一种基于WIA-PA协议的无线气体探测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于WIA‑PA协议的无线气体探测系统及方法，包括气体探测模块、无线连接气体探测模块的控制器模块以及智能监测平台，气体探测模块安装到现场，实时探测可控范围内气体浓度，把探测值通过WIA‑PA通信协议网络传送到控制器模块，控制器模块中安装有数据微处理器，接收到探测信号后上行至智能监测平台，移动端不受地域及环境限制同步接收信息，同时便于现场巡检，气体探测模块的量程为0％‑100％LEL，信息传输采用WIA‑PA通信协议支持自适应调频通信，保证恶劣环境的通信可靠性，采用区块链技术作为存储方式，提高了现有硬件存储设备的使用率，且能够更好的保护数据，便于数据分析及设备寿命监控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于WIA-PA协议的无线气体探测系统及方法
本专利技术涉及气体监测
，具体涉及一种基于WIA-PA协议的无线气体探测系统及方法。
技术介绍
为保障石油石化、建筑、消防、水处理等行业的人身安全和生产安全，监测生产过程及储运设施中泄露的可燃气体及有害气体，并及时报警，预防人身伤害以及火灾与爆炸事故的发生，新建、改建及扩建项目中根据设计规范要求，均需在气体易泄露部位安装气体检测装置。现有气体探测系统根据信号传输形式包括有线传输和无线传输，其中有线传输气体探测系统包括控制器、探测器、监控平台、布线等，无线传输气体探测系统包括带传感器的探测器、无线控制器、通信网络、远控平台等。现有无线传输存在以下问题：(1)现有无线通信是采用Zigbee协议，只有通过路由器实现Mesh路由，不支持端到端的多路径传输，也不支持路径的健康检测；(2)Zigbee网络不支持自适应调频通信，无法保证恶劣环境的通信可靠性；(3)现有通信协议无法满足通信实时性，增大了通信时延；(4)现有网络终端设备能耗高，必须使用外接电源供电。传统有线传输存在以下问题：(1)施工费用高，人工费、施工费、通信光缆费用等；(2)施工过程中对环境破坏严重；(3)山区、戈壁、沙漠等偏远地区施工成本增幅巨大，且施工过程中无法保障人员安全；(4)监测点固定，单点成本高：传统国控点需搭建专门的房子，铺设通信光缆，初期建设成本和后期维护成本高，难以进行大规模布点；(5)采集数据不全面：受限于成本无法实施大面积、精密化布点，导致数据采集不全面，不精细；(6)数据安全存在隐患：传统气体监测，数据从传感器到RTU再到监测平台，数据传输过程通常未做加密和完整性保护，使违法者有机可乘。传统的气体监测系统是以电线和电缆作为基础传输介质组成的数据采集系统。目前常用的解决方案是在监控现场，将传感器布置在需要监测的关键位置，将各个传感器采集到的信号通过独立电缆传送到中央采集站，由中央采集站将所有连接的信号集中处理发送到上位机，进行实时数据采集。如果需要监测的区域很大，需要很多传感器，相应的监测点分散，这种传统的有线方式就会存在线路布设复杂，接线繁琐，安装造价高，后期的电缆维护成本高等问题。由于有线气体监测系统本身的局限性，许多特殊环境下的网络覆盖和网络支持仍然是个难题。比如在某些工业现场，一些工业环境禁止或限制使用电缆，而在其他一些工业环境要求完全把电缆屏蔽起来以高度防止来自大多数工业设施中的机器或其它无线电控制设备的干扰，更有一些高速旋转的设备根本无法通过电缆来传输数据信息。这种传统的串行集中式监测系统很大程度上影响系统的处理速度和系统的可靠性和灵活性。因此，一种基于WIA-PA协议的无线气体探测系统及方法是需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术是为解决现有技术中的问题而提出的，其目的在于，提供一种基于WIA-PA协议的无线气体探测系统及方法，解决了系统处理速度慢以及不稳定的问题。