一種用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置及方法，目的在于：避免多雷電地區(qū)室外液位測量儀表遭遇雷電時引起的控制系統(tǒng)損壞的問題，能夠安全有效的測量室外液位，提高系統(tǒng)可靠性，所采用的技術(shù)方案為：包括設(shè)置在室外需要測量液位的設(shè)備上的液位儀表，以及設(shè)置在室內(nèi)的無線網(wǎng)關(guān)(2)，液位儀表具有無線傳輸功能，無線網(wǎng)關(guān)(2)通過通訊電纜(3)連接至自動控制系統(tǒng)(4)，自動控制系統(tǒng)(4)連接至顯示液位信息的上位機(jī)(5)。
【專利說明】一種用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)無線【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)無線技術(shù)是近年涌現(xiàn)出來的一種新的通信技術(shù)，主要是面向工業(yè)設(shè)備間信息交流溝通的技術(shù)。其出現(xiàn)大大提升和擴(kuò)展了工業(yè)無線通信技術(shù)在現(xiàn)有工業(yè)自動化方向上的應(yīng)用前景，使傳統(tǒng)工業(yè)測控模式可以向無線測控延伸。目前全世界范圍內(nèi)對工業(yè)無線技術(shù)的研制、開發(fā)、推廣、應(yīng)用都十分迅速。
[0003]無線技術(shù)在各行各業(yè)都已有廣泛的應(yīng)用，對人們的生活起到了很大的作用。無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)眾多，不同的領(lǐng)域應(yīng)用各不相同。目前，工業(yè)無線技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)已形成了由美國儀表系統(tǒng)與自動化協(xié)會ISA推出的ISA 100.1la(ISA)標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)測量和控制技術(shù)委員會推出的Wireless HART (HART基金會)標(biāo)準(zhǔn)和我國自主研發(fā)的WIA-PA(Wireless Networks forIndustrial Automat1n-Process Automat1n，中國)標(biāo)準(zhǔn)三足鼎立的局面。工業(yè)無線技術(shù)己經(jīng)基本完成工程驗(yàn)證階段，所涉及無線通信的關(guān)鍵技術(shù)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(shù)體系和原型產(chǎn)品。這些產(chǎn)品已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域的各個行業(yè)展開應(yīng)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。由于無線技術(shù)特點(diǎn)，其應(yīng)用已進(jìn)入了工業(yè)測控領(lǐng)域，近幾年已初步應(yīng)用于大型石油、電力、化工、冶金、罐區(qū)、水泥等工業(yè)領(lǐng)域中。
[0004]工業(yè)無線技術(shù)是一種面向設(shè)備間短程、低速率信息交互的無線通信技術(shù)，適合在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境使用，具有很強(qiáng)的抗干擾能力、超低能耗、實(shí)時通信等技術(shù)特征，是對現(xiàn)有無線技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用方向上的功能擴(kuò)展和技術(shù)創(chuàng)新。工業(yè)無線技術(shù)是從新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中發(fā)展而來的，工業(yè)無線技術(shù)是滿足工業(yè)應(yīng)用可靠、實(shí)時、低能耗等需求的一類無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
[0005]基于工業(yè)無線技術(shù)的測控系統(tǒng)的優(yōu)勢首先在于具有高靈活性、易使用。使用無線技術(shù)后，現(xiàn)場設(shè)備擺脫了電纜的束縛，從而增加了現(xiàn)場儀表與被控設(shè)備的可移動性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活性以及工程應(yīng)用的多樣性，用戶可以根據(jù)工業(yè)應(yīng)用需求的變化，快速、靈活、方便、低成本地重構(gòu)測控系統(tǒng)。其次，可靠、抗干擾能力強(qiáng)、易維護(hù)。在有線系統(tǒng)中，絕大部分系統(tǒng)故障是由電纜的連接器件損壞或電纜傳輸環(huán)節(jié)產(chǎn)生此生破壞而引發(fā)的，其維護(hù)復(fù)雜度強(qiáng)，維護(hù)費(fèi)用高。使用無線技術(shù)將徹底杜絕此類錯誤的發(fā)生。另外，可縮短安裝周期，降低安裝成本。在傳統(tǒng)的有線系統(tǒng)中，需要在儀表和控制系統(tǒng)之間進(jìn)行電纜連接和敷設(shè)。
