一种管道流量数据采集系统的制作方法

本实用新型涉及工业控制领域，尤其涉及一种管道流量数据采集系统。

背景技术：

电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制造的用来测量管内导电介质体积流量的感应式仪表，其测定精准，受液体状态影响小，广泛用于市政管理、水利建设等领域的流量监测。为提高水文管理的自动化、现代化程度，使水文管理机构能够更加准确、及时地了解到水文监测数据，水文数据智能监测、自动采集、远程传输配套设备不断更新，但在进行水利流量监控时，管网基本都是布置在地下，流量监控、数据采集及系统升级难度增加。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种运行稳定、编程灵活、调试方便、输入电压范围广的水文流量数据采集系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种管道流量数据采集系统，包括远程控制设备、本地处理设备，至少一个流量计和GPRS网络，本地处理设备通过RS485总线与流量计连接，通过GPRS网络连接远程控制设备；为减少管道对流体流动性能的影响，保证正常测量精确度，在流量计前后端设置足够长度的连通管道，其中前管长度为7~8倍流量计长度，后管为4~5倍流量计长度，流量计设置间隔不大于5km。

进一步，所述流量计设置间隔为2~5km，流量计设置距离不大于5km，可以充分保证多个流量计测定数据的准确性，同时流量计设置距离不小于2km，同一管道流量计设置距离过小，相邻流量计测定数值变化不大，但设置流量计数目过多会大大增加运营及维护成本。

进一步，所述本地处理设备包括太阳能发电板、流量操报RTU和立柱，流量操报RTU设置于立柱上，太阳能发电板位于立柱顶端，与水平方向呈30-35°夹角，太阳能发电板连接流量操报RTU和流量计。

进一步，所述流量操报RTU包括外壳及设置在外壳内的主控芯片、信号采集单元、数据存储单元、输入口和输出口；主控芯片为高性能单片（型号），内置RC晶振带锁相环。

主控芯片控制数据分析与处理，采用了GPRS网络芯片，自带TCP/IP硬件协议栈，功耗低、速度快、运行稳定且编程简单快捷，方便用于本地处理设备与远程控制设备之间的无线通信，进行数据的上传和下载，以及通过无线远程控制更新程序及程序运行参数。

信号采集单元负责多个流量计的信号采集，设有数据自动分析系统，可以对采集的数字信号及模拟信号进行自动分析以及结果报告。数据存储单元存储采集的流量计信号，输入口包括按键、限位开关、门磁等，输出口包含I/O芯片，控制受控设备的电源通断，通过关闭一些非必要外设节省电量以延长电池续航时间。

本数据采集系统设有RS485接口，以接线端子A、B模式引出，采集系统含多个流量计时，可挂载在RS485总线上，系统以主从设备的模式轮流查询各个流量计，采集数据，按预先设定参数以一定的时间为周期进行多功能数据采集， 并进行相关数据的存储、分析与处理，实现多数据的同时采集与处理。

主控芯片为高性能单片，内置RC晶振带锁相环，该芯片性能高、运行稳定、编程灵活、调试方便，内置RC晶振带锁相环控制精度，为抗干扰提供有力保障。

太阳能发电板提供电能储存在动力电池组中，供本地处理设备和流量计工作使用。

进一步，所述信号采集单元分为数字信号采集单元和模拟信号采集单元。数字信号采集单元采集Modbus设备的数字信号，模拟信号采集单元采集Modbus设备的模拟信号。数字信号采集单元与主控芯片直接连接，模拟信号采集单元与主控芯片之间连接有模数转换单元。模拟信号采集单元通过模数转换单元接入主控芯片，模拟信号采集单元以及数字信号采集单元与主控芯片之间采用Modbus标准协议进行数据传输。

进一步，所述信号采集单元设有数据自动分析系统，可以对采集的数字信号及模拟信号进行自动分析以及结果报告。

进一步，流量操报RTU还包含有随机存储芯片H1302Z，并通过IIC总线与主控芯片连接，可以用来存储工作相关的参数和设置，使得系统断电并重新上电后，重要参数和设置不会丢失。

进一步，输入口和输出口设有相应的指示灯指示。本地处理系统包含至少一个输入口和至少一个输出口，每个输入口和输出口都有相应的指示灯指示，当系统输入或者输出为有效时，对应的指示灯就会点亮，还设有电源指示灯，指示系统工作状态。

进一步，所述外壳材质为铝合金喷塑外壳。

进一步，所述远程控制设备包括电脑、手机、平板等，操作人员可以通过直接远程操控电脑、手机、平板等设备，实时了解水文监测信息，进行相关操作或系统程序更新。

本实用新型的有益效果：本实用新型一种管道流量数据采集系统，采用高性能单片为主控芯片，性能高、运行稳定、编程灵活、调试方便、输入电压范围广。所有输入输出都有LED指示状态，带有RTC存储芯片和数据存储单元，可以保存工作参数的设定的采集数据资料，断电后重新上电重要数据参数不会丢失。RS485总线可以接入多个设备，通过Modbus_rtu总线协议对多个设备进行数据采集和操作控制。GPRS与上位机远程通讯，进行采集数据传输，并可以通过GPRS进行远程程序更新，从而高效实现远程的水文监测现场数据查询、监控和信息化管理。

