一种基于物联网的智能电磁流量计系统及故障分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网的智能电磁流量计系统及故障分析方法，包括电源模块、电磁流量传感器、电磁流量转换控制单元和物联网模块，所述电磁流量转换控制单元和分别与所述电源模块、电磁流量传感器、物联网模块连接；所述电磁流量传感器把被测流体的流量信号转换成相应的标准电压信号，并将该标准电压信号传输至电磁流量转换控制单元进行处理，处理后的数据通过物联网模块与PC机进行相互通讯。本发明专利技术采用单片机和CPLD的双控制器模式实现流体流速的精确测量，不仅具有精度高、适应性强、数据实时性高等优点，而且本发明专利技术系统利用物联网功能，能够实现电磁流量计的远程监测管理,并对电磁流量计的故障信息进行了合理有效的分析，提高了可靠性分析效率。

An intelligent electromagnetic flowmeter system based on Internet of things and fault analysis method

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的智能电磁流量计系统及故障分析方法
本专利技术属于物联网
，具体涉及一种基于物联网的智能电磁流量计系统及故障分析方法。
技术介绍
流量检测仪表与系统已广泛应用于水泥、化工、轻纺、医药、造纸、给排水、食品饮料等技术部门,随着物联网的发展和工业生产力水平的提高,各方面对自动检测仪表提出了越来越高的要求，其产品的性能、质量和可靠性直接影响了企业的经济效益。但伴随而来的污水排放问题已成为相关政府职能部门的重要工作任务，计量污水排放的流量仪表系统是定量管理企业污水排放不可或缺的工具。其中，电磁流量计是一种测量流体流速的速度式流量计，它是利用法拉第电磁感应原理制成的测量导电流体体积的仪表,它的出现和应用为准确测量管道内导电流体流量和流速提供了更好的方法。与现有各种非电磁流量检测仪表相比,电磁流量计的性能好,适用范围广,是目前应用最广泛的流量仪表之一。现有的电磁流量计大都是按照传统的方式，被动的接受传感器检测到转换来的信号，易引入干扰信号，信号处理能力较弱，且都是使用单一的控制器来处理数据，不仅检测精度低、可靠性不高，而且维护和调试难度较大，无法实时监控管理流量计所运行的状态以及检测到的数据。目前,现有技术中对于电磁流量计的故障诊断的研究并不完善,因此，寻找一种针对电磁流量计的故障分析方法是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种实用性强，可进行精确测量的一种高精度智能电磁流量计，系统采用单片机和CPLD的双控制器模式实现流体流速的精确测量，与工业系统中传统的流量计单控制器模式相比，具有精度高、适应性强、数据实时性高等优点。技术方案：本专利技术所述的一种基于物联网的智能电磁流量计系统，包括电源模块、电磁流量传感器、电磁流量转换控制单元和物联网模块，所述电磁流量转换控制单元和分别与所述电源模块、电磁流量传感器、物联网模块连接；所述电磁流量传感器把被测流体的流量信号转换成相应的标准电压信号，并将该标准电压信号传输至电磁流量转换控制单元进行处理，处理后的数据通过物联网模块与PC机进行相互通讯；所述的电磁流量转换控制单元包括控制器MCU、CPLD、A/D转换器、信号处理模块、励磁电路和LCD显示模块，所述控制器MCU负责完成整个系统的控制功能，包括励磁电路控制、采样控制、信号处理功能、流量计算和LCD显示控制；所述控制器MCU的输入端连接有A/D转换器、电源模块和流向检测模块，所述控制器MCU还连接有CPLD、LCD显示模块以及物联网模块；所述CPLD负责实现整个系统所需的所有数字逻辑电路，所述A/D转换器将外部模拟信号变换为数字信号以供控制器MCU分析处理，所述信号处理模块将电磁流量传感器输出的电压、电流信号进行放大、滤波处理，消除或减弱噪声和干扰的影响后，再经A/D转换器采样以发送给控制器MCU分析处理；所述励磁电路决定着传感器的工作磁场，负责给变送器提供励磁电流；所述LCD显示模块用以实时显示瞬时流量、累积流量和相关仪表参数。