CN101398130B - 一种利用现有无线网络监控流体传输管道的监控系统 - Google Patents
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Abstract
一种利用现有无线网络监控流体传输管道的监控系统，其主要由流量采集单元FCU、数据收发单元DTRU、操作维护中心OMC、电源供给模块PSM、GSM或CDMA无线网络五部分组成。该流量采集单元FCU安装在各类液体输送管道表面，其主要准确采集输油管道内部流动液体的流量，同时将采集到的流量数值调制打包后通过无线射频信号发送到GSM或CDMA无线网络；该电源供给模块PSM其主要功能是为该流量采集单元FCU提供电源；该数据收发单元DTRU将采集到的流量数据传递到现有的GSM或CDMA无线网络，同时接收从GSM或CDMA无线网络传送下来的监控数据和指令，通过GSM或CDMA无线网络建立该流量采集单元FCU和操作维护中心OMC之间的传输路径；该操作维护中心OMC其主要功能是监控管理整个液体输送管道内部输送状况，其主要是依据各个流量采集单元FCU所采集到的数据信息进行集中统一处理，监控各个管道的工作状态和流量，并对这些数据进行统计、计算，当管道出现泄漏状态时，发出相应的视觉告警和声音告警，并将管道相应的位置、状态、通过GSM或CDMA无线网络以短信的方式通知相应的责任人进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用现有无线网络对流体传输管道以及河流液位、成分进行监控管理的网络系统。本系统尤其适用对于自来水、石油、天然气等大型流体管道进行监控。
背景技术
目前对于长距离流体管道传输系统缺乏相应的网络监控传输系统。主要原因由于这些管道传输距离比较长，同时管道交错复杂。很难做到全方位的监控。能源资源已经成为全球非常关注的问题。很多不法分子利用没有监控网络的缺陷，对管道所传送的石油、天然气等资源进行盗窃。同时当出现管道阻塞、泄漏、水位急剧上升、下水道阻塞等缺陷时很难准确定位，和在第一时间通知相关责任人进行处理。
发明内容
随着通讯技术的发展，无线网络的覆盖范围越来越全面，目前在我国无线网络的覆盖已经达到90％以上，网络服务除了基本的语音业务外，还支持相应的数据业务。本系统发展基于无线网络为基础，充分利用其中的数据业务功能。本发明的目的是通过目前的无线网络作为传输通道，完成对流体管道内输送情形进行时时监控。当系统出现被阻塞、泄漏等急剧故障时，能准确及时发送告警信息，并及时将信息上报相关责任人进行处理。
本发明核心思想是将目前的无线网络和先进流体流量、液位采集技术结合起来，从而形成一套完成流体流量监控系统。
为实现上述目的，本发明提供一种利用现有无线网络监控流体传输管道的监控系统，其主要由流量采集单元FCU(Flux Collection Unit)、数据收发单元DTRU(Date Transmit&Receiver Unit)、操作维护中心OMC(Operation andMaintenance Center)、电源供给模块PSM(Power Supply Module)、GSM或CDMA无线网络五部分组成。
该流量采集单元FCU安装在各类液体输送管道表面，其主要准确采集输油管道内部流动液体的流量，同时将采集到的流量数值调制打包后通过无线射频信号发送到GSM或CDMA无线网络；该电源供给模块PSM其主要功能是为该流量采集单元FCU提供电源，将交流电源或者太阳能电池转化为FCU所需要的3.7V电源，同时进行能源储备；该数据收发单元DTRU采用GPRS模块，将采集到的流量数据传递到现有的GSM或CDMA无线网络，同时接收从GSM或CDMA无线网络传送下来的监控数据和指令，通过GSM或CDMA无线网络建立该流量采集单元FCU和操作维护中心OMC之间的传输路径；该操作维护中心OMC其主要功能是监控管理整个液体输送管道内部输送状况，其主要是依据各个流量采集单元FCU所采集到的数据信息进行集中统一处理，监控各个管道的工作状态和流量，并对这些数据进行统计、计算，当管道出现泄漏状态时，发出相应的视觉告警和声音告警，并将管道相应的位置、状态、通过GSM或CDMA无线网络以短信的方式通知相应的责任人进行处理。
附图说明
图1为本发明一种利用现有无线网络监控流体传输管道的监控系统整个系统的工作架构图。
图2为流量采集单元FCU的工作架构图。
图3为数据收发单元DTRU的工作架构图。
图4为操作维护中心OMC的工作原理图。
具体实施方式
众所周知，目前的液体流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装费时等缺点。本发明以石油管道输送监控系统为例进行详细描述。
