一種無(wú)線智能物位變送器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種無(wú)線智能物位變送器，包括微處理器及存儲(chǔ)器、外圍電路、WIA-PA無(wú)線模塊、顯示單元和為物位變送器提供電量的電池，其特征在于：所述外圍電路包括傳感器、傳感器輸入信號(hào)處理單元單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和按鍵輸入單元，傳感器、傳感器輸入信號(hào)處理單元單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元與所述微處理器及存儲(chǔ)器連接；所述WIA-PA無(wú)線模塊包括微處理器及射頻芯片、外圍電路接口和無(wú)線收發(fā)天線，所述WIA-PA無(wú)線模塊通過(guò)異步串行方式和所述微處理器及存儲(chǔ)器連接；所述顯示單元和所述微處理器及存儲(chǔ)器連接。本實(shí)用新型在不更換上層設(shè)備傳輸方式的基礎(chǔ)上，可用于高腐蝕、難布線等惡劣場(chǎng)合，從而實(shí)現(xiàn)此區(qū)域的壓力測(cè)量和無(wú)線傳輸。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種無(wú)線智能物位變送器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)線智能物位變送器。
【背景技術(shù)】
[0002]智能物位變送器是工業(yè)控制系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元，它是整個(gè)控制系統(tǒng)得以正常工作的基石，物位變送器是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常用的一次儀表。儀表常采用液位計(jì)，根據(jù)浮力原理和磁性吸合作用，當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，變送器的浮球在導(dǎo)管上隨之升降，浮球內(nèi)磁鋼的磁力吸合導(dǎo)管中的干簧管，從而改變測(cè)量電路的有效輸入阻抗，通過(guò)微處理器對(duì)阻抗的檢測(cè)，控制儀表電流輸出隨輸入阻抗而改變，達(dá)到測(cè)量液位的目的。
[0003]目前，工業(yè)控制系統(tǒng)主要采用Modbus TCP/IP、Modbus RTU、OPC等通信協(xié)議，尤其在某些重要測(cè)量場(chǎng)合，必須使用有線傳輸保證其測(cè)量實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，但傳輸時(shí)的有線方式接線端容易產(chǎn)生電火花，存在安全隱患，而且根據(jù)美國(guó)儀器儀表與自動(dòng)化學(xué)會(huì)(ISA)定制的ISA 100標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定在自動(dòng)化和控制環(huán)境下的6類(lèi)應(yīng)用及在實(shí)際場(chǎng)合中的應(yīng)用效果來(lái)看，目前無(wú)線通信可用于監(jiān)測(cè)開(kāi)環(huán)控制、振動(dòng)、溫度、壓力和其他參與熱交換、環(huán)境的狀態(tài)、機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制中，而這類(lèi)應(yīng)用占據(jù)了所有應(yīng)用需求的70%以上，物位測(cè)量便是其中之一。若將無(wú)線傳輸與有線傳輸結(jié)合在一起，使這70%的應(yīng)用能夠既滿足現(xiàn)有控制系統(tǒng)的傳輸要求，又能實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，便可最大程度地節(jié)約成本，而且由于在組網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)過(guò)程中不需要人到現(xiàn)場(chǎng)，可以在盡量不停機(jī)的情況下對(duì)系統(tǒng)的部分區(qū)域進(jìn)行重構(gòu)，減少人到危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行設(shè)備維護(hù)、調(diào)試的可能性，在物位變送器中使用無(wú)線通信技術(shù)必然極大提高生產(chǎn)和維護(hù)的安全性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種支持WIA-PA協(xié)議與Modbus協(xié)議透明傳輸?shù)臒o(wú)線智能物位變送器，在不改變?cè)袇f(xié)議的基礎(chǔ)上，使原數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，提高工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全性，同時(shí)降低安裝成本、方便維護(hù)和擴(kuò)展。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種無(wú)線智能物位變送器，包括微處理器及存儲(chǔ)器、外圍電路、WIA-PA無(wú)線模塊、顯示單元和為物位變送器提供電量的電池，其特征在于:所述外圍電路包括傳感器、傳感器輸入信號(hào)處理單元單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和按鍵輸入單元，傳感器、傳感器輸入信號(hào)處理單元單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元與所述微處理器及存儲(chǔ)器連接；所述WIA-PA無(wú)線模塊包括微處理器及射頻芯片、外圍電路接口和無(wú)線收發(fā)天線，所述WIA-PA無(wú)線模塊通過(guò)異步串行方式和所述微處理器及存儲(chǔ)器連接；所述顯示單元和所述微處理器及存儲(chǔ)器連接。
