基于GPRS和ZigBee的液氨罐区无线监测系统.pdf

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1、28化工自动化及仪表第43卷基于GPRS和ZigBee的液氨罐区无线监测系统应华平李鸣娄海强(南昌大学机电工程学院，南昌330031)摘要针对传统液氨罐区对各生产参数监控不足及设备分散不便于管理等缺陷，提出基于GPRS和ZigBee无线通信技术的液氨罐区无线监测系统。在介绍系统总体架构和功能的基础上，给出系统硬件方案和部分软件流程。测试结果表明：系统运行稳定，操作界面友好，数据传输实时性与同步性均满足工业需求。关键词罐区监测系统GPRSZigBee液氨中图分类号TH862文献标识码B文章编号1000-3932(2016)01-0028-04随着工业信息化和自动化技术的发

2、展，我国2014年公布了《关于进一步加强化学品罐区安全管理的通知》，明确要求进一步完善化学品罐区监测监控设施，并有效防范化学品罐区生产安全事故。在化工领域中液氨是重要的化工原料，然而液氨罐区生产对温度、液位、压力及气氨浓度等参数监控不足，且大量液氨储罐分布比较分散，传统监控措施无法及时对其进行监控与管理，导致液氨罐区成为发生泄漏、火灾或爆炸的高危场所⋯。液氨罐区有线监测系统的缺陷越来越凸显，经常由于现场线缆出现腐蚀老化而导致生产事故甚至引发火灾。因此，通过短距离无线通信技术使液氨罐区所有设备连成网络，结合远程实时监测功能，实现液氨罐区生产自动化与安全化已成为其发展的必然

3、趋势。ZigBee无线通信技术具有组网简单灵活、成本低、功耗低及运行安全可靠等特点旧o。GPRS通信技术以其数据传输实时性强、通信距离远、可间断及数据传输时间长等优点口o，在工业远程监测控制系统中具有巨大的应用前景。在此，笔者基于GPRS和ZigBee无线通信技术，设计液氨罐区无线监测系统，以改善传统监控措施的不足。1系统总体架构液氨罐区无线监测系统分为现场采集终端网络、嵌入式控制端和远程数据监视中心3部分，其总体架构如图1所示。嵌入式控制端为系统核心，考虑到嵌入式主芯片自身性能稳定性、各模块兼容性与扩展性及产品价格等因素，选择$3C2440A芯片作为系统控制中心，该微

4、处理器基于ARM920T内核架构，采用32位RISC指令集，高性价比、低功耗、低成本，具有丰富的片内资源，工作频率400MHzMJ。$3C2440A控制端搭载Linux2．6系统，外部扩展多种设备，包括摄像头、语音预警、GPRS无线通信及ZigBee协调器等模块，具有液氨罐区状态查询与控制、语音预警、远程短信通知及无线数据输送等功能。温度传感器液位传感器图1系统总体结构收稿日期：2015-05·15基金项目：江西省科技支撑计划资助项目(20lllBBG70012—2)第l期应华平等．基于GPRS和ZigBee的液氨罐区无线监测系统29每个液氨储罐对应安装一个ZigBee

5、无线采集终端模块，采集终端由ZigBee无线收发器、各种传感器及安全锁模块等组成。传感器周期性采集液氨的压力、温度、液位及气氨浓度等参数，经过模数转换、放大、滤波和功能放大，由无线射频将信号发送至协调器。协调器通过无线射频天线接收，再经过放大、降频、滤波、解调及解析等处理后，通过串行口将数据送人ARM处理器分析。如果压力、液位、温度或气氨浓度出现异常，则语音系统将根据异常储罐编号来提醒工作人员对其及时处理。远程数据监视中心利用GPRS无线网络接收罐区的各种生产参数，一旦进入高危险状态，将通过GPRS网络发送短信到相关工作人员手机，并及时执行安全联锁模块。2系统硬件部分2

6、．1ZigBee无线采样终端模块ZigBee无线采样终端模块作为数据采集单元，一端连接各种传感器，用于检测液氨罐的参数，另一端连接安全联锁执行模块，用以执行特定的任务。ZigBee无线采样终端模块采用CC2530芯片，该芯片内部集成8051硬核、无线收发器、ADC模块、64KB的FLASH存储器、21个通用GPIO和两个USART接口。其无线发射频率为2．4GHz，最大数据传输速率为250kbit／s。ZigBee无线采样终端模块添加了功率放大PA模块(CC2591芯片)，避免了仅采用CC2530芯片时存在的信号传输距离短、信号强度弱及网络覆盖面积小等缺陷。该设计方案可

7、使信号可靠传输距离达1000m以上，具有垂直6层穿墙能力，适合大型液氨罐区复杂生产环境。ZigBee无线采样终端模块同时连接了液位、压力、温度及气氨浓度等传感器，其中超声波液位传感器HS-2000无需开孔就能实现液位检测；采用PT212BX传感器测量储罐的压力参数；气氨浓度传感器采用MOT500一NH3；储罐内温度测量采用LVQWC一21温度传感器，其量程一40～60。C。同时，对ZigBee无线采样终端模块中的设备均进行了防爆、耐腐蚀及耐高温等处理。2．2GPRS无线收发模块在液氨罐区中，利用GPRS模块将现场生产参数、图片及预警等信息