图1为一种利用现有无线网络监控流体传输管道的监控系统整个系统的工作架构图，其主要由流量采集单元FCU(Flux Collection Unit)、数据收发单元DTRU(Date Transmit&Receiver Unit)、操作维护中心OMC(Operation andMaintenance Center)、电源供给模块PSM(Power Supply Module)、GSM或CDMA无线网络五部分组成。
该流量采集单元FCU安装在各类液体输送管道表面，其主要准确采集输油管道内部流动液体的流量，同时将采集到的流量数值调制打包后通过无线射频信号发送到GSM或CDMA无线网络，通过该无线网络将数据传送到数据收发单元DTRU，数据收发单元DTRU在接收到这些无线信号后，将数据进行解调回复原来的数值信号，同时将数值信号通过RS232接口将数值发送到操作维护中心OMC；该电源供给模块PSM其主要功能是为该流量采集单元FCU提供电源，将交流电源或者太阳能电池转化为FCU所需要的3.7V电源，同时进行能源储备；该数据收发单元DTRU采用GPRS模块，将采集到的流量数据传递到现有的GSM或CDMA无线网络，同时接收从GSM或CDMA无线网络传送下来的监控数据和指令，通过GSM或CDMA无线网络建立该流量采集单元FCU和操作维护中心OMC之间的传输路径；该操作维护中心OMC其主要功能是监控管理整个液体输送管道内部输送状况，其主要是依据各个流量采集单元FCU所采集到的数据信息进行集中统一处理，监控各个管道的工作状态和流量，并对这些数据进行统计、计算，当管道出现泄漏状态时，发出相应的视觉告警和声音告警，并将管道相应的位置、状态、通过GSM或CDMA无线网络以短信的方式通知相应的责任人进行处理。
各个单元主要功能如下：
1、FCU(Flux Collection Unit)：流量采集单元，利用超声波原理采集管道内部液体流动的速度，计算得出管道内部的液体流量的一种系统。流量采集单元主要功能如下：
A、采集管道内部流量。
B、将采集到的信号进行调制为射频信号。
C、将射频信号发送给GSM/CDMA无线网络。
D、上报运行状态信息。
FCU主要由流量传感器FS、数据处理器CPU、GPRS处理模块、射频收发模块RF、站点识别单元ID(含SIM卡)五个部分组成。各个部分之间的工作原理见附图2所示。
FS采集管道内部液体流量，并将采集到的流量值以及FS本身的运行状态通过RS232接口上报给CPU，CPU接受信息值后形成高速信号，并下发给GPRS模块。GPRS模块得到相应的信号后将相应的将数字信号进行调制后增加相应位置信息后，通过RF单元将设备信息上报给GSM或CDMA无线网络。同时接收从GSM或者CDMA无线网络下发的位置信息，以及软件更新信息。ID模块是站点识别单元，内置SIM卡，主要作用上报站点的位置信息。
该流量采集单元FCU利用超声波流量计的基本原理，通过流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量计不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。
2、DTRU(Date Transmit&Receiver Unit)：数据收发单元，采用GPRS模块，将采集到的流量数据传递到现有的GSM或CDMA网络，同时接收从GSM模块传送的监控数据和指令，通过GSM网络建立FCU和OMC之间的传输路径。其主要功能如下：
A、在无线网络中提取RF信号
B、将提取的RF信号进行解调，并将信号转换为RS232信号，上报OMC
C、提取从OMC下发的数字信息
D、将所提取信息转化为RF信号，并将信号发送到GSM/CDMA网络中。
DTRU单元主要由无线接收单元RCU，无线发射单元TXF，中频转换处理单元IF，CPU处理单元、天线单元ANT以及电源供给单元PS六个部分组成。该CPU处理单元连接中频转换处理单元IF，该中频转换处理单元IF同时连接无线接收单元RCU和无线发射单元TXF，该无线接收单元RCU和无线发射单元TXF同时连接天线单元ANT，该电源供给单元PS给无线接收单元RCU、无线发射单元TXF、中频转换处理单元IF、CPU处理单元、天线单元ANT供电。各个部分之间的工作原理见附图3所示。
3、OMC(Operation and Maintenance Center)：操作维护中心，其主要功能是监控管理整个液体输送管道内部输送状况，其主要是依据各个FCU所采集到的数据信息进行集中统一处理，监控各个管道的工作状态和流量，并对这些数据进行统计、计算。当管道出现泄漏状态时，发出相应的视觉告警和声音告警，并将管道相应的位置、状态以短信的方式通知相应的责任人进行处理。操作维护中心是整个监控网络的核心部分。该操作维护中心OMC的工作原理如图4所示。
A、OMC单元将采集到的输入方向起始端的FCU的流量值作为原始值，如图4中所示的FCU1、FCU4、FCU7。依据所采集到的原始值计算出各个位置对应流量值。如FCU2的流量值应该和FCUI的流量值相等。FCU5流量值应当为FCU5＝FCU1+FCU4-FCU3-FCU6