[0006]本實(shí)用新型提供的無(wú)線智能物位變送器具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0007](I)無(wú)線物位變送器采用無(wú)線通信技術(shù)后不需要安裝電纜，也就不存在電纜損壞等問(wèn)題，維護(hù)方便，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以靈活更改，現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制器之間具有可移動(dòng)性，易于客戶根據(jù)需要快速、靈活得重構(gòu)系統(tǒng)，無(wú)線成本低廉，更容易擴(kuò)展和升級(jí)；
[0008](2)WIA-PA與Modbus透明傳輸?shù)膱?bào)文無(wú)線網(wǎng)關(guān)能夠完全識(shí)別，并且正確投遞至DCS系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)進(jìn)行物位采集和請(qǐng)求應(yīng)答；
[0009](3) WIA-PA與Modbus透明傳輸?shù)膱?bào)文將完整的Modbus協(xié)議報(bào)文封裝在WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議應(yīng)用層的報(bào)文部分，充分保留了 Modbus信息的同時(shí)，很好的解決了無(wú)線傳輸?shù)膯?wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]圖1是本實(shí)用新型的支持WIA-PA/Modbus協(xié)議透明傳輸?shù)闹悄芪镂蛔兯推髟砜驁D；
[0012]圖2是智能物位變送器實(shí)現(xiàn)WIA-PA/Modbus透明傳輸?shù)墓δ芙Y(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖3是利用智能物位變送器實(shí)現(xiàn)WIA-PA/Modbus透明傳輸?shù)囊环N工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，支持WIA-PA協(xié)議與Modbus協(xié)議透明傳輸?shù)闹悄芪镂蛔兯推?，是一個(gè)符合WIA-PA協(xié)議的無(wú)線收發(fā)設(shè)備，同時(shí)還包含符合Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)包。它包括微處理器及存儲(chǔ)器1、外圍電路2、WIA-PA無(wú)線模塊3、顯示單元5和為物位變送器提供電量的電池4，其特征在于:所述外圍電路2包括傳感器、傳感器輸入信號(hào)處理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和按鍵輸入單元等物位測(cè)算單元，傳感器、傳感器輸入信號(hào)處理單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元與所述微處理器及存儲(chǔ)器I依次連接，所述WIA-PA無(wú)線模塊包括微處理器及射頻芯片、外圍電路接口和無(wú)線收發(fā)天線，所述WIA-PA無(wú)線模塊3通過(guò)異步串行方式和所述微處理器及存儲(chǔ)器I連接；所述顯示單元5和所述微處理器及存儲(chǔ)器I連接。
[0015]所述微處理器及存儲(chǔ)器I內(nèi)置執(zhí)行參數(shù)或物位值模塊、Modbus協(xié)議模塊和WIA-PA/Modbus協(xié)議傳輸模塊；；所述WIA-PA無(wú)線模塊內(nèi)嵌WIA-PA協(xié)議棧，能完成符合WIA-PA協(xié)議的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。
[0016]上述電池4提供了物位變送器所需的全部電量。顯示單元5用于實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的壓力值。
[0017]圖2是本實(shí)用新型的智能物位變送器實(shí)現(xiàn)WIA-PA/Modbus協(xié)議透明傳輸?shù)墓δ芙Y(jié)構(gòu)框圖。接入WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的物位變送器，其傳輸?shù)膱?bào)文都包含Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)幀，SPWIA-PA網(wǎng)絡(luò)將完整的Modbus協(xié)議報(bào)文封裝在網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議應(yīng)用層的報(bào)文部分，而物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層采用WIA-PA協(xié)議網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。
