卡件的室內儀表損壞。東南亞地區與我國東南沿海區域一樣，同屬全球年平均雷暴日的高值區域，年平均雷暴日大於100天，個別地區達180天以上，極易受到雷電衝擊。
[0007]因此，多雷電地區的室外液位測量仍採用傳統的有線方式，雷電使電纜產生強烈的電磁感應和電磁脈衝，並對控制系統造成損壞，降低系統的可靠性。
【發明內容】
[0008]為了解決現有技術中的問題，本發明提出一種避免多雷電地區室外液位測量儀表遭遇雷電時引起的控制系統損壞的問題，能夠安全有效的測量室外液位，提高系統可靠性的用於多雷電地區的室外液位測量裝置及方法。
[0009]為了實現以上目的，本發明所採用的技術方案為:
[0010]一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置，包括設置在室外需要測量液位的設備上的若干液位儀表，以及設置在室內的無線網關，液位儀表具有無線傳輸功能，無線網關通過通訊電纜連接至自動控制系統，自動控制系統連接至顯示液位信息的上位機。
[0011]所述的液位儀表為無線液位儀表，或者設有無線轉換設備的有線液位儀表。
[0012]所述的無線液位儀表通過電池供電，有線液位儀表通過電纜連接電源。
[0013]所述的自動控制系統為DCS或PLC控制系統。
[0014]所述的自動控制系統的數據採集間隔時間大於Is。
[0015]一種多雷電地區的室外液位測量方法，包括以下步驟:首先在室外需要測量液位的設備上安裝具有無線傳輸功能的若干液位儀表，在室內安裝無線網關；然後將無線網關採用標準的通信協議接入自動控制系統，並進行無線網絡的組態調試；最後利用液位儀表採集液位信息，液位儀表將液位信息通過無線方式傳輸給無線網關，無線網關將液位信息傳輸到自動控制系統中，並通過上位機顯示，完成對液位數據信息的監控。
[0016]所述的液位儀表、無線網關和自動控制系統是基於或兼容統一的Mesh網絡結構，並採用2.4GHz的免授權頻段。
[0017]所述的無線網絡的組態調試是通過無線網絡管理模塊實現的，無線網絡管理模塊單獨配置無線管理模塊平臺，或內嵌一體化集成於自動控制系統中。
[0018]與現有技術相比，本發明的裝置的安裝在室外的液位儀表具有無線傳輸的功能，液位儀表與室內的自動控制系統之間無需信號電纜連接，從而解決露天儀表設備在遭遇雷擊時，解決了在液位儀表與自動控制系統之間的信號連接電纜上產生靜電和電磁感應過電壓，使連接有信號電纜的自動控制系統造成損壞的問題，保護了自動控制系統卡件不受雷電幹擾損壞，能夠安全有效的測量室外液位，提高系統可靠性。本發明裝置具有無需室外電纜、無需電纜橋架或電纜溝、安裝工作量小、後期維護費用低、保障人員及環境安全等優點。
[0019]進一步，本發明的液位儀表採用無線液位儀表，或者採用設置有無線轉換設備的常規有線液位儀表，兩者配合共同組成無線液位儀表，無線轉換設備的功能是給現有有線儀表設備增加無線功能，實現儀表的無線傳輸。
[0020]更進一步，液位儀表依靠電池供電，能夠長時間工作，提高了整個裝置的穩定性。
[0021]更進一步，自動控制系統為DCS或PLC控制系統，進一步提高了整個裝置的性能，保證了液位測量的精準度。
[0022]本發明的方法中通過具有無線傳輸功能的液位儀表對在室外露天布置的各水池、水箱、液罐等需要測量的設備進行液位數據採集，液位儀表和無線網關之間的信號傳輸採用無線傳輸，無需電纜連接，解決了在液位儀表與自動控制系統之間的信號連接電纜上產生靜電和電磁感應過電壓，使連接有信號電纜的自動控制系統造成損壞的問題，保護了自動控制系統卡件不受雷電幹擾損壞。
[0023]進一步，無線網絡均採用了 Mesh網絡結構，各網絡節點之間以無線多跳方式通過相鄰的網絡節點相連，並具有自組織自愈能力的特點，無需網絡管理員來手工配置網絡，無線mesh網就能自動發現新節點，並能自動完成相應的配置過程；同時在遇到節點或者鏈路故障時，無線網絡也可自行調整，自動進行正常的網絡維護。
[0024]進一步，通過無線網絡管理模塊對無線網絡進行組態調試，無線網絡管理模塊單獨配置無線管理模塊平臺，或內嵌一體化集成於自動控制系統中，提高了無線網絡組態調試的穩定性，提高了液位測量的穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明採用無線液位儀表的結構示意圖；
[0026]圖2為本發明採用有線液位儀表的結構示意圖；
[0027]其中，1-無線液位儀表、2-無線網關、3-通訊電纜、4-自動控制系統、5-上位機、6-有線液位儀表、7-無線轉換設備。
【具體實施方式】
[0028]下面結合實施例對本發明作進一步說明。
[0029]參見圖1和圖2，本發明的裝置，包括設置在室外需要測量液位的設備上的若干液位儀表，以及設置在室內的無線網關2，液位儀表具有無線傳輸功能，液位儀表為無線液位儀表I，或者有線液位儀表6，有線液位儀表6上設有無線轉換設備7，無線液位儀表I通過電池供電，有線液位儀表6通過電纜連接電源，無線網關2通過通訊電纜3連接至自動控制系統4，自動控制系統4連接至顯示液位信息的上位機5。自動控制系統4採用DCS或PLC控制系統，自動控制系統4的數據採集間隔時間大於為Is。