[0006]2014年I月6日，東南亞某發(fā)電廠(中國企業(yè)投資建設(shè)運(yùn)行)化學(xué)水處理車間區(qū)域上空發(fā)生雷暴，露天室外設(shè)備和儀表遭遇雷擊損壞；同時連接室外儀表和室內(nèi)控制系統(tǒng)的電纜受到雷電產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁感應(yīng)和電磁脈沖，并最終影響到室內(nèi)DCS控制系統(tǒng)，造成若干DCS卡件損壞；同時造成接入以上卡件的室內(nèi)儀表損壞。東南亞地區(qū)與我國東南沿海區(qū)域一樣，同屬全球年平均雷暴日的高值區(qū)域，年平均雷暴日大于100天，個別地區(qū)達(dá)180天以上，極易受到雷電沖擊。
[0007]因此，多雷電地區(qū)的室外液位測量仍采用傳統(tǒng)的有線方式，雷電使電纜產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁感應(yīng)和電磁脈沖，并對控制系統(tǒng)造成損壞，降低系統(tǒng)的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種避免多雷電地區(qū)室外液位測量儀表遭遇雷電時引起的控制系統(tǒng)損壞的問題，能夠安全有效的測量室外液位，提高系統(tǒng)可靠性的用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置及方法。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0010]一種用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置，包括設(shè)置在室外需要測量液位的設(shè)備上的若干液位儀表，以及設(shè)置在室內(nèi)的無線網(wǎng)關(guān)，液位儀表具有無線傳輸功能，無線網(wǎng)關(guān)通過通訊電纜連接至自動控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)連接至顯示液位信息的上位機(jī)。
[0011]所述的液位儀表為無線液位儀表，或者設(shè)有無線轉(zhuǎn)換設(shè)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(tǒng)為DCS或PLC控制系統(tǒng)。
[0014]所述的自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集間隔時間大于Is。
[0015]一種多雷電地區(qū)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(shè)備上安裝具有無線傳輸功能的若干液位儀表，在室內(nèi)安裝無線網(wǎng)關(guān)；然后將無線網(wǎng)關(guān)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接入自動控制系統(tǒng)，并進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)調(diào)試；最后利用液位儀表采集液位信息，液位儀表將液位信息通過無線方式傳輸給無線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)將液位信息傳輸?shù)阶詣涌刂葡到y(tǒng)中，并通過上位機(jī)顯示，完成對液位數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控。
[0016]所述的液位儀表、無線網(wǎng)關(guān)和自動控制系統(tǒng)是基于或兼容統(tǒng)一的Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并采用2.4GHz的免授權(quán)頻段。
[0017]所述的無線網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)調(diào)試是通過無線網(wǎng)絡(luò)管理模塊實(shí)現(xiàn)的，無線網(wǎng)絡(luò)管理模塊單獨(dú)配置無線管理模塊平臺，或內(nèi)嵌一體化集成于自動控制系統(tǒng)中。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的裝置的安裝在室外的液位儀表具有無線傳輸?shù)墓δ?，液位儀表與室內(nèi)的自動控制系統(tǒng)之間無需信號電纜連接，從而解決露天儀表設(shè)備在遭遇雷擊時，解決了在液位儀表與自動控制系統(tǒng)之間的信號連接電纜上產(chǎn)生靜電和電磁感應(yīng)過電壓，使連接有信號電纜的自動控制系統(tǒng)造成損壞的問題，保護(hù)了自動控制系統(tǒng)卡件不受雷電干擾損壞，能夠安全有效的測量室外液位，提高系統(tǒng)可靠性。本發(fā)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、后期維護(hù)費(fèi)用低、保障人員及環(huán)境安全等優(yōu)點(diǎn)。
[0019]進(jìn)一步，本發(fā)明的液位儀表采用無線液位儀表，或者采用設(shè)置有無線轉(zhuǎn)換設(shè)備的常規(guī)有線液位儀表，兩者配合共同組成無線液位儀表，無線轉(zhuǎn)換設(shè)備的功能是給現(xiàn)有有線儀表設(shè)備增加無線功能，實(shí)現(xiàn)儀表的無線傳輸。
[0020]更進(jìn)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(wěn)定性。
[0021]更進(jìn)一步，自動控制系統(tǒng)為DCS或PLC控制系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了整個裝置的性能，保證了液位測量的精準(zhǔn)度。
