一种管网监测控制系统及采用该系统实现的监测控制方法

摘要

一种管网监测控制系统及采用该系统实现的监测控制方法，涉及管道监控领域。本发明是为了解决现有技术中缺少对地下管道进行实时监测控制的系统及方法的问题。流量计的流量信号输入/输出端连接数据采集器的流量信号输出/输入端，太阳能板的电源输出端连接24V直流太阳能电池的电源输入端，24V直流太阳能电池同时为远程控制阀和数据采集器供电，压力变送器的压力信号输出端连接远程控制阀的压力信号输入端，远程控制阀数据输入/输出端连接数据采集器的数据输出/输入端，数据采集器以GPRS无线方式连接上位机的服务器端口。它用于对地下管道进行监控。

说明书

技术领域

本发明涉及一种管网监测控制系统及采用该系统实现的监测控制方法。属于管道监控领域。

背景技术

随着国家基础建设的日益完善，城市各类管道网已基本建设完成。目前，主要有燃气管道、供排水管道、供热管道以及一些其他管道。但是随着人们生产生活日益改善，环境的不断变化，由于没有合理的统计规划，城市的供水、排水、天然气、石油等管网错综复杂的安布在地下，不同年景下的管线；不同安装环境下的管线；不同材质的管线；不同地理位置的管线，使得地下管网存下了多种安全隐患。地下管道事故频繁的出现，及时掌握各类管道状态，准确定位事故位置，实时控制问题管道阀门关闭并去除安全引患，已经是摆在城市发展之路上的绊脚石。

现有因为缺少对燃气管道、供排水管道、供热管道等地下管道的监测系统，导致对管道泄漏、爆管等状况全然不知。不能及时掌握地下管道的状态及不能及时对管道进行控制。

然而，现有技术的缺陷在于：缺少对地下管道进行实时监测控制的系统及方法。

发明内容

针对上述现有技术中缺少对地下管道进行实时监测控制的系统及方法的问题，本发明提出了一种管网监测控制系统及采用该系统实现的监测控制方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种管网监测控制系统，它包括数据采集器、流量计、远程控制阀、压力变送器、太阳能板、24V直流太阳能电池和上位机，

流量计、远程控制阀和压力变送器均设置在管网管道上，

流量计的流量信号输入/输出端连接数据采集器的流量信号输出/输入端，

太阳能板的电源输出端连接24V直流太阳能电池的电源输入端，

24V直流太阳能电池的一路24V直流电源信号输出端连接远程控制阀的24V直流电源信号输入端，

24V直流太阳能电池的另一路24V直流电源信号输出端连接数据采集器的24V直流电源信号输入端，

压力变送器的压力信号输出端连接远程控制阀的压力信号输入端，

远程控制阀的数据输入/输出端连接数据采集器的数据输出/输入端，

数据采集器以GPRS无线方式连接上位机的服务器端口。

优选地，上位机包括服务器和客户端，上位机内含有控制软件，控制软件的控制流程为：

服务器从数据采集器接收采集回来的数据，再将该数据存储到数据库里，同时，客户端以网络的方式访问服务器，并间接的从数据库里查询数据，客户端还能够给服务器发送实时读数据或控阀指令，通过服务器间接的发送给数据采集器。

优选地，客户端包括菜单单元、设备列表单元、监控单元和报警单元，

菜单单元，用于对服务器访问的具体地址进行设置、设置瞬时流量陡增报警值、出口压力报警值、瞬时流量超限报警值和压差陡增报警值、权限设置及信息查询；

设备列表单元，用于选择所要监测的管网监测控制系统所在的位置，

报警单元，用于将采集到的数据与菜单单元中设置的报警阈值作比较，若采集的瞬时流量数据大于或等于设备的报警值或者采集的压力数据小于或等于设备的报警值，则以短信报警或警灯报警；