一种基于WIA-PA协议的无线气体探测系统，包括气体探测模块、无线连接气体探测模块的控制器模块以及智能监测平台，所述气体检测模块采用若干无线气体传感器采集气体浓度，所述无线气体传感器电性连接模拟数字转换电路，所述模拟数字转换电路电性连接微处理器，所述微处理器内设有WIA-PA收发单元，用于连接WIA-PA路由器单元，所述WIA-PA路由器单元电性连接有控制阀门和抽风机，用于所述WIA-PA路由器单元将设备管理信息和报文转发信息无线传输给控制器模块，所述WIA-PA路由器单元自组网并自适应调频通信；所述控制器模块内部设有数据采集智能网关，所述数据采集智能网关通过设有的WIA-PA收发单元无线连接WIA-PA路由器单元，所述数据采集智能网关内还设有数据微处理器，所述数据微处理器进行数据边缘计算分析及数据转换，所述数据微处理器电性连接有POE交换机单元，所述POE交换机单元采用POE工业以太网交换机，所述控制器模块外部的箱体面板上设有数显单元和手动控制单元，用于现场调节设置控制器模块参数；所述数据采集智能网关通过4G/5G网络、光纤网络有线或无线方式传到智能监测平台，所述智能监测平台采用工业物联网平台，所述工业物联网平台设有数据库的大数据分析、SCADA控制和泄露报警，且工业物联网平台前端设有工业隔离网闸，用于网络安全防护。优选的是，所述WIA-PA路由器单元采用WIA-PA网络结构的Mesh路由器，用以连接多个逻辑上分开的网络。优选的是，所述WIA-PA网络结构采用星型和网状相结合的两层网络拓扑结构，并采用TDMA传输模式。优选的是，所述无线气体传感器和模拟数字转换电路之间连接有安全隔离电路。优选的是，所述气体探测模块内的微处理器电性连接有供电模块。优选的是，所述数据采集智能网关电性连接UPS电源，UPS电源电性连接市电或太阳能，用于给控制器模块中的数据采集智能网关、WIA-PA路由器单元、POE交换机单元和数显单元供电。一种基于WIA-PA协议的无线气体探测系统的方法，包括以下步骤：1)气体探测模块的无线气体传感器探测到气体后，信息传送到WIA-PA路由器单元，路由器单元负责无线气体传感器的设备管理、报文转发等功能，经信息处理通过WIA-PA收发单元发送到控制器模块，WIA-PA路由器单元完成现场设备之间的自组网功能，并自适应调频通信，保证实时无缝传送探测信息；2)WIA-PA路由器单元用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网，当数据从一个子网传输到另一个子网时，通过WIA-PA路由器单元来完成，POE工业以太网交换机主要是应用于复杂的工业环境中的实时以太网数据传输；3)数据采集智能网关接收现场设备信息，通过数据微处理器进行数据边缘计算分析及数据转换，WIA-PA收发单元在线路拥塞或者个别现场设备网络不稳定的时候采取调频通信接收信息，通过4G/5G网络、光纤网络有线或无线方式传到智能监测平台，手动控制单元在控制器箱体面板上，作为应急处理及现场调节设置控制器参数；4)工业物联网平台与数据采集智能网关通过以太网连接，向数据采集智能网关发送数采命令，通过MQTT协议方式下发；5)当数据采集智能网关收到该命令后，数据采集智能网关就会通过WIA-PA路由器单元对无线气体传感器、控制阀门和抽风机进行通信交互，并将网络报文和数据报文、健康报文等各类报文传递给数据采集智能网关，首先根据网络报文迅速建立WIA-PA网络拓扑关系，之后接收具体的数据报文，拆解数据报文包头区分各类通信协议，对包括modbus(WIA-PA)协议、hart(WIA-PA)协议、dlt(WIA-PA)协议、AI(WIA-PA)协议、DI(WIA-PA)协议、PI(WIA-PA)协议等各类协议解析；6)数据采集智能网关将解析协议后得到的内容进行MQTT协议转换，根据工业物联网平台的指令将数据进行回传；7)工业物联网平台对各类数据进行协议解析、存储到数据库，大数据分析模块对存储到数据库的数据进行进一步处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