一种基于数据融合技术的智能型水位监测仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于数据融合技术的智能型水位监测仪，所述监测仪包括：触摸屏单元用于手动校准和设定输入输出单元的高程、水位上下限、比例和校准参数以及进行报警提示；可编程控制器单元用于对输入输出单元传输的水位监测数据进行对比和分析；输入输出单元用于监测水位数据。本发明专利技术利用多个传感单元同时感受被测量，其输出则是经过数据融合算法得到的计算值，根据误差理论，水位的测量精度将明显提高；该装置引入温度补偿机制，可减少温度变化带来的测量误差；该装置可智能识别故障的水位传感器，能对此水位传感器进行自动标定与校准，从而提高水位监测设备的平均故障间隔时间并减少运行维护工作量。

An intelligent water level monitor based on Data Fusion Technology

The invention discloses an intelligent water level monitor based on data fusion technology. The monitor includes: the touch screen unit is used to manually calibrate and set the elevation of the input and output unit, the upper and lower level of the water level, the proportions and calibration parameters, and the alarm prompt, and the programmable controller unit is used to transmit the input and output units. The water level monitoring data are compared and analyzed, and the input and output units are used to monitor the water level data. The invention uses multiple sensing units to be measured at the same time, and its output is calculated by the data fusion algorithm. According to the error theory, the measurement accuracy of the water level will be improved obviously. The device introduces the temperature compensation mechanism to reduce the measurement error caused by the temperature change; the device can identify the water level of the fault intelligently. The sensor can automatically calibrate and calibrate the water level sensor so as to improve the average fault interval time of the water level monitoring equipment and reduce the workload of the operation and maintenance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据融合技术的智能型水位监测仪
本专利技术属于水位监测
，尤其涉及一种基于数据融合技术的智能型水位监测仪。
技术介绍
当前水位测量仪器主要有浮子水位计、压阻式水位计、雷达水位计、超声波水位计、电子水尺等，由于水位测量仪器的现场工作环境较为恶劣，这些仪器中的光电器件的故障率很高进而使整个水位测量仪器无法工作，导致整个自动化控制系统失灵，甚至引发灾难事故。当前水位传感器普遍存在着时漂、温漂、精确度、抗干扰能力、稳定性等一系列问题，尤其在恶劣气候条件下的电闪、雷击，易造成水位传感器的故障频发，进而使整个水位测量仪器无法工作，导致整个输水调度自动化控制系统失灵，甚至引发重大安全事故。当前使用的各种不同原理的水位传感器，长时间使用易受到大气、温度、光照、水质等外界条件变化的影响。这些原因导致水位传感器测量误差值较大且需要经常对设备进行校准与纠偏，增加了维护人员工作量和设备维护成本。