一种无线智能物位变送器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种无线智能物位变送器，包括微处理器及存储器、外围电路、WIA-PA无线模块、显示单元和为物位变送器提供电量的电池，其特征在于：所述外围电路包括传感器、传感器输入信号处理单元单元、模数转换单元和按键输入单元，传感器、传感器输入信号处理单元单元、模数转换单元与所述微处理器及存储器连接；所述WIA-PA无线模块包括微处理器及射频芯片、外围电路接口和无线收发天线，所述WIA-PA无线模块通过异步串行方式和所述微处理器及存储器连接；所述显示单元和所述微处理器及存储器连接。本实用新型在不更换上层设备传输方式的基础上，可用于高腐蚀、难布线等恶劣场合，从而实现此区域的压力测量和无线传输。
【专利说明】一种无线智能物位变送器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工业无线网络和现场总线通信领域，尤其涉及一种无线智能物位变送器。
【背景技术】
[0002]智能物位变送器是工业控制系统中的一个基本单元，它是整个控制系统得以正常工作的基石，物位变送器是工业现场常用的一次仪表。仪表常采用液位计，根据浮力原理和磁性吸合作用，当被测容器中的液位升降时，变送器的浮球在导管上随之升降，浮球内磁钢的磁力吸合导管中的干簧管，从而改变测量电路的有效输入阻抗，通过微处理器对阻抗的检测，控制仪表电流输出随输入阻抗而改变，达到测量液位的目的。
[0003]目前，工业控制系统主要采用Modbus TCP/IP、Modbus RTU、OPC等通信协议，尤其在某些重要测量场合，必须使用有线传输保证其测量实时性和准确性，但传输时的有线方式接线端容易产生电火花，存在安全隐患，而且根据美国仪器仪表与自动化学会(ISA)定制的ISA 100标准中，规定在自动化和控制环境下的6类应用及在实际场合中的应用效果来看，目前无线通信可用于监测开环控制、振动、温度、压力和其他参与热交换、环境的状态、机械的状态监测和控制中，而这类应用占据了所有应用需求的70%以上，物位测量便是其中之一。若将无线传输与有线传输结合在一起，使这70%的应用能够既满足现有控制系统的传输要求，又能实现无线传输，便可最大程度地节约成本，而且由于在组网及网络维护过程中不需要人到现场，可以在尽量不停机的情况下对系统的部分区域进行重构，减少人到危险区域进行设备维护、调试的可能性，在物位变送器中使用无线通信技术必然极大提高生产和维护的安全性。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种支持WIA-PA协议与Modbus协议透明传输的无线智能物位变送器，在不改变原有协议的基础上，使原数据包实现无线传输，提高工业现场的安全性，同时降低安装成本、方便维护和扩展。
[0005]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种无线智能物位变送器，包括微处理器及存储器、外围电路、WIA-PA无线模块、显示单元和为物位变送器提供电量的电池，其特征在于:所述外围电路包括传感器、传感器输入信号处理单元单元、模数转换单元和按键输入单元，传感器、传感器输入信号处理单元单元、模数转换单元与所述微处理器及存储器连接；所述WIA-PA无线模块包括微处理器及射频芯片、外围电路接口和无线收发天线，所述WIA-PA无线模块通过异步串行方式和所述微处理器及存储器连接；所述显示单元和所述微处理器及存储器连接。
[0006]本实用新型提供的无线智能物位变送器具有以下优点:
[0007](I)无线物位变送器采用无线通信技术后不需要安装电缆，也就不存在电缆损坏等问题，维护方便，网络结构可以灵活更改，现场仪表与控制器之间具有可移动性，易于客户根据需要快速、灵活得重构系统，无线成本低廉，更容易扩展和升级；
[0008](2)WIA-PA与Modbus透明传输的报文无线网关能够完全识别，并且正确投递至DCS系统，可实时进行物位采集和请求应答；
[0009](3) WIA-PA与Modbus透明传输的报文将完整的Modbus协议报文封装在WIA-PA网络的通信协议应用层的报文部分，充分保留了 Modbus信息的同时，很好的解决了无线传输的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步说明。
[0011]图1是本实用新型的支持WIA-PA/Modbus协议透明传输的智能物位变送器原理框图；
[0012]图2是智能物位变送器实现WIA-PA/Modbus透明传输的功能结构框图；