附图说明

图1—一种管道流量数据采集系统总体结构示意图；

图2—图一中本地处理设备结构示意图；

图3—一种管道流量数据采集系统结构示意图；

图4—一种管道流量数据采集系统工作流程图。

图中：1—太阳能发电板；2—流量操报RTU；3—立柱；4—流量计。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例

参照附图，一种管道流量数据采集系统包括远程控制设备、太阳能发电板1、流量操报RTU2、立柱3、至少一个流量计4和GPRS网络；流量操报RTU2包括外壳、主控芯片、信号采集单元、数据存储单元、输出口、输入口，主控芯片通过RS485总线与多个流量计连接；主控芯片根据系统设定程序以一定的时间为周期对多个流量计进行轮流查询，采集各流量计数据，并进行相关数据的存储、分析与处理。外壳材质为铝合金喷塑外壳。

主控芯片通过GPRS网络连接远程控制设备，上传数据文件至远程控制设备，接受远程控制设备指令进行程序更新，远程控制设备可为电脑、平板、手机等，操作人员无需在固定操作房内操作，可以随时、随地根据需要控制设备程序。

流量计4前后端设置连通管道，其中前管长度为8倍流量计长度，后管为5倍流量计长度。以减少管道对流体流动性能的影响，保证正常测量精确度。相邻流量计4设置距离为5km，在充分保证管道流量数据准确性的同时节约设置成本。

流量操报RTU2设置于立柱3上，太阳能发电板1位于立柱2顶端，与水平方向呈35°夹角，对准正午太阳，以获得更多的电能，太阳能发电板连接流量操报RTU2和流量计4，提供其工作所需电能。

主控芯片通过访问远程控制设备的指定端口，与指定端口建立连接，可以从远程控制设备通过互联网对本地处理设备程序进行远程升级，从而避免了操作人员专门携带电脑到现场进行升级操作，或者将已更新程序的模块带到现场进行拆装替换操作。

信号采集单元分为数字信号采集单元和模拟信号采集单元，负责各流量计的数字信号和模拟信号采集；模拟信号采集单元采集的模拟信号通过模数转换单元转换成数字信号，数字信号通过Modbus标准协议与主控芯片进行数据传输，信号采集单元还设有数据自动分析系统，可以对采集的数字信号及模拟信号进行自动分析以及结果报告。

数据存储单元具有数据存储功能，其存储空间可保存记录240条（30分钟/条），存储使用寿命达10万次，当本地系统设备因网络异常或其它原因无法直接连接到云端时，主控芯片可将数据暂时存储到数据存储单元，待网络恢复正常时可将本地存储数据恢复到云端服务器。

输入口通过检测电平变化（工作电压、工作电流值的变化）产生响应，做出对应的动作。数字输入口共4个，可NPN、PNP切换，电压范围为0-40V，模拟输入口供两个，电压范围为0-27V，模数转换分辨精度为10位。

输出口可以控制外设的开通和关断，如在电池电压低的时候，通过关闭一些非必要外设节省电量以延长电池续航时间。输出口用灌电流的方式驱动所接外部设备，每个数字输出口灌电流都可达到5.8A，耐压可达30V（TA=25℃时）。

输入口和输出口设有相应的指示灯指示，当系统输入或者输出为有效时，对应的指示灯就会点亮，还设有电源指示灯，指示系统工作状态。

流量操报RTU2还包含有存储容量为31字节的随机存储芯片H1302Z，并通过IIC总线与主控芯片连接，可以用来存储设备工作相关的参数和设置，无使用寿命限制，系统断电并重新上电后，重要参数和设置不会丢失。

本实用新型的工作原理及使用方法：系统上电后，流量操报RTU2进行初始化及自检，并通过GPRS网络读取网络时间，与系统当前时间进行比较，通过RS485总线， Modbus_rtu协议，以30分钟/次的速率，读取网络时间、电压值，轮询接入总线的各个流量计，读取各个流量计4的原始数据，各个流量计以设置不同的Modbus地址区分。数据通过数据采集单元进行采集，并通过Modbus标准协议将数据传输至主控芯片，取得数据后，主控芯片对原始数据进行处理，将数据分类存放至数据存储单元，对异常状态做出响应以及生成处理过的数据。主控芯片通过建立GPRS网络连接，将流量计4数据及流量异常错误信息上报远程控制设备，方便远程控制设备的查询和处理，同时接受远程控制设备指令进行程序更新。