一种无破坏性的污水处理设备智能升级系统的制作方法

技术领域：

本实用新型基于低功耗stm32系列单片机和zigbee无线通信技术，实现了设备端与plc端之间对于4-20ma模拟信号以及rs485数字信号的采集与收发功能，属于防爆级无线通信技术领域。

背景技术：
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某石化厂区需进行污水处理系统的智能化升级(自控系统→智能系统)，需要增加数据传输系统。通常情况下会采用地下线路传输。但为保证厂区安全，需要在不动工、不动火的情况下进行升级改造。因此本设计采用zigbee无线技术，对数据进行传输。

技术实现要素：
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针对目前存在的数据线路传输速度慢，价格昂贵，易受环境影响，可靠性低，施工过程复杂等缺点，本实用新型提出了一种采用zigbee无线技术的，针对于4-20ma模拟信号以及485数字信号的数据采集、处理、传输系统。

本发明采用如下技术方案：

包括设备端和plc端，所述设备端与污水处理设备信号线路相连，用于在不破坏原设备的数据传输和正常工作时收集实时数据，并与plc端进行双向信息传输，plc端收集到数据后将反馈信息传回设备端，所述设备端与plc端之间通过无线通信连接。

设备端与plc端使用统一硬件系统，硬件系统可以设定当前端功能。

统一硬件系统包括4-20ma模拟模块(101)、rs485数字模块(102)以及主控模块(103)；所述主控模块(103)分别与4-20ma模拟模块(101)、rs485数字模块(102)连接。

4-20ma模拟模块(101)包括：i/v转换模块(201)、v/f转换模块(202)、第一光耦隔离模块(203)、第二光耦隔离模块(204)、第一隔离电源模块(205)、f/v转换模块(206)、v/i转化模块(207)、第二隔离电源模块(208)、模拟板/主板信息交互端口(209)、模拟通道说明开关(210)、4-20ma输入端口(211)以及4-20ma输出端口(212)；所述4-20ma输入端口(211)与i/v转换模块(201)的输入端连接；所述i/v转换模块(201)的输出端与v/f转换模块(202)的输入端连接；所述v/f转换模块(202)的输出端与第一光耦隔离模块(203)、第二光耦隔离模块(204)的输入端连接；所述第一光耦隔离模块(203)的输出端与f/v转换模块(206)的输入端连接；所述f/v转换模块(206)的输出端与v/i转化模块(207)的输入端连接；所述v/i转化模块(207)的输出端与4-20ma输出端口(212)连接；所述第一隔离电源模块(205)分别与i/v转换模块(201)、v/f转换模块(202)以及第二光耦隔离模块(204)连接；所述第二隔离电源模块(208)分别与f/v转换模块(206)、v/i转化模块(207)以及第一光耦隔离模块(203)连接；所述模拟板/主板信息交互端口(209)与模拟通道说明开关(210)、第一光耦隔离模块(203)以及第二光耦隔离模块(204)连接。

rs485数字模块(102)包括：包括adm2582芯片、电阻和电容。

主控模块(103)包括：中央处理器模块(301)、zigbee无线模块(302)、开关模块(303)、显示模块(304)以及电源模块(305)；所述中央处理器模块(301)分别与zigbee无线模块(302)以及显示模块(304)连接；所述电源模块(305)分别与中央处理器模块(301)、zigbee无线模块(302)连接。

进一步地，中央处理器模块(301)采用基于stm32f系列控制芯片，电路兼容stm32f1系列与stm32f4系列。

进一步地，zigbee无线模块(302)采用基于顺舟公司的sz05-l-pro-3zigbee无线芯片。

进一步地，4-20ma模拟模块(101)中，v/f转换模块(202)和f/v转换模块(206)采用lm331芯片；光耦隔离模块采用6n137芯片；i/v转换模块(201)采用xtr111芯片。

