CN105241684A - 一种水工金属结构设备实时在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水工金属结构设备实时在线监测系统，属于水利水电基础建设工程技术领域。该系统包括终端设备、云端服务器、主控系统、A/D转换器和数据采集系统；本发明系统可对水工金属结构设备实时进行在线监测，并对实时在线监测数据与水工金属结构的安全体系数据自动进行分析、判断，并给出预警信息；该系统可以实现现地监测、远方监测和移动终端监测，大大方便了使用者，不在局限于固定的使用场所，通过本发明在线检测系统的预警，可以大大降低故障率，易于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于水利水电基础建设工程技术领域，具体涉及一种水工金属结构设备实时在线监测系统，该系统用于对水工金属结构设备进行实时在线监测的一项实用技术。
背景技术
水工金属结构设备是水电站、水库工程中，用于控制引水、泄水、冲沙的闸门及启闭机设施，是“活动的挡水建筑物”，对于水电站的发电、洪泄有着非常重要的作用。如果闸门运行不正常，又不能及时发现问题，常使问题扩大化，甚至造成不可估量的危害。
目前，对于闸门的运行监测，仍多停留在人工目测阶段，故障率较高，很难对影响其安全运行的因素进行分析，并进行安全性评价。因此如何克服现有技术的不足是目前水利水电基础建设工程技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种水工金属结构设备实时在线监测系统，该系统在闸门的全生命周期中，对影响其安全运行的因素进行分析，提炼出主要影响因素及其控制数据，通过对这些因数进行实时监测、分析，得出金属结构设备的安全性评价。
本发明采用的技术方案如下：
一种水工金属结构设备实时在线监测系统，包括终端设备、云端服务器、主控系统、A/D转换器和数据采集系统；
所述的主控系统包括CPU控制芯片、数据处理模块、数据存储模块、显示模块和报警器；
所述的数据采集系统包括应变计、加速度传感器、倾角传感器、电波流速传感器、温度计、湿度计、水位计、启闭机控制柜和摄像头；
所述的应变计、加速度传感器、倾角传感器、电波流速传感器、温度计、湿度计和水位计设于被监测水工金属结构设备；
所述的启闭机控制柜与被监测水工金属结构相连；
所述的摄像头用于对水工金属结构设备实时在线监测系统使用场地的视频数据采集；
所述的应变计、加速度传感器和倾角传感器分别与A/D转换器相连；
所述的A/D转换器用于分别将应变计、加速度传感器和倾角传感器采集到的模拟信号转换成数字信号，然后将转换得到的数字信号传输至主控系统的数据处理模块中；
所述的电波流速传感器、温度计、湿度计、水位计、启闭机控制柜和摄像头分别通过光纤与主控系统的数据处理模块相连；
所述的CPU控制芯片分别与数据处理模块、数据存储模块、显示模块、报警器相连，用于控制数据处理模块、数据存储模块、显示模块、报警器的工作；
所述的数据存储模块用于存储通过CPU控制芯片控制数据处理模块处理得到的数据；
所述的数据处理模块用于将数据采集系统中直接传来的数据和经过A/D转换器转换后传来的数据与被监测水工金属结构设备的安全体系数据进行对比；当超出安全值时，CPU控制芯片控制报警器报警；
所述的显示模块用于显示通过CPU控制芯片控制数据处理模块处理后数据结果；
所述的CPU控制芯片还与云端服务器、终端设备顺序相连；
所述的云端服务器用于保存数据采集系统所采集到的数据以及数据处理模块分析得到的数据。
进一步，优选的是所述的应变计为焊接式应变计。
进一步，优选的是所述的CPU控制芯片与云端服务器通过Internet网络相连。
进一步，优选的是所述的终端设备包括PC终端和手机终端。
进一步，优选的是所述的终端设备和云端服务器通过蓝牙或无线网络连接。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明系统可对水工金属结构设备实时进行在线监测，并对实时在线监测数据与水工金属结构的安全体系数据自动进行分析、判断，并给出预警信息；
（2）本发明在线检测系统可以实现现地监测、远方监测和移动终端监测，大大方便了使用者，不再局限于固定的使用场所；