监控单元，用于对设备列表单元中监测的设备进行数据显示及在接收到报警单元的报警后，控制相应的远程控制阀关闭。

根据本发明的另一个方面，提供了根据一种管网监控系统实现的监测控制方法，它包括以下步骤：

步骤一、采用流量计采集管网管道内的瞬时流量数据并通过数据线上传给数据采集器，

采用压力变送器采集管网管道内的压力数据并通过数据线将该给数据存储在远程控制阀内，数据采集器采集远程控制阀内的压力数据；

步骤二、数据采集器通过GPRS无线方式将瞬时流量数据和压力数据传送给服务器，

由服务器判断采集的瞬时流量数据是否大于或等于设定的瞬时流量超限预警值，如果是，则确认流量超限报警，如果否，则不报警，

由服务器判断采集的瞬时流量数据是否大于或等于设定的瞬时流量陡增预警值，如果是，并且陡增报警次数超出设定的预警次数，则确认流量陡增报警，如果否，则不报警，

由服务器判断采集的压力数据是否小于或等于设定的出口压力超限预警值，如果是，并且压力超限报警次数超出设定的预警次数，则确认压力超限报警，如果否，则不报警，

客户端以网络的方式访问服务器，由客户端同时显示三种报警结果，客户端报警区域如果有以上三种报警显示，则发出报警，执行步骤三；

步骤三、客户端对报警进行处理，选择性关闭或调节对应管道的远程控制阀。

本发明的有益效果为：

以流量计和压力变送器为前端数据采集工具。通过无线通信技术搭建的物联网平台对数据、设备进行管理。通过预设值能够及时或者提前发现事故隐患，从而将问题解决在萌芽之中。根据对流量及压力的监测对管道泄漏、爆管等状况进行报警，自动或手动对故障部位管道进行关闭等操作。实现了现场机、电、仪和执行器等设备的虚拟化、智能化、多功能化和网络化。同时将它们和管理者有机的结合起来，做到自动有效控制和及时结果展现。

由于系统中监测、控制和采集设备都使用24V直流太阳能电池供电，方便设备在不同区域使用，而不用考虑电源问题。并且，在不具备市电供电条件的地方，利用太阳能供电系统供电，完全可以保证现场设备操作的可靠性和稳定性。并且该系统的监测的准确性强、可靠性高。

本发明有以下效果：

1、实时接收管网检测点压力、流量信息，通过上位机屏幕进行动态显示与异常预警提示以及声音警示，系统自动对监测信息、报警信息、操作信息进行记录、图表报表分析与管理。

2、通过客户端，系统能够对监测数据提供方便的查询功能，并能以图表、报表等形式对监测的数据进行基本统计分析。

3、系统配备独立服务器，所有监测数据汇入独立的数据库系统，并能实现通过公共网络与其他办公场地数据交换等功能。

4、在重要管网节点建立监测和控制点，对流量、压力进行实时在线监测，实现额定范围值设定与超标主动报警功能，并可以实时通过远程控制阀对管道进行开启和关闭控制。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种管网监测控制系统的原理示意图；

图2为具体实施方式一所述的一种管网监测控制系统的结构示意图；

图3为具体实施方式四所述的一种管网监测控制方法的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种管网监测控制系统，它包括数据采集器1、流量计2、远程控制阀3、压力变送器4、太阳能板5、24V直流太阳能电池6和上位机7，

流量计2、远程控制阀3和压力变送器4均设置在管网管道上，

流量计2的流量信号输入/输出端连接数据采集器1的流量信号输出/输入端，

太阳能板5的电源输出端连接24V直流太阳能电池6的电源输入端，

24V直流太阳能电池6的一路24V直流电源信号输出端连接远程控制阀3的24V直流电源信号输入端，

24V直流太阳能电池6的另一路24V直流电源信号输出端连接数据采集器1的24V直流电源信号输入端，

压力变送器4的压力信号输出端连接远程控制阀3的压力信号输入端，

远程控制阀3的数据输入/输出端连接数据采集器1的数据输出/输入端，

数据采集器1以GPRS无线方式连接上位机7的服务器端口。

本实施方式中，通过上位机实时对管线进行监测及动态判断异常情况，如有异常，则可以通过上位机以软件报警、警灯提醒、短信提示等方式告知管理人，管理或操作人则关闭阀门，及时对异常情况进行处理，把安全及损失及时控制在最低，通过软件平台对数据进行统计分析合理调配管线流量，使管网安全可靠的运行。

本实施方式主要完成管道数据监测；为供水、供热、供气、供油公司或集团存储、统计、分析、管理管网大数据做铺垫，并可以及时控制现场管道跑冒地漏的情况；调节不平衡情况等。最终达到城市物联网管理。

