目前,許多領(lǐng)域都需要對(duì)水位、油罐液位、鍋爐液位等進(jìn)行監(jiān)控。然而,傳統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)中工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和控制室之間都是通過(guò)有線模式進(jìn)行信號(hào)傳輸,缺陷非常明顯,其安裝、調(diào)試成本高,鋪設(shè)線纜麻煩,其他干擾因素繁雜。
為了解決傳統(tǒng)液位控制系統(tǒng)中有線模式帶來(lái)的麻煩,采用基于ZigBee短距離無(wú)線通信方式的液位過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái),可以克服目前有線模式的不足,降低安裝、調(diào)試、維護(hù)的成本,因此,它必將成為未來(lái)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)市場(chǎng)中的主流。
ZigBee核心技術(shù)可以歸結(jié)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),該技術(shù)具有低成本、低功耗、方便擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn),它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活多變,傳感監(jiān)測(cè)范圍廣,無(wú)需接線即可隨時(shí)增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)。因此,無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在軍事、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、家居生活及娛樂(lè)方而有著廣闊的應(yīng)用前景。
本系統(tǒng)是在基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的無(wú)線液位過(guò)程控制裝置,符合傳感器智能化、無(wú)線化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)通過(guò)ZigBee無(wú)線技術(shù)將CS—E型液位過(guò)程控制裝置的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中。一方面,操控人員和用戶可以通過(guò)PC機(jī)應(yīng)用程序或者網(wǎng)頁(yè)形式訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù),從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液位傳感器信息。另一方面,操作人員還可以通過(guò)PC機(jī)發(fā)送控制指令,控制指令通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)到達(dá)液位控制節(jié)點(diǎn),然后通過(guò)執(zhí)行器達(dá)到液位控制之目的。其液位過(guò)程控制裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
圖1 液位過(guò)程控制裝置結(jié)構(gòu)圖
圖2 系統(tǒng)框圖
2 系統(tǒng)硬件集成設(shè)計(jì)
無(wú)線液位過(guò)程控制系統(tǒng)主要由液位傳感器、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸(終端節(jié)點(diǎn))、中心控制、上位機(jī)液位顯示等部分組成,其系統(tǒng)框圖如圖2所示。
液位傳感器采集的液位數(shù)據(jù)可通過(guò)串口傳送給終端節(jié)點(diǎn),終端節(jié)點(diǎn)再通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式發(fā)送給中心控制,中心控制結(jié)合上位機(jī)應(yīng)用程序來(lái)實(shí)時(shí)顯示液位數(shù)據(jù)。
根據(jù)功能劃分,本系統(tǒng)主要由終端節(jié)點(diǎn)和中心控制組成。終端節(jié)點(diǎn)主要完成液位數(shù)據(jù)的采集、控制執(zhí)行和無(wú)線傳輸功能。中心控制主要完成數(shù)據(jù)處理、液位顯示、控制命令生成及發(fā)布等功能。
終端節(jié)點(diǎn)主要由ZigBee節(jié)點(diǎn)、閥門、電源、天線、液位傳感器等部分組成。本系統(tǒng)選用CS—E型壓力液位變送器,由液位傳感器采集的液位數(shù)據(jù)經(jīng)終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)從中心節(jié)點(diǎn)接收控制信號(hào)并經(jīng)上位機(jī)判斷處理后,可發(fā)送相應(yīng)的控制指令對(duì)閥門進(jìn)行相關(guān)控制。
中心控制主要由ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器、電源、天線、上位機(jī)液位顯示等部分組成。ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)將所有ZigBee節(jié)點(diǎn)組網(wǎng),路由器用于擴(kuò)展無(wú)線傳輸距離。終端節(jié)點(diǎn)將采集到的液位數(shù)據(jù),經(jīng)路由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器再通過(guò)串口方式傳送到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù),最后利用上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷處理后顯示液位數(shù)據(jù),同時(shí)生成相應(yīng)控制指令并將其發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)。
ZigBee節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器芯片均選用CC2530。CC2530是一個(gè)兼容IEEE 802.15.4的真正的片上系統(tǒng),可支持專有的802.15A以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE標(biāo)準(zhǔn)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)
根據(jù)液位監(jiān)控的要求,可分別設(shè)計(jì)基于C/S、B/S模式的監(jiān)控程序,實(shí)時(shí)顯示液位值、閥門開(kāi)度等參數(shù)。系統(tǒng)總程序流程圖如圖3所示,監(jiān)控程序效果圖如圖4和圖5所示。
圖3 程序流程圖
圖4 C/S模式上位機(jī)監(jiān)控軟件
圖5 B/S模式網(wǎng)頁(yè)監(jiān)控中心
4 結(jié)語(yǔ)
本設(shè)計(jì)的最大意義和亮點(diǎn)在于將ZigBee無(wú)線傳感技術(shù)引入到傳統(tǒng)的有線模式液位過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái),從而克服了目前有線模式的一些弊端,同時(shí)降低了安裝、調(diào)試、維護(hù)的成本。這是國(guó)內(nèi)首次將ZigBee無(wú)線傳感技術(shù)運(yùn)用到液位過(guò)程的控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái),本設(shè)計(jì)可以說(shuō)是過(guò)程控制領(lǐng)域一個(gè)重要的模式變革,必將對(duì)過(guò)程控制領(lǐng)域產(chǎn)生一定的影響。