进一步的，所述电源模块输出交流24V电压，交流24V电压通过四个二极管组成的整流电路后连接到BCP56芯片，BCP56芯片与XTR115芯片相连接，通过XTR115芯片输出直流5V电压，该直流5V电压连接65ZY芯片的输入引脚，并通过65ZY输出直流3.3V电压。进一步的，所述电磁流量传感器将采集的信号经前置放大电路、二阶低通滤波电路和高增益放大电路进行信号调理，并经AD转换处理后，再由控制器和CPLD进行数据处理，计算出流量工程量值，并在LCD显示模块上输出，同时通过无线传输模块上传相关检测参数以及计算结果至上位机。进一步的，所述A/D转换器的5V基准电压由外部电路单独提供，与数字部分的5V电压分开。进一步的，所述物联网模块包括无线传输模块、终端节点、串口通信，所述终端节点主要负责采集流量、温度和压力信息。进一步的，所述无线传输模块采用Zigbee无线通信模块，所述Zigbee无线通信模块采用CC2430模块。进一步的，所述控制器MCU还连接有数据存储模块，用以存放电磁流量计内包括瞬时流量和累积流量在内的相关数据、参数。进一步的，所述控制器MCU选用LPC2132单片机。进一步的，所述CPLD选用LC4128V芯片。本专利技术还公开了上述一种基于物联网的智能电磁流量计系统的故障分析方法，包括：根据预先建立的电磁流量计的故障树模型，对电磁流量计故障进行定性分析，以得到电磁流量计故障的最小割集；获取电磁流量计的故障基本事件，故障基本事件包括接线问题、密封问题、主板硬件故障、线圈问题、电磁流量传感器问题；根据所述故障基本事件，参考故障树模型的最小割集，建立故障分布函数模型；根据电磁流量计的故障分布函数模型，计算电磁流量计故障的顶事件概率、基本事件重要度；其中，根据如下公式计算电磁流量计故障的顶事件概率：其中，y表示电磁流量计故障的顶事件概率，n表示最小割集数量，j为最小割集序号，j＝1,2,…,n；i∈Gj表示第i个基本事件属于第j个最小割集；Fi表示第i个基本事件的累计故障分布函数，Fi＝1-e-λt，λ表示第i个基本事件的故障概率，t表示时间序列中的时刻；根据如下公式计算电磁流量计的第i个基本事件的重要度Ii：其中，表示含有第i个基本事件的最小割集发生概率的总和。有益效果：本专利技术采用单片机和CPLD的双控制器模式实现流体流速的精确测量，与工业系统中传统的流量计单控制器模式相比，具有精度高、适应性强、数据实时性高等优点。并且现有的电磁流量计测量报警装置靠近现场，而本专利技术系统利用物联网功能，能够实现电磁流量计的远程监测管理。本专利技术不仅具备传统电磁流量计的一些基本功能，而且更具智能化、集成化、可靠性和更高的运算处理能力。所提出的针对电磁流量计的故障分析方法给电磁流量计故障诊断提供了有效依据，为电磁流量计的设计、生产等环节提供了新的参考。附图说明图1为本专利技术的电磁流量计系统总体电路结构框图；图2是本专利技术的物联网模块整体设计原理框架图；图3是针对电磁流量计系统的故障分析方法的流程图；图4为本专利技术的励磁电路原理图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图1和图2所示，一种基于物联网的智能电磁流量计系统，包括电源模块、电磁流量传感器、电磁流量转换控制单元和物联网模块，所述电磁流量转换控制单元和分别与所述电源模块、电磁流量传感器、物联网模块连接；所述电磁流量传感器把被测流体的流量信号转换成相应的标准电压信号，并将该标准电压信号传输至电磁流量转换控制单元进行处理，处理后的数据通过物联网模块与PC机进行相互通讯。