（3）通过本发明在线检测系统的预警，可以大大降低故障率，故障率仅为人工目测的二十分之一；
（4）本发明系统在水工金属结构设备的全生命周期中，对影响其安全运行的因素进行分析，提炼出主要影响因素及其控制数据，通过对这些因素进行实时监测、分析，得出金属结构设备的安全性评价。
附图说明
图1是本发明水工金属结构设备实时在线监测系统的结构示意图；
其中，101、应变计；102、加速度传感器；103、倾角传感器；104、电波流速传感器；105、温度计；106、湿度计；107、水位计；108、启闭机控制柜；109、摄像头；110、数据采集系统；111、A/D转换器；112、CPU控制芯片；113、数据存储模块；114、数据处理模块；115、显示模块；116、报警器；117、主控系统；118、云端服务器；119、终端设备；
箭头方向代表信号走向。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1所示，一种水工金属结构设备实时在线监测系统，包括终端设备119、云端服务器118、主控系统117、A/D转换器111和数据采集系统110；
所述的主控系统117包括CPU控制芯片112、数据处理模块114、数据存储模块113、显示模块115和报警器116；
所述的数据采集系统110包括应变计101、加速度传感器102、倾角传感器103、电波流速传感器104、温度计105、湿度计106、水位计107、启闭机控制柜108和摄像头109；
应变计101用于监测结构应力；
加速度传感器102用于监测振动特性及响应；
倾角传感器103用于监测闸门运行中的姿态；
电波流速传感器104用于监测流道流速；
温度计105、湿度计106和水位计107用于监测环境参数。
所述的应变计101、加速度传感器102、倾角传感器103、电波流速传感器104、温度计105、湿度计106和水位计107设于被监测水工金属结构设备；
所述的启闭机控制柜108与被监测水工金属结构按照常规方式相连，启闭机控制柜108所在的位置为常规设置，没有具体要求，一般在设在启闭机室；
所述的摄像头109用于对水工金属结构设备实时在线监测系统使用场地的视频数据采集，一般设在启闭机室和闸室；
所述的应变计101、加速度传感器102和倾角传感器103分别与A/D转换器111相连；
所述的A/D转换器111用于分别将应变计101、加速度传感器102和倾角传感器103采集到的模拟信号转换成数字信号，然后将转换得到的数字信号传输至主控系统117的数据处理模块114中；
所述的电波流速传感器104、温度计105、湿度计106、水位计107、启闭机控制柜108和摄像头109分别通过光纤与主控系统117的数据处理模块114相连，直接通过光纤线将采集到的数据传输至数据处理模块114中；
所述的CPU控制芯片112分别与数据处理模块114、数据存储模块113、显示模块115、报警器116相连，用于控制数据处理模块114、数据存储模块113、显示模块115、报警器116的工作；
所述的CPU控制芯片112可控制将数据处理模块114处理得到的数据结果，通过CPU控制芯片的112将该数据结果存储到数据存储模块113中。
所述的数据存储模块113用于存储CPU控制芯片112处理得到的数据，包括：电波流速传感器104、温度计105、湿度计106、水位计107、启闭机控制柜108和摄像头109所采集到的数据，同时存储经A/D转换器111转换得到的数据，以及与被监测水工金属结构设备的安全体系数据进行对比的数据结果；
所述的数据处理模块114用于将数据采集系统110中直接传来的数据和经过A/D转换器111转换后传来的数据与被监测水工金属结构设备的安全体系数据进行对比；当超出安全值时，数据处理模块114将该信号传输至CPU控制芯片112，然后CPU控制芯片112控制报警器116进行报警；
所述的显示模块115用于显示处理后数据结果；所述的CPU控制芯片112还与云端服务器118、终端设备119顺序相连；
所述的云端服务器118用于保存数据采集系统110所采集到的数据以及数据处理模块114分析得到的数据。
所述的应变计101为焊接式应变计。
所述的CPU控制芯片112与云端服务器118通过Internet网络相连。