附图说明

图1为本发明一实施例中无破坏性的污水处理厂场内智能升级系统的组成示意图；

图2为本发明一实施例中无破坏性的污水处理厂场内智能升级系统硬件系统的组成示意图；

图3为本发明一实施例中硬件系统的4-20ma模拟模块电路结构框图；

图4为本发明一实施例中硬件系统的主控模块电路结构框图。

具体实施方式

本实用新型中描述的一种无破坏性的污水处理设备智能升级系统的具体实施方式为：

本实用新型提供的硬件系统其特征在于：该硬件系统通过功能设定，在设备端和plc端均可使用，以实现两端对于4-20ma模拟信号以及485数字信号的双向传输。硬件系统包括4-20ma模拟模块、rs485数字模块以及主控模块。4-20ma模拟模块、rs485数字模块独立制板，可拓展为多路，以插接形式与主控模块电路板相连接。

具体地，在设备端，4-20ma信号通过4-20ma输入端口(210)进入4-20ma模拟模块(101)，通过i/v转换模块(201)将4-20ma电流转换为0-5v电压传送到v/f转换模块(202)，将电压信号转换为频率信号，分别传送到第一光耦隔离模块(203)和第二光耦隔离模块(204)的输入端。第一光耦隔离模块(203)输出端与f/v转换模块(206)输入端连接，f/v转换模块(206)将频率信号转换为电压信号，传送至v/i转换模块(207)，将电压信号转换回4-20ma信号，在4-20ma输出端口输出。第二光耦隔离模块(204)输出端与模拟板/主板信息交互端口(209)连接，模拟板/主板信息交互端口(209)与主控模块(103)连接，将数字化的频率信号传送至中央处理器模块(301)。第一隔离电源模块(205)分别与i/v转换模块(201)、v/f转换模块(202)以及第二光耦隔离模块(204)连接为其供电，第二隔离电源模块(208)分别与f/v转换模块(206)、v/i转化模块(207)以及第一光耦隔离模块(203)连接为其供电，隔离电源模块采用dc/dc芯片进行电源隔离，然后通过稳压器分解出不同的电压为不同模块芯片供电。模拟通道说明开关(210)采用三位拨码开关，可以显示8种状态，作为id号等信息，连接至模拟板/主板信息交互端口(209)，以将模拟板信息传送至中央处理器模块(301)。事实证明，通过前向通道和后向通道之间的光耦隔离、前向通道和后向通道与主控板之间的电源隔离，使系统具有较高的防爆性能以及较高的可靠性。

具体地，在设备端，rs485信号通过数字隔离芯片传送至中央处理器模块(301)。

具体地，在设备端，主控模块(103)中，中央处理器模块(301)接收4-20ma模拟模块(101)、rs485数字模块(102)传送的子板信息以及采集的信号，经stm32系列单片机主控芯片处理，通过zigbee无线模块(302)发送至plc端。zigbee模块可以收发数据与主控芯片进行数据的双线传输并可以检测当前zigbee信号场强大小传送至主控芯片。显示模块接收主控芯片指令，通过led灯可以通过主控芯片的控制，显示当前zigbee无线场强大小以及系统工作状态。开关模块(303)包括功能开关、用户按钮等以实现人机交互功能。电源模块(305)通过dc/dc隔离电源分别为中央处理器模块(301)、zigbee无线模块(302)供电。

具体地，在plc端，主控模块(103)通过zigbee无线通讯接收设备端发送的信息，通过主控芯片的处理，发送至4-20ma模拟模块(101)和rs485数字模块(102)。其他模块工作方式与设备端相同。

具体地，在plc端，4-20ma模拟模块(101)调整至plc端功能。从主控模块(103)接收的数据直接发送至第一光耦隔离模块(203)，最终转换成4-20ma电流信号发送至中控室。

具体地，在plc端，rs485模块将接收的数字信号通过数字隔离芯片发送至中控室。

具体地，plc端向设备端发送4-20ma/485信号时，原理同上，将两者互换位置即可。

上述无破坏性的污水处理设备智能升级系统的硬件系统不仅限用于本发明中提到实例，亦可应用于其他有防爆、防火、无破坏、高可靠性需求的短距离数据双向无线传输应用中。