B、将采集到的其它位置的流量值与计算出的流量值进行比较。依据数据进行相应判断，并依据判断结果进行处理。当判断为告警时，发送相应的告警状态和信息。并将以短信方式通知当事人。如：理论值FCU2＝FCU1，当FCU2＜FCU1时，判断为在FCU1和FCU2之间存在泄漏，这时在管道上表现出相应的告警，同时发出声音(管道泄漏)同时向最初设置的FCU1和FCU2之间管理员发送短信，进行管道排查。再如假定FCU6是限量放流，当FCU6液体流量达到预警值时，OMC也发出流量已满足要求，并以短信通知进行相关人员进行相关处理。
C、接收FCU的故障告警信息，并在相应位置显示告警，并以短信通知责任人进行处理。
D、管理所有FCU运行软件版本，对各个FCU内部软件版本进行远程升级管理。
4、PSM(Power Supply Module)：电源供给模块，其主要功能是为FCU单元提供电源。将交流电源或者太阳能电池转化为FCU所需要的3.7V电源，同时进行能源储备。PSM依据输入电源的不同分为交流AC_PSM和DC_PSM两种电源模块。AC_PSM主要用于安装环境存在220V交流电源场景，DC_PSM主要用于无市电环境场景，采用太阳进行供电。两种电源模块的主要功能如下：
A、将220V或者太阳能电源转换为3.7V直流电源为FCU提供电源
B、能源存贮功能，能存储设备长达240小时能源
C、完善的电池管理功能，能自动依据电池状态自动充放电以及故障上报。
D、雷击浪泳防护功能。
5、GSM或CDMA无线网络：无线网络的覆盖范围越来越全面，目前在我国无线网络的覆盖已经达到90％以上，网络服务除了基本的语音业务外，还支持相应的数据业务。自2005年开始GSM网络中EDGE数据开始开通以来，其数据传输速率已经达到384KB/s.本系统发展基于无线网络为基础，充分利用其中的数据业务功能，充分利用现有网络，提高无线资源系统利用率，组网成本低廉的特点。
该系统将目前超声波流量采集技术和无线网络两项技术有机结合起来，实现对各种液体管道运行状态进行监控管理功能。
Claims (3)
1.一种利用现有无线网络监控流体传输管道的监控系统，其特征在于：其主要由流量采集单元FCU、数据收发单元DTRU、操作维护中心OMC、电源供给模块PSM、GSM或CDMA无线网络五部分组成；该流量采集单元FCU安装在各类液体输送管道表面，其准确采集输油管道内部流动液体的流量，同时将采集到的流量数值调制打包后通过无线射频信号发送到GSM或CDMA无线网络；该电源供给模块PSM其是为该流量采集单元FCU提供电源；该数据收发单元DTRU将采集到的流量数据传递到现有的GSM或CDMA无线网络，同时接收从GSM或CDMA无线网络传送下来的监控数据和指令，通过GSM或CDMA无线网络建立该流量采集单元FCU和操作维护中心OMC之间的传输路径；该操作维护中心OMC其是监控管理整个液体输送管道内部输送状况，其是依据各个流量采集单元FCU所采集到的数据信息进行集中统一处理，监控各个管道的工作状态和流量，并对这些数据进行统计、计算，当管道出现泄漏状态时，发出相应的视觉告警和声音告警，并将管道相应的位置、状态、通过GSM或CDMA无线网络以短信的方式通知相应的责任人进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种利用现有无线网络监控流体传输管道的监控系统，其特征在于：流量采集单元FCU由流量传感器FS、数据处理器CPU、GPRS处理模块、射频收发模块RF、站点识别单元ID五个部分组成；流量传感器FS采集管道内部液体流量，并将采集到的流量值以及FS本身的运行状态通过RS232接口上报给CPU，CPU接受信息值后形成高速信号，并下发给GPRS模块；GPRS模块得到相应的信号后将相应的将数字信号进行调制后增加相应位置信息后，通过RF单元将设备信息上报给GSM或CDMA无线网络；同时接收从GSM或者CDMA无线网络下发的位置信息，以及软件更新信息。
3.根据权利要求1所述的一种利用现有无线网络监控流体传输管道的监控系统，其特征在于：数据收发单元DTRU由无线接收单元RCU，无线发射单元TXF，中频转换处理单元IF，CPU处理单元、天线单元ANT以及电源供给单元PS六个部分组成；该CPU处理单元连接中频转换处理单元IF，该中频转换处理单元IF同时连接无线接收单元RCU和无线发射单元TXF，该无线接收单元RCU和无线发射单元TXF同时连接天线单元ANT，该电源供给单元PS给无线接收单元RCU、无线发射单元TXF、中频转换处理单元IF、CPU处理单元、天线单元ANT供电。
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