一种液体参量检测物联网系统的制作方法

本发明实施例涉及模拟测试技术，尤其涉及一种液体参量检测物联网系统。

背景技术：

在工厂过程自动化行业中，如化工厂、电厂、造纸厂、冶金等工厂内部，经常会遇到需要控制罐体内部的液体原料液位高度的工况，一些要求较高的场合还要求同时实现罐体内部液体原料的温度、液位等参数的测量，学生/学徒在学习时，需要到工厂中实地体验学习，而工厂中实际运行的系统太大，操作也比较复杂，这样不仅耗费时间和人力，学生/学徒进行实验操作也不方便。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种液体参量检测物联网系统，以实现方便学生学习液体参量测试过程，节省时间和人力的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种液体参量检测物联网系统，用于对工业罐体内液体原料的至少一种参量进行模拟测试，包括反应装置、液体存储装置和控制中心，所述反应装置通过上料控制装置和出料控制装置与液体存储装置相连并形成循环系统；

所述反应装置用于存储参与实验的液体原料，并采集反应装置内液体原料的参量；

所述液体存储装置用于为反应装置供应液体原料和回收反应装置中的液体原料，并采集液体存储装置内液体原料的参量；

所述控制中心用于根据控制指令控制上料控制装置和出料控制装置的动作，以改变所述反应装置和所述液体存储装置中液体原料的存储量；

所述参量包括温度、液位、流量、密度、ph值中的至少一种。

本发明实施例通过反应装置、液体存储装置、上料控制装置以及出料控制装置形成循环系统，反应装置用于存储参与实验的液体原料，并采集反应装置内液体原料的参量，液体存储装置用于为反应装置供应液体原料和回收反应装置中的液体原料，并采集液体存储装置内液体原料的参量，再由控制中心根据控制指令控制上料控制装置和出料控制装置的动作，从而改变反应装置和液体存储装置中液体原料的存储量，实现相应参量的采集，如此实现了方便学生学习液体参量测试过程，节省时间和人力的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种液体参量检测物联网系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种液体参量检测物联网系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种液体参量检测物联网系统的结构示意图，本实施例可适用于对工业罐体内液体原料的至少一种参量进行模拟测试的情况，该系统可通过硬件和/或软件的方式实现，并一般可集成于用于测试液体参量的模拟设备中。参考图1，本实施例提供的液体参量检测物联网系统具体包括：

反应装置1、液体存储装置2和控制中心3，所述反应装置1通过上料控制装置4和出料控制装置5与液体存储装置2相连并形成循环系统；所述反应装置1用于存储参与实验的液体原料，并采集反应装置1内液体原料的参量；所述液体存储装置2用于为反应装置1供应液体原料和回收反应装置1中的液体原料，并采集液体存储装置2内液体原料的参量；所述控制中心3用于根据控制指令控制上料控制装置4和出料控制装置5的动作，以改变所述反应装置1和所述液体存储装置2中液体原料的存储量；所述参量包括温度、液位、流量、密度、ph值中的至少一种。

其中，反应装置1上可以设置有温度检测装置、液位检测装置、流量检测装置、密度检测装置或者ph值检测装置，用于采集反应装置1内液体原料的温度、液位、流量、密度或者ph值，相应地，液体存储装置2上也可以设置温度检测装置、液位检测装置、流量检测装置、密度检测装置或者ph值检测装置。其中，温度检测装置可以是温度传感器或者温度变送器，还可以是其他用于检温度的装置；液位检测装置可以是液位传感器或者液位变送器，还可以是其他用于检液位的装置；流量检测装置可以是差压变送器或者雷达流量计，还可以是其他用于检流量的装置；密度检测装置可以是密度传感器或者密度变送器，还可以是其他用于检密度的装置；ph值检测装置可以是ph值传感器或者ph值变送器；还可以是其他用于检ph值的装置。

其中，上料控制装置4开启后，可以将液体存储装置2中的液体原料抽取到反应装置1中；出料控制装置5开启后，可以将反应装置1中的液体原料泄放到液体存储装置2中，如此形成循环系统。优选反应装置1设置在液体存储装置2的上方。