[0018]其中，WIA-PA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)6是利用空氣作為無(wú)線媒介，WIA-PA協(xié)議棧7負(fù)責(zé)接收來(lái)自WIA-PA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)6的非周期報(bào)文，并將其遞交給WIA-PA/Modbus協(xié)議透明傳輸模塊8進(jìn)行下一步的處理，同時(shí)返回網(wǎng)絡(luò)一個(gè)接收成功的數(shù)據(jù)幀；同時(shí)負(fù)責(zé)將WIA-PA/Modbus協(xié)議透明傳輸模塊8遞交給它的報(bào)文作為WIA-PA的報(bào)文無(wú)線發(fā)送到WIA-PA網(wǎng)絡(luò)6中。另外，WIA-PA協(xié)議棧7還需要定時(shí)向WIA-PA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)6發(fā)送WIA-PA信標(biāo)幀告知自己的在網(wǎng)信息和時(shí)間校準(zhǔn)。[0019]其中，WIA-PA/Modbus協(xié)議透明傳輸模塊8，負(fù)責(zé)接收Modbus協(xié)議模塊9送來(lái)的Modbus數(shù)據(jù)包，然后利用透明傳輸機(jī)制，將完整的Modbus協(xié)議報(bào)文封裝在WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議應(yīng)用層的報(bào)文部分，而物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層采用WIA-PA協(xié)議報(bào)文格式，封裝后送至WIA-PA協(xié)議棧7 ；同時(shí)負(fù)責(zé)接收WIA-PA協(xié)議棧7送來(lái)的報(bào)文，將其中Modbus數(shù)據(jù)包解析出來(lái)投遞到Modbus協(xié)議模塊9進(jìn)行命令處理。
[0020]其中，Modbus協(xié)議模塊9，負(fù)責(zé)解析WIA-PA/Modbus協(xié)議透明傳輸模塊8傳來(lái)的Modbus數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀，首先判斷地址域是否是請(qǐng)求消息要達(dá)到的服務(wù)器地址，是則通過(guò)功能碼決定要進(jìn)行何種行動(dòng)，并查看數(shù)據(jù)域中需執(zhí)行功能碼行為時(shí)所需的參數(shù)，然后賦給執(zhí)行參數(shù)或物位值10使儀表按照功能要求工作；同時(shí)負(fù)責(zé)封裝Modbus數(shù)據(jù)應(yīng)答幀，幀格式采用RTU模式，將執(zhí)行參數(shù)或物位值10送來(lái)的數(shù)值放入數(shù)據(jù)域，將地址域和功能碼按請(qǐng)求幀的數(shù)值返回，加上循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，送至WIA-PA/Modbus協(xié)議透明傳輸模塊8進(jìn)行進(jìn)一步處理。
[0021]圖3是利用智能物位變送器實(shí)現(xiàn)WIA-PA/Modbus透明傳輸?shù)囊环N工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)示意圖。此工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)包括WIA-PA無(wú)線工業(yè)網(wǎng)絡(luò)和Modbus協(xié)議有線傳輸網(wǎng)絡(luò)，其中Modbus控制系統(tǒng)的工程師站或操作員站11，運(yùn)行Modbus應(yīng)用程序，該程序與原網(wǎng)絡(luò)中只有有線設(shè)備傳輸時(shí)相同。放置在工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的Modbus接口卡12收到工程師站或操作員站11送來(lái)的Modbus請(qǐng)求命令幀后，將請(qǐng)求幀按照WIA-PA協(xié)議格式下發(fā)至無(wú)線網(wǎng)關(guān)13，無(wú)線網(wǎng)關(guān)13負(fù)責(zé)透明傳輸給相應(yīng)的無(wú)線物位變送器14，反之亦然。
[0022]當(dāng)無(wú)線物位變送器14收到了含有Modbus請(qǐng)求幀的WIA-PA數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀后,先將報(bào)文送至輸入緩沖寄存器中，待報(bào)文接收完畢后，微處理器根據(jù)圖2的透明傳輸通信流程進(jìn)行數(shù)據(jù)包解析，然后啟動(dòng)物位采集及轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行相應(yīng)的執(zhí)行和處理。處理完成后，無(wú)線物位變送器則根據(jù)圖2的透明傳輸通信流程封裝含有Modbus應(yīng)答幀的WIA-PA數(shù)據(jù)應(yīng)答幀，將報(bào)文打包發(fā)至無(wú)線模塊，回傳給無(wú)線網(wǎng)關(guān)，一次物位采集結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)線智能物位變送器，包括微處理器及存儲(chǔ)器、外圍電路、WIA-PA無(wú)線模塊、顯示單元和為物位變送器提供電量的電池，其特征在于:所述外圍電路包括傳感器、傳感器輸入信號(hào)處理單元單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和按鍵輸入單元，傳感器、傳感器輸入信號(hào)處理單元單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元與所述微處理器及存儲(chǔ)器連接；所述WIA-PA無(wú)線模塊包括微處理器及射頻芯片、外圍電路接口和無(wú)線收發(fā)天線，所述WIA-PA無(wú)線模塊通過(guò)異步串行方式和所述微處理器及存儲(chǔ)器連接；所述顯示單元和所述微處理器及存儲(chǔ)器連接。
【文檔編號(hào)】G01F23/30GK203758570SQ201320885186
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】崔晨, 孫波, 凌箐, 張慶軍, 楊凱, 趙勇 申請(qǐng)人:上海自動(dòng)化儀表股份有限公司