所述的电磁流量转换控制单元包括控制器MCU、CPLD、A/D转换器、信号处理模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物联网的智能电磁流量计系统，其特征在于：包括电源模块、电磁流量传感器、电磁流量转换控制单元和物联网模块，所述电磁流量转换控制单元和分别与所述电源模块、电磁流量传感器、物联网模块连接；所述电磁流量传感器把被测流体的流量信号转换成相应的标准电压信号，并将该标准电压信号传输至电磁流量转换控制单元进行处理，处理后的数据通过物联网模块与PC机进行相互通讯；/n所述的电磁流量转换控制单元包括控制器MCU、CPLD、A/D转换器、信号处理模块、励磁电路和LCD显示模块，所述控制器MCU负责完成整个系统的控制功能，包括励磁电路控制、采样控制、信号处理功能、流量计算和LCD显示控制；所述控制器MCU的输入端连接有A/D转换器、电源模块和流向检测模块，所述控制器MCU还连接有CPLD、LCD显示模块以及物联网模块；/n所述CPLD负责实现整个系统所需的所有数字逻辑电路，所述A/D转换器将外部模拟信号变换为数字信号以供控制器MCU分析处理，所述信号处理模块将电磁流量传感器输出的电压、电流信号进行放大、滤波处理，消除或减弱噪声和干扰的影响后，再经A/D转换器采样以发送给控制器MCU分析处理；/n所述励磁电路决定着传感器的工作磁场，负责给变送器提供励磁电流；所述LCD显示模块用以实时显示瞬时流量、累积流量和相关仪表参数。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的智能电磁流量计系统，其特征在于：包括电源模块、电磁流量传感器、电磁流量转换控制单元和物联网模块，所述电磁流量转换控制单元和分别与所述电源模块、电磁流量传感器、物联网模块连接；所述电磁流量传感器把被测流体的流量信号转换成相应的标准电压信号，并将该标准电压信号传输至电磁流量转换控制单元进行处理，处理后的数据通过物联网模块与PC机进行相互通讯；
所述的电磁流量转换控制单元包括控制器MCU、CPLD、A/D转换器、信号处理模块、励磁电路和LCD显示模块，所述控制器MCU负责完成整个系统的控制功能，包括励磁电路控制、采样控制、信号处理功能、流量计算和LCD显示控制；所述控制器MCU的输入端连接有A/D转换器、电源模块和流向检测模块，所述控制器MCU还连接有CPLD、LCD显示模块以及物联网模块；
所述CPLD负责实现整个系统所需的所有数字逻辑电路，所述A/D转换器将外部模拟信号变换为数字信号以供控制器MCU分析处理，所述信号处理模块将电磁流量传感器输出的电压、电流信号进行放大、滤波处理，消除或减弱噪声和干扰的影响后，再经A/D转换器采样以发送给控制器MCU分析处理；
所述励磁电路决定着传感器的工作磁场，负责给变送器提供励磁电流；所述LCD显示模块用以实时显示瞬时流量、累积流量和相关仪表参数。


2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能电磁流量计系统，其特征在于：所述电源模块输出交流24V电压，交流24V电压通过四个二极管组成的整流电路后连接到BCP56芯片，BCP56芯片与XTR115芯片相连接，通过XTR115芯片输出直流5V电压，该直流5V电压连接65ZY芯片的输入引脚，并通过65ZY输出直流3.3V电压。


3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能电磁流量计系统，其特征在于：所述电磁流量传感器将采集的信号经前置放大电路、二阶低通滤波电路和高增益放大电路进行信号调理，并经AD转换处理后，再由控制器和CPLD进行数据处理，计算出流量工程量值，并在LCD显示模块上输出，同时通过无线传输模块上传相关检测参数以及计算结果至上位机。


4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能电磁流量计系统，其特征在于：所述A...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文静，张慧，胡志刚，
申请(专利权)人：江苏工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32