本实施例的技术方案，通过反应装置1、液体存储装置2、上料控制装置4以及出料控制装置5形成循环系统，反应装置1用于存储参与实验的液体原料，并采集反应装置1内液体原料的参量，液体存储装置2用于为反应装置1供应液体原料和回收反应装置1中的液体原料，并采集液体存储装置2内液体原料的参量，再由控制中心3根据控制指令控制上料控制装置4和出料控制装置5的动作，从而改变反应装置1和液体存储装置2中液体原料的存储量，实现相应参量的采集，如此实现了方便学生学习液体参量测试过程和测量原理，以及从物理量到数字量的换算过程，节省时间和人力的目的。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种液体参量检测物联网系统的结构示意图，本实施例在上述实施例基础上，优选是对反应装置1、液体存储装置2、上料控制装置4以及出料控制装置5进一步优化，参考图2，具体包括如下：

所述反应装置1包括反应罐11、温度检测装置12和第一液位检测装置13；所述反应罐11进料口通过上料控制装置4与液体存储装置2相连，所述反应罐11出料口通过出料控制装置5与液体存储装置2相连；所述温度检测装置12设置于反应罐11进料口附近，并部分插入反应罐11内；所述第一液位检测装置13设置于反应罐11出料口附近，并位于反应罐11外部。

其中，反应罐11上设置有进料口和出料口，进料口通过上料管道与液体存储装置2相连，出料口通过出料管道与液体存储装置2相连。

优选的，所述上料控制装置4为上料泵，设置在反应装置1和液体存储装置2之间的上料管道上；所述出料控制装置5为泄放阀，设置在反应装置1和液体存储装置2之间的出料管道。

其中，上料泵和出料阀可通过继电器与控制中心3电连接，其输入信号可以是220vac，控制中心3的控制面板上可以设置有相应的控制按钮，操作人员可以通过控制按钮来实现对上料泵和出料阀的开关控制。

其中，温度检测装置可以是温度传感器或者温度变送器，在传感器和变送器之间，本发明实施例优选采用变送器，原因在于：传感器(sensor)是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。它是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的输出，满足信息的传输、存储、显示、记录和控制要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。而变送器(transmitter)不仅有传感器的功能，还可以将非标准电信号转换为标准电信号，具体是将把传感器采集到的微弱的电信号放大以便转送或启动控制元件。而传感器则是将物理信号转换为电信号的器件，如把非电物理量如温度、压力、液位、物料、气体特性等转换成电信号。可见，变送器的性能优于传感器的性能。

其中，温度变送器采用热电偶或热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、v/i转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的标准信号(如4～20ma、0～5v等)。如此将气体、液体等物理温度参数转变成标准的电信号(如4～20madc等)。

其中，热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。并且随着科技的发展热电阻传感器的测温范围也随着扩展，高温方面也出现了多种用于1000～1300℃的热电阻传感器。

其中，热电偶传感器主要是利用两种不同成份的导体(称为热电偶丝或热电极)两端接合成回路，当两个接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端)，另一端叫做冷端(也称为补偿端)；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。它具有测量范围大(－200℃～1300℃,特殊情况下－270℃～2800℃)、机械强度高、耐压性能好等特点。

本实施例中，温度变送器优选采用热电阻作为测温元件。

其中，第一液位检测装置13可以是差压液位变送器，液位变送器实质上是一个压力变送器，液位变送器是对压力变送器技术的延伸和发展，根据不同比重的液体在不同高度所产生压力成线性关系的原理，实现对水、油及糊状物的体积、液高、重量的准确测量和传送。差压液位变送器采用差动金属电容作为感压元件，金属电容一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器属于极距变化型电容式传感器，一般可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器，具体根据实际情况来选择使用哪种传感器。

优选的，所述反应装置1还包括浮球开关14，设置在反应罐11内并位于反应罐11进料口附近，用于根据所述反应罐11内液位高低生成开关指令，以限制反应罐11内液位上限。

其中，浮球开关14主要用来防止反应罐11内液位溢出，当液位超过浮球的预设安装高度时，浮球开关14在水的浮力下导通，生成开指令，此时控制中心3可根据开指令及时切断上料泵电源，以防止反应罐11液体溢出来，从而起到液位保护的作用。