[0022]本發(fā)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(shè)備進(jìn)行液位數(shù)據(jù)采集，液位儀表和無線網(wǎng)關(guān)之間的信號傳輸采用無線傳輸，無需電纜連接，解決了在液位儀表與自動控制系統(tǒng)之間的信號連接電纜上產(chǎn)生靜電和電磁感應(yīng)過電壓，使連接有信號電纜的自動控制系統(tǒng)造成損壞的問題，保護(hù)了自動控制系統(tǒng)卡件不受雷電干擾損壞。
[0023]進(jìn)一步，無線網(wǎng)絡(luò)均采用了 Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間以無線多跳方式通過相鄰的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連，并具有自組織自愈能力的特點(diǎn)，無需網(wǎng)絡(luò)管理員來手工配置網(wǎng)絡(luò)，無線mesh網(wǎng)就能自動發(fā)現(xiàn)新節(jié)點(diǎn)，并能自動完成相應(yīng)的配置過程；同時在遇到節(jié)點(diǎn)或者鏈路故障時，無線網(wǎng)絡(luò)也可自行調(diào)整，自動進(jìn)行正常的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。
[0024]進(jìn)一步，通過無線網(wǎng)絡(luò)管理模塊對無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)調(diào)試，無線網(wǎng)絡(luò)管理模塊單獨(dú)配置無線管理模塊平臺，或內(nèi)嵌一體化集成于自動控制系統(tǒng)中，提高了無線網(wǎng)絡(luò)組態(tài)調(diào)試的穩(wěn)定性，提高了液位測量的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明采用無線液位儀表的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明采用有線液位儀表的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]其中，1-無線液位儀表、2-無線網(wǎng)關(guān)、3-通訊電纜、4-自動控制系統(tǒng)、5-上位機(jī)、6-有線液位儀表、7-無線轉(zhuǎn)換設(shè)備。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029]參見圖1和圖2，本發(fā)明的裝置，包括設(shè)置在室外需要測量液位的設(shè)備上的若干液位儀表，以及設(shè)置在室內(nèi)的無線網(wǎng)關(guān)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(shè)有無線轉(zhuǎn)換設(shè)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(wǎng)關(guān)2通過通訊電纜3連接至自動控制系統(tǒng)4，自動控制系統(tǒng)4連接至顯示液位信息的上位機(jī)5。自動控制系統(tǒng)4采用DCS或PLC控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)4的數(shù)據(jù)采集間隔時間大于為Is。
[0030]本發(fā)明的方法，包括以下步驟:首先在室外需要測量液位的設(shè)備上安裝具有無線傳輸功能的液位儀表，在室內(nèi)安裝無線網(wǎng)關(guān)2 ;然后將無線網(wǎng)關(guān)2采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接入自動控制系統(tǒng)4，并進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)調(diào)試；最后利用液位儀表采集液位信息，液位儀表將液位信息通過無線方式傳輸給無線網(wǎng)關(guān)2，無線網(wǎng)關(guān)2將液位信息傳輸?shù)阶詣涌刂葡到y(tǒng)4中，并通過上位機(jī)5顯示，完成對液位數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控。
[0031]液位儀表、無線網(wǎng)關(guān)2和自動控制系統(tǒng)4是基于或兼容統(tǒng)一的Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并采用2.4GHz的免授權(quán)頻段。無線網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)調(diào)試是通過無線網(wǎng)絡(luò)管理模塊實(shí)現(xiàn)的，無線網(wǎng)絡(luò)管理模塊單獨(dú)配置無線管理模塊平臺，或內(nèi)嵌一體化集成于自動控制系統(tǒng)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(shè)備上安裝無線液位儀表1，在室內(nèi)適當(dāng)位置安裝無線網(wǎng)關(guān)2，并將無線網(wǎng)關(guān)2采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接入自動控制系統(tǒng)DCS或PLC的控制器或服務(wù)器上，如果無線網(wǎng)關(guān)生產(chǎn)廠家與DCS或PLC控制系統(tǒng)為不同品牌，可都通過將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接口，通過無線網(wǎng)絡(luò)管理模塊進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)調(diào)試，無線網(wǎng)絡(luò)管理模塊可單獨(dú)配置無線管理模塊平臺，也可內(nèi)嵌一體化集成安裝于控制系統(tǒng)4中。無線液位儀表I將采集到的儀表數(shù)據(jù)信號通過無線方式傳輸給無線網(wǎng)關(guān)2，再由無線網(wǎng)關(guān)2將信號傳輸?shù)阶詣涌刂葡到y(tǒng)4中，并通過上位機(jī)5顯示，實(shí)現(xiàn)對液位數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。