本实施方式中，数据采集器1、流量计2、远程控制阀3、压力变送器4、太阳能板5和24V直流太阳能电池6负责监测和执行控制管网的管道，上位机负责存储、统计、分析、判断和命令控制等操作。

远程控制阀3由于独特的机械原理和四氟式驱动技术，使得阀门开关时的功耗极低，这样使用的电源就可以选择DC24V电源，同比市场上同规格阀门使用AC 220V或380V电源要安全可靠得多。

对于终端需安装在地面下井内的测点，选择微功耗自供电测控终端，外壳防护等级达IP68以上，浸泡不影响设备正常运行，工作模式采用定时采集上报设计。

远程无线控制阀，以安全电压供电，对其进行远程开/关阀操作，也可以对其进行调节开启度操作。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种管网监测控制系统作进一步说明，本实施方式中，上位机7包括服务器7-1和客户端7-2，上位机7内含有控制软件，控制软件的控制流程为：

服务器7-1从数据采集器1接收采集回来的数据，再将该数据存储到数据库里，同时，客户端7-2以网络的方式访问服务器7-1，并间接的从数据库里查询数据，客户端7-2还能够给服务器7-1发送实时读数据或控阀指令，并通过服务器11发送给数据采集器1。

本实施方式中，数据库主要是存储数据，服务器主要是开放端口供数据采集器、客户端、数据库提取交换数据，客户端主要完成用户防问、添加、删除、修改、提示、查询、分析、控制等相应操作。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种管网监测控制系统作进一步说明，本实施方式中，

客户端7-2包括菜单单元、设备列表单元、监控单元和报警单元，

菜单单元，用于对服务器11访问的具体地址进行设置、设置瞬时流量陡增报警值、出口压力报警值、瞬时流量超限报警值和压差陡增报警值、权限设置及信息查询；

设备列表单元，用于选择所要监测的管网监测控制系统所在的位置，

报警单元，用于将采集到的数据与菜单单元中设置的报警阈值作比较，若采集的瞬时流量数据大于或等于设备的报警值或者采集的压力数据小于或等于设备的报警值，则以短信报警或警灯报警；

监控单元，用于对设备列表单元中监测的设备进行数据显示及在接收到报警单元的报警后，控制相应的远程控制阀3关闭。

本实施方式中，客户端不仅可以完成管道监测和控制操作，还可以对操作人员进行权限分配、历史数据查询、操作者操作记录查询、基本信息查询、阀门调节及开关操作等功能。帮助管网管理人员对管网完成智能化管理。真正实现了城市地下管线的物联网、大数据，使管网监测控制系统更具可控性。

客户端是以C/S架构完成对城市管网的监测、管理、控制和分析的软件平台，可将地下管网信息实时采集、存储、查询、分析和管理，并可以完成对不同管道的单独控制，设置报警值，处理报警设备等操作。

客户端的主界面，分为菜单区、设备列表、监控区、报警区。其中，菜单区包括系统设置、基础信息、报警设置、权限设置、信息查询、帮助。

其中，系统设置菜单包括通信设置和显示设置。通信设置是对服务器访问时的具体地址的设置。显示设置是对监控区显示的字段进行设置。

基础信息菜单包括用户信息、采集器信息和终端信息。用户信息是对管网组织架构进行建立。采集器信息是对GPRS数据采集器基本信息建立。

终端信息是对管道节点设备信息的建立，其中，包括仪表流量计、阀门远程控制阀、压力及配套采集器相关信息的创建。

报警信息菜单包括报警器设置、短信报警设置。报警器设置是当调度室安装报警器时，将报警器功能打开。短信报警设置可以将主要管理人员的手机号码添加到可短信报警提示的列表里，有报警情况即把相关报警信息上报给已设置好手机号的管理人员，此功能是以调度试室无人看守时，方便即时处理报警情况。处理完报警节点后，处理后的报警情况也会以短信方式发送给已设置好手机号的管理人员，作为信息反馈。

权限设置菜单包括人员权限和更改密码。在人员权限的设置里可以对管理人员进行设置，权限级别分为管理员和操作员，管理员具有最高操作权限，即所有操作都可以执行，面操作员的权限只限于基本查看功能，没有更改用户和设备信息的权限，也没有开关阀的操作权限。