其中，浮球开关14是一种结构简单且使用方便的液位控制零件，它设有复杂的电路，不会受到干扰，只要材质选择正确，任何性质液体、压力、温度皆可使用。浮球开关14通常是将密封的非磁性金属或塑胶管内根据需要设置一点或者多点磁簧开关，然后再将中空但是内部有环形磁铁的浮球固定在杆径内磁簧开关相关位置上，使浮球在一定范围内上下浮动，利用浮球内的磁铁去吸引磁簧开关的闭合，产生开关动作，从而使浮球开关14起到控制感应检测水位液位的功能。

优选的，所述液体存储装置2包括储料池21和第二液位检测装置22；所述储料池21出料口通过上料控制装置4与反应装置1相连，所述储料池21进料口通过出料控制装置5与反应装置1相连；所述第二液位检测装置22部分插入储料池21内。

其中，储料池21上设置有进料口和出料口，储料池21的进料口通过出料管道与反应罐11的出料口相连，储料池21的出料口通过进料管道与反应罐11的进料口相连。

其中，第二液位检测装置22优选为投入式液位变送器，投入式液位变送器又称压力传感器，由于投入式液位变送器具有不带液晶显示、体积小巧的特点，可以投入到液体中使用，它是把物理量(压力)按照比例转换为电流值(如：4～20ma等)输出的仪表，工作原理和变送器一样。

进一步优选的，投入式液位变送器采用扩散硅传感器，扩散硅压力传感器是以硅为基体，采用先进的离子注入工艺和微机械加工工艺，制成了具有惠斯顿电桥和精密力学结构的硅敏感元件。被测压力通过压力接口作用在硅敏感元件上，实现了所加压力与输出信号的线性转换，经激光修调的厚膜电阻网络补偿了敏感元件的温度性能。

优选的，进料管道上靠近储料池21出料口的一端还设置有单片式球阀6，用于彻底卸放储料池21内的液体，一般在更换液体时使用。

在上述技术方案的基础上，优选的，该系统还包括：流量检测装置7，设置在反应装置1和液体存储装置2之间的上料管道上，用于采集上料管道中液体的流量。

其中，流量检测装置7优选可以是差压变送器。

差压变送器是测量变送器两端压力之差的变送器，输出标准信号(如4～20ma、0～5v等)。差压变送器与一般的压力变送器不同的是它们均有2个压力接口，差压变送器一般分为正压端和负压端，大部分情况下差压变送器正压端的压力应大于负压段压力才能测量。差压变送器也是采用差动金属电容作为感压元件，具体原理同上，再次不再赘述。

在上述技术方案的基础上，优选是对控制中心3进一步优化为，所述控制中心3还用于：当所述浮球开关14生成开指令时，强制控制所述上料控制装置4处于关闭状态；和/或当反应罐11内液位大于预设阈值时，输出报警信号。

其中，控制中心3可以包括控制面板和集成有plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)的处理器，控制面板上设置有人机交互界面触摸屏、系统工作模式选择旋钮、上料泵控制按钮、泄放阀控制按钮以及报警灯。

其中，当反应罐11内液位高于预设阈值时，处理器生成报警信号，控制面板上的报警灯亮。

其中，当反应罐11内液位高于浮球开关14的预设安全高度时，浮球开关14在水的浮力作用下导通，并生成开信号，处理器接收到开信号后及时切断上料泵电源，以防止反应罐11液体溢出来。

其中，控制面板上的上料泵控制按钮用于控制上料泵的开关，泄放阀控制按钮用于控制泄放阀的开关，操作人员可手动操作上料泵控制按钮和泄放阀控制按钮。

其中，处理器中设置有至少一种工作模式，优选包括待机工作模式、手动工作模式和自动工作模式，操作人员可通过控制面板上的系统工作模式选择旋钮来选择不同的工作模式，优选的，自动工作模式中又包括主动控制状态(又可称为hmi控制状态)、自动控制状态和远程控制状态，操作人员在人机交互界面触摸屏上选择不同的控制状态。

下面分别对这几种工作模式和控制状态进一步介绍：

1)待机模式(又称停止模式)：此工作模式下，系统正常供电，但是上料泵和泄放阀不运作，不管是通过硬件按钮操作还是软按钮操作，上料泵和泄放阀都不会起动或停止，但是此时系统的通信正常，远程可以读取系统实时状态。