所述的终端设备119包括PC终端和手机终端。
所述的终端设备119和云端服务器118通过蓝牙或无线网络连接。
应用实例
以大盈江二级电站泄洪冲沙洞弧形工作门金属结构实时在线监测为例，结合图1，详细叙述本发明的具体实施方式。
1.监测对象：大盈江二级电站泄洪冲沙洞弧形工作门金属结构设备。
2.监测内容：结构应力监测、振动特性及响应监测、闸门运行中的姿态监测、启闭机荷载及参数监测、流道流速监测、环境参数监测和视频监测。
其中，结构应力监测采用焊接式应变计作为传感器；振动特性及响应采用加速度传感器监测；闸门运行中的姿态监测采用倾角传感器测量；启闭机荷载及参数监测由启闭机控制柜经I/O输出；流道流速采用电波（雷达）流速传感器监测；环境参数监测采用温度计、湿度计、水位计作为传感器；视频监测共设两个摄像头，一个设在启闭机室，一个设在闸室。
3.数据采集及处理中心：采用美国UEI公司生产的多功能数据采集系统-UEILogger系列数据采集系统，其性能稳定，功能强大。数据采集后，经光纤传导至主控系统。
4.主控系统：包括CPU控制芯片、数据处理模块、数据存储模块、显示模块和报警器；数据存储模块中预存被监测水工金属结构设备的安全体系数据，实施对金属结构设备实时在线监测与数据显示，通过本发明可实现水工金属结构设备周期内的设计、制造、安装、运行数据管理与查询。
5.云端服务器：与主控系统通过Internet网络连接，视频数据可直接传送至云端服务器，供终端设备调用；其余在线监测数据，终端也可通过网络调用相应数据。
6.终端访问：包括远方PC终端及移动终端(手机)。终端均通过无线网络、蓝牙等访问云端服务器，获得监控视频和实时监测数据，并显示。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种水工金属结构设备实时在线监测系统，其特征在于，包括终端设备、云端服务器、主控系统、A/D转换器和数据采集系统；
所述的主控系统包括CPU控制芯片、数据处理模块、数据存储模块、显示模块和报警器；
所述的数据采集系统包括应变计、加速度传感器、倾角传感器、电波流速传感器、温度计、湿度计、水位计、启闭机控制柜和摄像头；
所述的应变计、加速度传感器、倾角传感器、电波流速传感器、温度计、湿度计和水位计设于被监测水工金属结构设备；
所述的启闭机控制柜与被监测水工金属结构相连；
所述的摄像头用于对水工金属结构设备实时在线监测系统使用场地的视频数据采集；
所述的应变计、加速度传感器和倾角传感器分别与A/D转换器相连；
所述的A/D转换器用于分别将应变计、加速度传感器和倾角传感器采集到的模拟信号转换成数字信号，然后将转换得到的数字信号传输至主控系统的数据处理模块中；
所述的电波流速传感器、温度计、湿度计、水位计、启闭机控制柜和摄像头分别通过光纤与主控系统的数据处理模块相连；
所述的CPU控制芯片分别与数据处理模块、数据存储模块、显示模块、报警器相连，用于控制数据处理模块、数据存储模块、显示模块、报警器的工作；
所述的数据存储模块用于存储通过CPU控制芯片控制数据处理模块处理得到的数据；
所述的数据处理模块用于将数据采集系统中直接传来的数据和经过A/D转换器转换后传来的数据与被监测水工金属结构设备的安全体系数据进行对比；当超出安全值时，CPU控制芯片控制报警器报警；
所述的显示模块用于显示通过CPU控制芯片控制数据处理模块处理后数据结果；
所述的CPU控制芯片还与云端服务器、终端设备顺序相连；
所述的云端服务器用于保存数据采集系统所采集到的数据以及数据处理模块分析得到的数据。
2.根据权利要求1所述的水工金属结构设备实时在线监测系统，其特征在于，所述的应变计为焊接式应变计。
3.根据权利要求1所述的水工金属结构设备实时在线监测系统，其特征在于，所述的CPU控制芯片与云端服务器通过Internet网络相连。
4.根据权利要求1所述的水工金属结构设备实时在线监测系统，其特征在于，所述的终端设备包括PC终端和手机终端。
5.根据权利要求1所述的水工金属结构设备实时在线监测系统，其特征在于，所述的终端设备和云端服务器通过蓝牙或无线网络连接。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160113 |