[0033]因基于國際無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)均采用了 Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間以無線多跳方式通過相鄰的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相連，并具有自組織自愈能力的特點(diǎn)，無需網(wǎng)絡(luò)管理員來手工配置網(wǎng)絡(luò)，無線mesh網(wǎng)就能自動發(fā)現(xiàn)新節(jié)點(diǎn)，并能自動完成相應(yīng)的配置過程；同時在遇到節(jié)點(diǎn)或者鏈路故障時，無線網(wǎng)絡(luò)也可自行調(diào)整，自動進(jìn)行正常的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。
[0034]無線液位儀表I和室內(nèi)的自動控制系統(tǒng)4之間無需信號電纜連接，從而解決露天儀表設(shè)備在遭遇雷擊時，在儀表與自動控制系統(tǒng)之間的信號連接電纜上產(chǎn)生靜電和電磁感應(yīng)過電壓，使連接有信號電纜的自動控制系統(tǒng)造成損壞的問題，保護(hù)控制系統(tǒng)不受雷電干擾損壞。具有無需室外電纜、無需電纜橋架或電纜溝、安裝工作量小、降低后期維護(hù)費(fèi)用、保障人員及環(huán)境安全等特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置，其特征在于:包括設(shè)置在室外需要測量液位的設(shè)備上的若干液位儀表，以及設(shè)置在室內(nèi)的無線網(wǎng)關(guān)(2)，液位儀表具有無線傳輸功能，無線網(wǎng)關(guān)⑵通過通訊電纜⑶連接至自動控制系統(tǒng)(4)，自動控制系統(tǒng)(4)連接至顯示液位信息的上位機(jī)(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置，其特征在于:所述的液位儀表為無線液位儀表(I)，或者設(shè)有無線轉(zhuǎn)換設(shè)備(7)的有線液位儀表(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置，其特征在于:所述的自動控制系統(tǒng)(4)為DCS或PLC控制系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于多雷電地區(qū)的室外液位測量裝置，其特征在于:所述的自動控制系統(tǒng)(4)的數(shù)據(jù)采集間隔時間大于Is。
6.一種多雷電地區(qū)的室外液位測量方法，其特征在于:包括以下步驟:首先在室外需要測量液位的設(shè)備上安裝具有無線傳輸功能的若干液位儀表，在室內(nèi)安裝無線網(wǎng)關(guān)(2);然后將無線網(wǎng)關(guān)(2)采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議接入自動控制系統(tǒng)(4)，并進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)調(diào)試；最后利用液位儀表采集液位信息，液位儀表將液位信息通過無線方式傳輸給無線網(wǎng)關(guān)(2)，無線網(wǎng)關(guān)⑵將液位信息傳輸?shù)阶詣涌刂葡到y(tǒng)⑷中，并通過上位機(jī)(5)顯示，完成對液位數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多雷電地區(qū)的室外液位測量方法，其特征在于:所述的液位儀表、無線網(wǎng)關(guān)(2)和自動控制系統(tǒng)(4)是基于或兼容統(tǒng)一的Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并采用2.4GHz的免授權(quán)頻段。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多雷電地區(qū)的室外液位測量方法，其特征在于:所述的無線網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)調(diào)試是通過無線網(wǎng)絡(luò)管理模塊實(shí)現(xiàn)的，無線網(wǎng)絡(luò)管理模塊單獨(dú)配置無線管理模塊平臺，或內(nèi)嵌一體化集成于自動控制系統(tǒng)(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(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】申景軍, 魯齊 申請人:中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司