[0013]图3是利用智能物位变送器实现WIA-PA/Modbus透明传输的一种工业控制网络示意图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，支持WIA-PA协议与Modbus协议透明传输的智能物位变送器，是一个符合WIA-PA协议的无线收发设备，同时还包含符合Modbus协议的数据包。它包括微处理器及存储器1、外围电路2、WIA-PA无线模块3、显示单元5和为物位变送器提供电量的电池4，其特征在于:所述外围电路2包括传感器、传感器输入信号处理单元、模数转换单元和按键输入单元等物位测算单元，传感器、传感器输入信号处理单元、模数转换单元与所述微处理器及存储器I依次连接，所述WIA-PA无线模块包括微处理器及射频芯片、外围电路接口和无线收发天线，所述WIA-PA无线模块3通过异步串行方式和所述微处理器及存储器I连接；所述显示单元5和所述微处理器及存储器I连接。
[0015]所述微处理器及存储器I内置执行参数或物位值模块、Modbus协议模块和WIA-PA/Modbus协议传输模块；；所述WIA-PA无线模块内嵌WIA-PA协议栈，能完成符合WIA-PA协议的无线数据传输。
[0016]上述电池4提供了物位变送器所需的全部电量。显示单元5用于实时显示测量的压力值。
[0017]图2是本实用新型的智能物位变送器实现WIA-PA/Modbus协议透明传输的功能结构框图。接入WIA-PA网络的物位变送器，其传输的报文都包含Modbus协议数据帧，SPWIA-PA网络将完整的Modbus协议报文封装在网络的通信协议应用层的报文部分，而物理层、MAC层、网络层采用WIA-PA协议网络标准。
[0018]其中，WIA-PA无线网络6是利用空气作为无线媒介，WIA-PA协议栈7负责接收来自WIA-PA无线网络6的非周期报文，并将其递交给WIA-PA/Modbus协议透明传输模块8进行下一步的处理，同时返回网络一个接收成功的数据帧；同时负责将WIA-PA/Modbus协议透明传输模块8递交给它的报文作为WIA-PA的报文无线发送到WIA-PA网络6中。另外，WIA-PA协议栈7还需要定时向WIA-PA无线网络6发送WIA-PA信标帧告知自己的在网信息和时间校准。[0019]其中，WIA-PA/Modbus协议透明传输模块8，负责接收Modbus协议模块9送来的Modbus数据包，然后利用透明传输机制，将完整的Modbus协议报文封装在WIA-PA网络的通信协议应用层的报文部分，而物理层、MAC层、网络层采用WIA-PA协议报文格式，封装后送至WIA-PA协议栈7 ；同时负责接收WIA-PA协议栈7送来的报文，将其中Modbus数据包解析出来投递到Modbus协议模块9进行命令处理。
[0020]其中，Modbus协议模块9，负责解析WIA-PA/Modbus协议透明传输模块8传来的Modbus数据请求帧，首先判断地址域是否是请求消息要达到的服务器地址，是则通过功能码决定要进行何种行动，并查看数据域中需执行功能码行为时所需的参数，然后赋给执行参数或物位值10使仪表按照功能要求工作；同时负责封装Modbus数据应答帧，帧格式采用RTU模式，将执行参数或物位值10送来的数值放入数据域，将地址域和功能码按请求帧的数值返回，加上循环冗余校验码，送至WIA-PA/Modbus协议透明传输模块8进行进一步处理。
[0021]图3是利用智能物位变送器实现WIA-PA/Modbus透明传输的一种工业控制网络示意图。此工业控制网络包括WIA-PA无线工业网络和Modbus协议有线传输网络，其中Modbus控制系统的工程师站或操作员站11，运行Modbus应用程序，该程序与原网络中只有有线设备传输时相同。放置在工业无线网络中的Modbus接口卡12收到工程师站或操作员站11送来的Modbus请求命令帧后，将请求帧按照WIA-PA协议格式下发至无线网关13，无线网关13负责透明传输给相应的无线物位变送器14，反之亦然。
[0022]当无线物位变送器14收到了含有Modbus请求帧的WIA-PA数据请求帧后,先将报文送至输入缓冲寄存器中，待报文接收完毕后，微处理器根据图2的透明传输通信流程进行数据包解析，然后启动物位采集及转换单元进行相应的执行和处理。处理完成后，无线物位变送器则根据图2的透明传输通信流程封装含有Modbus应答帧的WIA-PA数据应答帧，将报文打包发至无线模块，回传给无线网关，一次物位采集结束。
【权利要求】
1.一种无线智能物位变送器，包括微处理器及存储器、外围电路、WIA-PA无线模块、显示单元和为物位变送器提供电量的电池，其特征在于:所述外围电路包括传感器、传感器输入信号处理单元单元、模数转换单元和按键输入单元，传感器、传感器输入信号处理单元单元、模数转换单元与所述微处理器及存储器连接；所述WIA-PA无线模块包括微处理器及射频芯片、外围电路接口和无线收发天线，所述WIA-PA无线模块通过异步串行方式和所述微处理器及存储器连接；所述显示单元和所述微处理器及存储器连接。
【文档编号】G01F23/30GK203758570SQ201320885186
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】崔晨, 孙波, 凌箐, 张庆军, 杨凯, 赵勇 申请人:上海自动化仪表股份有限公司