[0030]本發明的方法，包括以下步驟:首先在室外需要測量液位的設備上安裝具有無線傳輸功能的液位儀表，在室內安裝無線網關2 ;然後將無線網關2採用標準的通信協議接入自動控制系統4，並進行無線網絡的組態調試；最後利用液位儀表採集液位信息，液位儀表將液位信息通過無線方式傳輸給無線網關2，無線網關2將液位信息傳輸到自動控制系統4中，並通過上位機5顯示，完成對液位數據信息的監控。
[0031]液位儀表、無線網關2和自動控制系統4是基於或兼容統一的Mesh網絡結構，並採用2.4GHz的免授權頻段。無線網絡的組態調試是通過無線網絡管理模塊實現的，無線網絡管理模塊單獨配置無線管理模塊平臺，或內嵌一體化集成於自動控制系統4中。
[0032]在室外露天布置的各水池、水箱、液罐等需要測量的設備上安裝無線液位儀表1，在室內適當位置安裝無線網關2，並將無線網關2採用標準的通信協議接入自動控制系統DCS或PLC的控制器或伺服器上，如果無線網關生產廠家與DCS或PLC控制系統為不同品牌，可都通過將數據轉換成標準通信協議來實現數據接口，通過無線網絡管理模塊進行無線網絡的組態調試，無線網絡管理模塊可單獨配置無線管理模塊平臺，也可內嵌一體化集成安裝於控制系統4中。無線液位儀表I將採集到的儀表數據信號通過無線方式傳輸給無線網關2，再由無線網關2將信號傳輸到自動控制系統4中，並通過上位機5顯示，實現對液位數據進行監控。
[0033]因基於國際無線技術標準的工業無線網絡均採用了 Mesh網絡結構，各網絡節點之間以無線多跳方式通過相鄰的網絡節點相連，並具有自組織自愈能力的特點，無需網絡管理員來手工配置網絡，無線mesh網就能自動發現新節點，並能自動完成相應的配置過程；同時在遇到節點或者鏈路故障時，無線網絡也可自行調整，自動進行正常的網絡維護。
[0034]無線液位儀表I和室內的自動控制系統4之間無需信號電纜連接，從而解決露天儀表設備在遭遇雷擊時，在儀表與自動控制系統之間的信號連接電纜上產生靜電和電磁感應過電壓，使連接有信號電纜的自動控制系統造成損壞的問題，保護控制系統不受雷電幹擾損壞。具有無需室外電纜、無需電纜橋架或電纜溝、安裝工作量小、降低後期維護費用、保障人員及環境安全等特點。
【權利要求】
1.一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置，其特徵在於:包括設置在室外需要測量液位的設備上的若干液位儀表，以及設置在室內的無線網關(2)，液位儀表具有無線傳輸功能，無線網關⑵通過通訊電纜⑶連接至自動控制系統(4)，自動控制系統(4)連接至顯示液位信息的上位機(5)。
2.根據權利要求1所述的一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置，其特徵在於:所述的液位儀表為無線液位儀表(I)，或者設有無線轉換設備(7)的有線液位儀表(6)。
3.根據權利要求2所述的一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置，其特徵在於:所述的無線液位儀表(I)通過電池供電，有線液位儀表(6)通過電纜連接電源。
4.根據權利要求1所述的一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置，其特徵在於:所述的自動控制系統(4)為DCS或PLC控制系統。
5.根據權利要求4所述的一種用於多雷電地區的室外液位測量裝置，其特徵在於:所述的自動控制系統(4)的數據採集間隔時間大於Is。
6.一種多雷電地區的室外液位測量方法，其特徵在於:包括以下步驟:首先在室外需要測量液位的設備上安裝具有無線傳輸功能的若干液位儀表，在室內安裝無線網關(2);然後將無線網關(2)採用標準的通信協議接入自動控制系統(4)，並進行無線網絡的組態調試；最後利用液位儀表採集液位信息，液位儀表將液位信息通過無線方式傳輸給無線網關(2)，無線網關⑵將液位信息傳輸到自動控制系統⑷中，並通過上位機(5)顯示，完成對液位數據信息的監控。
7.根據權利要求6所述的一種多雷電地區的室外液位測量方法，其特徵在於:所述的液位儀表、無線網關(2)和自動控制系統(4)是基於或兼容統一的Mesh網絡結構，並採用2.4GHz的免授權頻段。
8.根據權利要求6所述的一種多雷電地區的室外液位測量方法，其特徵在於:所述的無線網絡的組態調試是通過無線網絡管理模塊實現的，無線網絡管理模塊單獨配置無線管理模塊平臺，或內嵌一體化集成於自動控制系統(4)中。
【文檔編號】G08C17/02GK104464248SQ201410787857
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】申景軍, 魯齊 申請人:中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司