IIoT 解决人工液位测量的低效、危险和延时问题

燃料零售、水/废弃物管理、农业和回收利用等行业通常需要将大量液体贮存在储罐或容器中，这些储罐或容器可能分布于范围宽广的不同区域。 储罐液位监测历来是一个人工过程，因此存在一些缺点。 亲临偏远站点耗费时间，并且工作人员也可能在测量过程中陷入不 舒适或危险的处境，特别是在天气恶劣的情况下。 某些工作人员可能还会忘记或疏于定期读数。

总之，人工测量始终存在人为错误的风险，从而可能导致数据记录有误： 如果储罐的存货供销售使用，例如加油站的燃油或柴油机尾气处理液，储罐应在重新装满之前清空，否则超出的新液体可能将无法贮存。 另一方面，储罐贮存供处理或回收的废弃液体时，准确的液位信息能够确保储罐按需清空，从而可避免为收集少量液体而定期到访所花费的成本。

利用工业物联网 (IIoT) 技术，为消除上述缺点和实现进一步改善带来了极其便利且经济高效的方式，这些改善包括避免多余行程、提高工作效率、改善客户服务质量，以及增强工作人员的安全性。

非接触式液位测量

观察镜和浮子/液位指示器的方法由来已久，可用于在工业储罐内验证液位。 然而，观察镜测量的实施和密封费用昂贵，而浮子/液位传感器则容易因浮子被腐蚀、卡住或穿孔而发生故障。 超声波传感器避免了观察镜所需的复杂密封过程，同时，无移动零件的特性使其可靠性优于浮子/液位传感器。

TE Connectivity Ultrasonic Sentio™ LL-01 等超声波液位传感器属于阈值传感器，通过检测探头的感应间隙中是否存在液体来产生信号。 超声波信号在间隙中传输，而液位检测依赖于信号衰减差异，当液体填满间隙时衰减极低。 检测器收到有效信号时，传感器将产生输出信号，指示间隙中存在液体。 该类型传感器适合泵保护、油膜检测或切断系统等应用。

精确测量储罐内的液位和液体体积，需运用另一个不同的超声波监测原理。 SSI Technologies 数字 Fluid-Trac™ DFT-110 用于安装在标准 55 加仑圆桶的桶盖内，可产生超声波，超声波到达下方液体表面时将反射回程（图 1）。 通过测量回波到达桶盖的时间，可基于声速计算出传感器与液体表面之间的距离。 接下来，传感器将利用行业标准 (ANSI MH2-2004) 指定的已知圆桶尺寸计算液体体积，并将计算结果显示在内置显示面板上，此面板由数字 LCD 和警告体积过小的红色 LED 灯组成。 液体体积计量的精确度可达到 1.0 公升。

图 1： DFT-110 与标准圆桶开口配接，不会向桶内突出。

大规模远程液位测量

随着工业物联网 (IIoT) 的发展，我们可以做出大胆的设想，开发远程液位感应解决方案，将超声波监测的液位数据发送到云，从而实现可随时在桌面或移动设备上通过 Web 浏览器使用这些详细信息。 这些信息可包括阈值警报、实时液位读数或基于云的分析应用生成的预测信息。

Digi International 已推出一系列交钥匙型整体液位传感器，其运用的超声波测量原理与前文所述的 SSI DFT-110 完全相同，并且将蜂窝连接功能与可选 GPS 接收器完美集成。 在这些设备中，Digi Connect® Tank CTANK-A611 具有短程超声波检测器和国际 2G/3G UMTS 蜂窝连接功能，并且集成了 GPS 接收器，允许传感器发送位置数据和液位信息。 凭借蜂窝连接功能，即使是在其他网络基础设施可能不适用的偏远位置，我们也可以监测各地的储罐。 这款传感器还包含一个温度检测器，用于通过温度调节补偿已知的声速变化。除此之外，还配有一个寿命为两年的非充电电池，每日可执行 2 次数据读取和信息传输。

传感器通过蜂窝网络将液位和位置数据发送到 Digi Device Cloud^SM。 Device Cloud 帐户持有人可使用此项服务，通过 Web 浏览器监测感应数值和传感器状态，也可实现配置和固件升级。 由 Digi Device Cloud 服务计算得出的信息，可导入企业供应链管理计划等应用，以便于协调必要的应对措施，包括增购液体并安排将其运往站点，或者发布回收通知以视察和清空储罐。 图 2 显示 Digi Connect Tank 和 Device Cloud 用作交钥匙型监测解决方案的工作原理，该方案用于协调加油站柴油机尾气处理液 (DEF) 的供应（DEF 注入柴油机的排气装置，用于减少烟尘和有害 NOx 的排放）。

图 2： 传感器模块和云服务提供了便利的交钥匙型远程监测解决方案。

此外，Digi Connect® Sensor 蜂窝网关现已上市，为多种传感器连接到 Digi Device Cloud 提供了方法（图 3）。 该模块包含四个模拟 I/O 接口，可配置为 1 至 10 V_DC 或 4 至 20 mA 电流输入，提高了连接多类模拟工业传感器的灵活性。 此外，模块还提供了数字 I/O，可配置用于脉冲计数，或在检测到上升沿或下降沿后，将设备从休眠模式中唤醒。 每个连接还包含了可调性电压输出，经配置后，几乎可为所有传感器供电。 Digi Connect Wizard 移动应用也已推出，这款应用可直接通过 Bluetooth® 连接传感器网关，以在本地显示数据，从而省去了所有不必浪费的专用仪器。 这款移动应用还可以连接到 Device Cloud 服务，以验证配置和监测状态。

图 3： 传感器网关和 Device Cloud 可帮助用户捕获数据，并将其导入企业应用。

总结

超声波液位感应安全，便利，可靠。 计算超声波波程的传感器可提供准确的液位测量，并且能够在各种场景中用于本地或远程监测。 对远程监测而言，Digi Connect Tank 等具备内置蜂窝连接性的交钥匙型解决方案，集成了所有必需的零部件和功能，以用于配置传感器并在云端中收集数据供分析和监测。 传感器和 Device Cloud 服务是更广泛的 IIoT 生态系统的构成部分，该系统能够使大量工业传感器轻松连接到云。