同时使用多套水位监测设备作为冗余备份的水位监测设置方式，因为各传感器测量的数据相互独立，无法相互支持、相互关联，不能提高水位监测的精度；当主水位测量装置故障，备用水位测量装置投入使用时有可能带来水位监测数据的跳跃性变化，致使输水调度自动化控制系统产生误动作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于数据融合技术的智能型水位监测仪，旨在解决当前水位测量仪器中光电器件的故障率很高进而使整个水位测量仪器无法工作，导致整个自动化控制系统失灵；水位测量仪器中的水位传感器在恶劣气候条件下的电闪、雷击，易造成水位传感器的故障频发，进而使整个水位测量仪器无法工作，导致整个输水调度自动化控制系统失灵，甚至引发重大安全事故；导致水位传感器测量误差值较大且需要经常对设备进行校准与纠偏，增加了维护人员工作量和设备维护成本；各传感器测量的数据相互独立，无法相互支持、相互关联，不能提高水位监测的精度的问题。本专利技术是这样实现的，一种基于数据融合技术的智能型水位监测仪，所述基于数据融合技术的智能型水位监测仪包括：触摸屏单元，安装在设备箱体上，与可编程控制器单元连接，用于手动校准和设定输入输出单元的高程、水位上下限、比例和校准参数以及进行报警提示；可编程控制器单元，安装在设备箱体上，与输入输出单元连接，用于对输入输出单元传输的水位监测数据进行对比和分析，并对输入输出单元传输控制指令；输入输出单元，安装在设备箱体上，与可编程控制器单元连接，用于监测水位数据，并将监测的数据传输给可编程控制器单元。进一步，所述触摸屏单元包括：主画面，用于显示传感器的状态及传感器参数信息；参数设定界面，用于设定水位高程、水位上限、比例、校准值；高程为闸站的当前高程，水位上限为闸站正常运行情况下的最高报警水位，比例为输入输出单元的各传感器在程序中对应的数字量和水位的关系，校准值为经过运算后得到的水位值与实际值的误差值；报警提示界面，用于输入输出单元的各传感器传输的数据都无效的时候，进行故障报警提示。进一步，可编程控制器单元包括可编程控制器，所述可编程控制器包括：CPU模块，负责数据计算并与触摸屏信号连接；DI模块，负责采集浮子水位传感器信号；AI模块，负责采集雷达水位传感器信号、超声波水位传感器信号、压阻式水位传感器信号、电子水尺信号和温度传感器信号；DO模块，负责输出重故障报警信号、轻故障报警信号；AO模块，负责输出水位测量值的4～20mA信号；RS485通信模块，RS485通信模块负责与其它设备通信；电源模块，用于对CPU模块、DI模块、AI模块、DO模块、AO模块、RS485通信模块进行供电。进一步，所述可编程控制器单元还包括：信号分配器，与可编程控制器连接，用于将输入的采集的实时水位数据分为两路信号，一路用于输入至可编程控制器，另一路作为备用状态，在可编程控制器出现故障时，能够将采集的实时水位数据随时传递至能够读取该信号的设备中；所述信号分配器包括：第一信号分配器、第二信号分配器、第三信号分配器、第四信号分配器、第五信号分配器并均通过信号线与可编程控制器连接；所述仪表信号输入输出接口包括：浮子水位传感器输入接口端子、浮子水位传感器旁路输出接口端子、雷达水位传感器输入接口端子、雷达水位传感器旁路输出接口端子、超声波水位传感器输入接口端子、超声波水位传感器旁路输出接口端子、压阻式水位传感器输入接口端子、压阻式水位传感器旁路输出接口端子、电子水尺输入接口端子、电子水尺旁路输出接口端子、重故障报警信号输出接口端子、轻故障报警信号输出接口端子、水位测量值输出通信接口插头、重故障报警信号输出接口端子、轻故障报警信号输出接口端子、水位测量值输出通信接口插头；所述重故障报警信号输出接口端子、轻故障报警信号输出接口端子、水位测量值输出通信接口插头、重故障报警信号输出接口端子、轻故障报警信号输出接口端子、水位测量值输出通信接口插头均通过信号线与可编程控制器连接；第一信号分配器通过信号线分别连接浮子水位传感器输入接口端子、浮子水位传感器旁路输出接口端子；第二信号分配器通过信号线分别连接雷达水位传感器输入接口端子、雷达水位传感器旁路输出接口端子；第三信号分配器通过信号线分别连接超声波水位传感器输入接口端子、超声波水位传感器旁路输出接口端子；第四信号分配器通过信号线分别连接压阻式水位传感器输入接口端子、压阻式水位传感器旁路输出接口端子；第五信号分配器通过信号线分别连接电子水尺输入接口端子、电子水尺旁路输出接口端子。进一步，所述输入输出单元包括：浮子水位计，与第一信号分配器连接，第一信号分配器再与可编程控制器单元连接，用于采集实时水位数据；压阻式水位计，与第二信号分配器连接，第二信号分配器再与可编程控制器单元连接，用于采集实时水位数据；雷达水位计，与第三信号分配器连接，第三信号分配器再与可编程控制器单元连接，用于采集实时水位数据；超声波水位计，与第四信号分配器连接，第四信号分配器再与可编程控制器单元连接，用于采集实时水位数据；电子水尺，与第五信号分配器连接，第五信号分配器再与可编程控制器单元连接，用于采集实时水位数据。进一步，所述输入输出单元还包括：温度传感器，与可编程控制器单元连接，用于采集实时的温度数据；仪表信号输入输出接口，安装于设备箱体表面，与远程控制单元连接，用于传输信号。