信息查询菜单包括报警设置查询、报警信息查询、操作记录查询、历史数据查询、基本信息查询、采集器查询等。

报警设置查询：可以查询到所有设备报警设置信息，也可以通过双击对不同节点设备进行单独的报警设置。设置内容有流速陡增报警、出口压力报警、压差陡增报警、流速超限报警及电量低压报警等。

报警信息查询：可以查询到不同节点设备在一段时间内有无报警情况，具体报警内容有哪些，处理情况和操作人员是谁等信息。

操作记录查询：可以查询到一段时间内具体管理人员操作的信息及时间，此功能是方便追溯操作者的责任，以免责任事故出现。

历史数据查询：可以根据选中的节点设备，查询其一段时间内连续的流量或压力数据信息，并可以以图表的形式表现出来，可也以将数据导出，方便人为分析管网情况。

基本信息查询：可以查询到所有设备基础信息情况，导出管理。

采集器查询：可以查询得到各节点设备的采集器在线情况，有助于管理各节点设备。

报警信息和开关阀处理：当有报警信息提示时，需要人为的进入处理界面，判断分析现场具体情况后，如果为正常报警情况，则人为的处理阀门的开关，现场处理完毕后再恢复原状态。在监控界面也可以双击设备进入终端控制界面，完成调控阀门操作。

在选中客户端软件中的设备列表的设备后，右键可以选择实时抄表或监控操作。实时抄表后，可以立刻采集选中设备当时的数据信息情况。有助于分析管道运行情况。

具体实施方式四：根据具体实施方式一至具体实施方式三中任一项所述的一种管网监测控制系统实现的监测控制方法，它包括以下步骤：

步骤一、采用流量计2采集管网管道内的瞬时流量数据并通过数据线上传给数据采集器1，

采用压力变送器4采集管网管道内的压力数据并通过数据线将该给数据存储在远程控制阀3内，数据采集器1采集远程控制阀3内的压力数据；

步骤二、数据采集器1通过GPRS无线方式将瞬时流量数据和压力数据传送给服务器7-1，

由服务器7-1判断采集的瞬时流量数据是否大于或等于设定的瞬时流量超限预警值，如果是，则确认流量超限报警，如果否，则不报警，

由服务器7-1判断采集的瞬时流量数据是否大于或等于设定的瞬时流量陡增预警值，如果是，并且陡增报警次数超出设定的预警次数，则确认流量陡增报警，如果否，则不报警，

由服务器7-1判断采集的压力数据是否小于或等于设定的出口压力超限预警值，如果是，并且压力超限报警次数超出设定的预警次数，则确认压力超限报警，如果否，则不报警，

客户端7-2以网络的方式访问服务器7-1，由客户端7-2同时显示三种报警结果，客户端7-2报警区域如果有以上三种报警显示，则发出报警，执行步骤三；

步骤三、客户端7-2对报警进行处理，选择性关闭或调节对应管道的远程控制阀3。

本实施方式中，选择性调节指的是对远程控制阀的阀门不全部开启，开启50％左右。

本实施方式中，管网管道上的监测设备具有实时采集压力、流量及阀门相关数据的功能，将数据通过数据采集器以GPRS无线通信方式上传给服务器软件，经过软件的解析，存储到数据库。当管道内流量增大压力下降到一定值时，可以判断管道为泄漏或爆管，及时做处理。具体报警及处理过程：如果采集的瞬时流量数据大于或等于设备的瞬时流量超限预警值，则客户端在软件上会提示流量超限报警，并且显示出具体管道、时间、预警值和报警值，同时等待处理；如果采集的瞬时流量数据大于或等于设备的瞬时流量陡增预警值，且超出采集的预警次数，则客户端在软件上会提示流量陡增报警，并且显示出具体管道、时间、预警值和报警值，同时等待处理；如果采集的出口压力数据小于或等于设备的出口压力超限预警值，且超出采集的预警次数，则客户端在软件上会提示出口压力超限报警，并且显示出具体管道、时间、预警值和报警值，同时等待处理。在以上报警过程中，软件提示报警是一种方式，同时警灯报警和短信报警也会提示管理人员及时处理报警情况。处理报警管道问题节点，可以通过分析判断是否对管道阀门进行开关操作，如果判断为泄漏或爆管，通过客户端及时远程控制对应节点远程控制阀关阀，把问题管道的损失和安全控制到最小。