2)手动模式：通过手动开关控制面板上的上料泵控制按钮和泄放阀控制按钮来控制上料泵和泄放阀，人机触摸屏和远程控制无效，此时远程可以读取系统实时状态。

3)主动控制状态(hmi控制状态)：当操作人员将系统工作模式选择旋钮旋转至自动工作模式时，默认进入主动控制状态，操作人员可通过控制面板上的人机交互界面触摸屏来控制控制上料泵和泄放阀的动作，此时远程控制无效，远程可以读取系统实时状态。

4)自动控制状态：操作人员需要将控制面板上的系统工作模式选择旋钮旋转至自动工作模式，再在人机交互界面触摸屏上切换到此状态，此时系统会根据预设的液位上下限来控制上料泵和泄放阀动作，当反应罐11液位大于液位上限时关闭上料泵，并开启泄放阀，当反应罐11液位小于液位下限时开启上料泵，并关闭泄放阀，如此可使得系统处于自动循环状态。此时远程控制无效，远程可以读取系统实时状态。

5)远程控制状态：操作人员需要将控制面板上的系统工作模式选择旋钮旋转至自动工作模式，再在人机交互界面触摸屏上切换到此状态，操作人员可在远程状态下，控制上料泵和泄放阀动作，并修改液位上下限，此时优选将触摸屏上的开关按钮动作设置为无效。

在上述技术方案的基础上，优选是对控制中心3进一步优化为，所述控制中心3具体用于：根据来自人机交互界面、控制面板上的控制按钮或者外部控制设备的控制指令，控制上料控制装置4和出料控制装置5的动作，以改变所述反应装置1和所述液体存储装置2中液体原料的存储量。

具体地，当操作人员选择了某种工作模式或工作状态后，在人机交互界面进行操作，或者在控制面板上对上料泵控制按钮或泄放阀控制按钮进行操作，或者在外部控制设备上进行远程操作，此时生成对应的控制指令，处理器接收到控制指令后，控制上料泵和泄放阀执行相应动作，以改变所述反应装置1和所述液体存储装置2中液体原料的存储量。

在上述技术方案的基础上，优选是对控制中心3进一步优化为，所述控制中心3还用于：监控所述反应装置1和所述液体存储装置2采集的液体原料的参量，并根据预设液位上限和预设液位下限控制上料控制装置4和出料控制装置5的动作，以控制反应装置1中的液体存储量。

在上述技术方案的基础上，优选是对控制中心3进一步优化为，所述控制中心3还设置有无线通信模块，用于和服务器通信或者与外部设备进行通信连接。

其中，无线通信模块可以是wifi模块、gprs模块或者蓝牙模块等。控制中心3可以通过无线通信模块将数据上报给服务器或者进行数据同步等。控制中心3还可以通过无线通信模直接与外部控制设备相连，操作人员通过在外部控制设备进行操作来远程控制该测试系统。

本实施例的技术方案，通过模拟真实现场工况运行，实现相应参量的采集，如此方便学生学习液体参量测试过程和测量原理，以及从物理量到数字量的换算过程，并且使用户能彻底掌握工业现场常见的压力测量原理，液位测量原理，流量测量原理，闭环控制原理，温度测量原理等。同时该装置可以提供使用者diy功能，通过装置提供的通信接口和编程接口，使用者可以自己编写程序，来通过装置运行检验程序的正确性，节省了时间和人力。

可替换的，在以上实施方式中，第一液位检测装置13/第二液位检测装置22还可替换为密度检测装置，用于检测反应罐11或者储料池21内的液体密度，密度检测装置可以是密度检测传感器或者密度检测变送器。可替换地，温度检测装置12还可以替换为ph值检测装置，用于检测反应罐11内的ph值，ph值检测装置可以是ph值传感器或者ph值变送器。当然，基于图2所示的装置，本领域技术人员还可将第一液位检测装置13/第二液位检测装置22替换为其他检测装置，以检测反应罐11或者储料池21内的液体其他参量，或者将温度检测装置12替换为其他检测装置，以检测反应罐11内的其他参量，这均在本申请保护范围内。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。