本专利技术另一目的在于提供一种可编程控制器单元控制方法，所述可编程控制器单元控制方法包括以下步骤：3)首先将设备安装完成并接通电源；4)从触摸屏主界面进行设备的初始化设置，清除设备之前预存的数据；然后输入水位计的高程、水位上限、比例、校正系数等相关参数，完成数据的设定；3)判断采集到的水位值有效后，对输入输出单元的浮子水位计、压阻式水位计、雷达水位计、超声波水位计和电子水尺采集到的数据进行权系数融合计算，权系数低的数据将会被校准；4)根据最终融合估计值公式进行计算，得到最终融合计算值；5)得到最终融合计算值后，将会对温度补偿数据组进行判断，如果需要更新，则更新；如果不需要更新，则根据该数组对最终融合计算值进行温度补偿模糊运算；从而得到最终的有效水位；6)进入下一个采集周期。进一步，对输入输出单元的浮子水位计、压阻式水位计、雷达水位计、超声波水位计和电子水尺采集到的数据进行权系数融合计算方法包括：用浮子水位计、压阻式水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数据融合技术的智能型水位监测仪，其特征在于，所述基于数据融合技术的智能型水位监测仪包括：触摸屏单元，安装在设备箱体上，与可编程控制器单元连接，用于手动校准和设定输入输出单元的高程、水位上下限、比例和校准参数以及进行报警提示；可编程控制器单元，安装在设备箱体上，与输入输出单元连接，用于对输入输出单元传输的水位监测数据进行对比和分析，并对输入输出单元传输控制指令；输入输出单元，安装在设备箱体上，与可编程控制器单元连接，用于监测水位数据，并将监测的数据传输给可编程控制器单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于数据融合技术的智能型水位监测仪，其特征在于，所述基于数据融合技术的智能型水位监测仪包括：触摸屏单元，安装在设备箱体上，与可编程控制器单元连接，用于手动校准和设定输入输出单元的高程、水位上下限、比例和校准参数以及进行报警提示；可编程控制器单元，安装在设备箱体上，与输入输出单元连接，用于对输入输出单元传输的水位监测数据进行对比和分析，并对输入输出单元传输控制指令；输入输出单元，安装在设备箱体上，与可编程控制器单元连接，用于监测水位数据，并将监测的数据传输给可编程控制器单元。2.如权利要求1所述的基于数据融合技术的智能型水位监测仪，其特征在于，所述触摸屏单元包括：主画面，用于显示传感器的状态及传感器参数信息；参数设定界面，用于设定水位高程、水位上限、比例、校准值；高程为闸站的当前高程，水位上限为闸站正常运行情况下的最高报警水位，比例为输入输出单元的各传感器在程序中对应的数字量和水位的关系，校准值为经过运算后得到的水位值与实际值的误差值；报警提示界面，用于输入输出单元的各传感器传输的数据都无效的时候，进行故障报警提示。3.如权利要求1所述的基于数据融合技术的智能型水位监测仪，其特征在于，可编程控制器单元包括可编程控制器，所述可编程控制器包括：CPU模块，负责数据计算并与触摸屏信号连接；DI模块，负责采集浮子水位传感器信号；AI模块，负责采集雷达水位传感器信号、超声波水位传感器信号、压阻式水位传感器信号、电子水尺信号和温度传感器信号；DO模块，负责输出重故障报警信号、轻故障报警信号；AO模块，负责输出水位测量值的4～20mA信号；RS485通信模块，RS485通信模块负责与其它设备通信；电源模块，用于对CPU模块、DI模块、AI模块、DO模块、AO模块、RS485通信模块进行供电。4.如权利要求1所述的基于数据融合技术的智能型水位监测仪，其特征在于，所述可编程控制器单元还包括：信号分配器，与可编程控制器连接，用于将输入的采集的实时水位数据分为两路信号，一路用于输入至可编程控制器，另一路作为备用状态，在可编程控制器出现故障时，能够将采集的实时水位数据随时传递至能够读取该信号的设备中；所述信号分配器包括：第一信号分配器、第二信号分配器、第三信号分配器、第四信号分配器、第五信号分配器并均通过信号线与可编程控制器连接；所述仪表信号输入输出接口包括：浮子水位传感器输入接口端子、浮子水位传感器旁路输出接口端子、雷达水位传感器输入接口端子、雷达水位传感器旁路输出接口端子、超声波水位传感器输入接口端子、超声波水位传感器旁路输出接口端子、压阻式水位传感器输入接口端子、压阻式水位传感器旁路输出接口端子、电子水尺输入接口端子、电子水尺旁路输出接口端子、重故障报警信号输出接口端子、轻故障报警信号输出接口端子、水位测量值输出通信接口插头、重故障报警信号输出接口端子、轻故障报警信号输出接口端子、水位测量值输出通信接口插头；所述重故障报警信号输出接口端子、轻故障报警信号输出接口端子、水位测量值输出通信接口插头、重故障报警信号输出接口端子、轻故障报警信号输出接口端子、水位测量值输出通信接口插头均通过信号线与可编程控制器连接；第一信号分配器通过信号线分别连接浮子水位传感器输入接口端子、浮子水位传感器旁路输出接口端子；第二信号分配器通过信号线分别连接雷达水位传感器输入接口端子、雷达水位传感器旁路输出接口端子；第三信号分配器通过信号线分别连接超声波水位传感器输入接口端子、超声波水位传感器旁路输出接口端子；第四信号分配器通过信号线分别连接压阻式水位传感器输入接口端子、...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永兵，李贵清，孙水英，田间，刘双练，朱永峰，王玉梅，袁东，刘艋，李延开，张海波，赵大光，
申请(专利权)人：山东省水利勘测设计院，
类型：发明
国别省市：山东,37