于WIA-PA协议的无线气体探测系统，其特征在于，包括气体探测模块、无线连接气体探测模块的控制器模块以及智能监测平台，所述气体检测模块采用若干无线气体传感器采集气体浓度，所述无线气体传感器电性连接模拟数字转换电路，所述模拟数字转换电路电性连接微处理器，所述微处理器内设有WIA-PA收发单元，用于连接WIA-PA路由器单元，所述WIA-PA路由器单元电性连接有控制阀门和抽风机，用于所述WIA-PA路由器单元将设备管理信息和报文转发信息无线传输给控制器模块，所述WIA-PA路由器单元自组网并自适应调频通信；/n所述控制器模块内部设有数据采集智能网关，所述数据采集智能网关通过设有的WIA-PA收发单元无线连接WIA-PA路由器单元，所述数据采集智能网关内还设有数据微处理器，所述数据微处理器进行数据边缘计算分析及数据转换，所述数据微处理器电性连接有POE交换机单元，所述POE交换机单元采用POE工业以太网交换机，所述控制器模块外部的箱体面板上设有数显单元和手动控制单元，用于现场调节设置控制器模块参数；/n所述数据采集智能网关通过4G/5G网络、光纤网络有线或无线方式传到智能监测平台，所述智能监测平台采用工业物联网平台，工业物联网平台设有数据库的大数据分析、SCADA控制和泄露报警，且工业物联网平台前端设有工业隔离网闸，用于网络安全防护。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于WIA-PA协议的无线气体探测系统，其特征在于，包括气体探测模块、无线连接气体探测模块的控制器模块以及智能监测平台，所述气体检测模块采用若干无线气体传感器采集气体浓度，所述无线气体传感器电性连接模拟数字转换电路，所述模拟数字转换电路电性连接微处理器，所述微处理器内设有WIA-PA收发单元，用于连接WIA-PA路由器单元，所述WIA-PA路由器单元电性连接有控制阀门和抽风机，用于所述WIA-PA路由器单元将设备管理信息和报文转发信息无线传输给控制器模块，所述WIA-PA路由器单元自组网并自适应调频通信；
所述控制器模块内部设有数据采集智能网关，所述数据采集智能网关通过设有的WIA-PA收发单元无线连接WIA-PA路由器单元，所述数据采集智能网关内还设有数据微处理器，所述数据微处理器进行数据边缘计算分析及数据转换，所述数据微处理器电性连接有POE交换机单元，所述POE交换机单元采用POE工业以太网交换机，所述控制器模块外部的箱体面板上设有数显单元和手动控制单元，用于现场调节设置控制器模块参数；
所述数据采集智能网关通过4G/5G网络、光纤网络有线或无线方式传到智能监测平台，所述智能监测平台采用工业物联网平台，工业物联网平台设有数据库的大数据分析、SCADA控制和泄露报警，且工业物联网平台前端设有工业隔离网闸，用于网络安全防护。


2.根据权利要求1所述的基于WIA-PA协议的无线气体探测系统，其特征在于，所述WIA-PA路由器单元采用WIA-PA网络结构的Mesh路由器，用以连接多个逻辑上分开的网络。


3.根据权利要求2所述的基于WIA-PA协议的无线气体探测系统，其特征在于，所述WIA-PA网络结构采用星型和网状相结合的两层网络拓扑结构，并采用TDMA传输模式。


4.根据权利要求1所述的基于WIA-PA协议的无线气体探测系统，其特征在于，所述无线气体传感器和模拟数字转换电路之间连接有安全隔离电路。


5.根据权利要求1所述的基于WIA-PA协议的无线气体探测系统，其特征在于，所述气体探测模块内的微处理器电性连接有供电模块。


6.根据权利要求1所述的基于WIA-PA协议的无线气体探测系统，其特征在于，所述数据采集智能...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宁，张念，刘思奇，
申请(专利权)人：刘宁，山东中伟旭盛电子科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37