CN107316448A - 一种具有组网功能的智慧仪表系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有组网功能的智慧仪表系统及其控制方法。它包括ZigBee组网模块、供电模块和煤气控制模块，所述的ZigBee组网模块和煤气控制模块均与供电模块连接，所述的煤气控制模块包括控制器、煤气控制阀和气体流量计，所述的ZigBee组网模块、煤气控制阀和气体流量计均与控制器连接；当某支管的煤气需求量增大，以控制其它临近支管的煤气控制阀减少供应量，而增大需要的支管供应量。本发明的有益效果是：能够更好的保证煤气传输的安全，很好的降低煤气中毒、爆炸事故的发生可能性，具有可靠性高、实用性强、方便操作、成本低等特性。

Description

一种具有组网功能的智慧仪表系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及检测仪表相关技术领域，尤其是指一种具有组网功能的智慧仪表系统及其控制方法。

背景技术

近年来，随着国民经济的繁荣，国内的煤气技术也得到了前所未有的进步，一些新型燃料能够符合清洁能源的要求被广泛发展。但是，在清洁能源发展的过程之中也发生了一些严重的问题，由煤气泄漏引发的煤气中毒、爆炸和火灾被广为诟病，2015年11月29日在山东邹平县发生煤气毒，导致17人中毒，致使10人死亡，这些惨痛的教训让我们不寒而栗。

目前，煤气在我国家庭中已普遍使用，而煤气泄漏检测装置虽已得到部分家庭的使用，但是，由于煤气管道铺设一般在建筑里、道路下，这种无人监管的条件下，并没有很好的煤气泄漏检测预警设备。有的只会自动关闭煤气管道控制阀，而有些程度轻微的情况下，是没有必要关闭煤气控制阀。这很容易影响了居民的日常生活。大部分煤气管道传输的过程之中，没有很好的网络监管设备，导致室外煤气泄漏难以觉察。在我国大部分的农村，煤气检测预警信息发送仪表还没有普及。因此，一些具有煤气泄漏等级、泄漏周围的煤气浓度、泄漏时间及地点的智慧仪表大有用武之地，这对广大地区的煤气安全提供了必要的保障和技术支持，减少煤气所带来的安全隐患。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种安全性能好且可靠性高的具有组网功能的智慧仪表系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种具有组网功能的智慧仪表系统，安装在煤气管道上，包括ZigBee组网模块、供电模块和煤气控制模块，所述的ZigBee组网模块和煤气控制模块均与供电模块连接，所述的煤气控制模块包括控制器、煤气控制阀和气体流量计，所述的ZigBee组网模块、煤气控制阀和气体流量计均与控制器连接。

煤气管道输送流量状况采用气体流量计进行计算煤气的流量，能够根据当前的煤气量进行合理的分配。通过ZigBee组网模块可以实现查看每个小区的每栋煤气用量，实现调节煤气用量，能够更加合理的分配煤气用量满足广大用户对于煤气的需求。煤气控制阀可以准确的分配煤气给所需要的用户。在煤气管道铺设的过程中，在煤气管道的接口处安装本智慧仪表可以直接查看煤气传输状况，并把这些信息通过ZigBee组网模块及时发送给计算机控制中心，查看并处理相应的信息。若室外煤气管道泄露超出正常范围之后，本智慧仪表会及时发送地理位置及泄漏流量等信息，通知煤气公司派出相应的维修人员进行处理，暂不关闭煤气管道的煤气控制阀，不影响其他用户的煤气使用；若煤气泄漏较为严重，本智慧仪表会通过控制器实现自动关闭煤气管道的煤气控制阀，并通过ZigBee组网模块发送相应的信息通知煤气公司及时派出维修人员进行及时处理，避免造成人员财产的损失；同时，通过这些信息的发送，可以对煤气管道运输安全进行评估，为安全生产提供保障。

作为优选，所述的气体流量计包括壳体和传感器，所述的传感器安装在壳体的中间处，所述的传感器与控制器连接，所述的壳体安装在煤气管道的外侧，所述传感器的一端置于煤气管道的内侧。

作为优选，所述的煤气控制阀包括的ZigBee模块、控制电机和三通气动球阀，所述的控制电机安装在三通气动球阀上，所述的ZigBee模块安装在控制电机的上方且与控制电机连接，所述的ZigBee模块与控制器连接。

作为优选，所述的ZigBee组网模块包括网络协调器、ZigBee通讯模块和数据存储模块，所述的网络协调器、ZigBee通讯模块和数据存储模块均与控制器连接。网络协调器通过GPRS接收计算机命令，通过单播或者广播的方式向网内的仪表节点发送指令，实现远程实时控制。煤气流量检测数据以及相关位置信息都存储在数据存储模块中，然后以电信号的方式传送到控制电路，经放大电路并模数转换后以数字方式出现在智慧仪表显示上，数据存储模块会储存10天内的读表数据信息，可在数据发送失败时作为备份，并在有效期内随时调用。

本发明还提供了一种具有组网功能的智慧仪表系统的控制方法，煤气管道包括总管和支管，当某支管的煤气需求量增大，以控制其它临近支管的煤气控制阀减少供应量，而增大需要的支管供应量，其中设定两个阈值M和N，M为需要调配其他支管流量的煤气流量值，N为最低需要的煤气流量值，具体操作步骤如下：

(1)当某支管的煤气需求量增大时，通过该支管上的气体流量计计算煤气流量值并与M进行比较；其中，定义该支管为支管A；当该支管的煤气流量值大于M时，进入到步骤(2)中；当该支管的煤气流量值不大于M时，则仍停留在步骤(1)中；

(2)通过ZigBee组网模块控制临近的几个支管，并开始启动支管上的煤气控制阀限制煤气流量；其中，定义临近支管为支管B；

(3)每控制一次支管B的煤气控制阀，通过气体流量计计算支管A的煤气流量值；

(4)直到支管A稳定在一个高值X上，并设定气体流量计在一定次数的取样下煤气流量值波动在(X-a，X+a)之间的时候，认为支管A处于稳定，这个时候所有支管B的煤气控制阀停止调整；其中，a为支管A在高值X上的波动范围；

(5)当支管A的煤气流量峰值开始回落且低于M的时候，开始调整支管B的煤气控制阀，让支管B的煤气流量回升，进入正常工作状态。

作为优选，当作为支援的支管B中任意一个支管的煤气流量降低到了N，则该支管的煤气控制阀就会停止动作，以保证该支管能维持正常的用户使用。

作为优选，当正在支援的支管B中任意一个支管忽然煤气流量增大，直到达到M值，则去掉这个支管作为支援，再寻找其他临近支管进行支援，并对这个支管进行标记。

本发明的有益效果是：能够更好的保证煤气传输的安全，很好的降低煤气中毒、爆炸事故的发生可能性，具有可靠性高、实用性强、方便操作、成本低等特性。

附图说明

图1是本发明煤气控制阀的结构示意图；

图2是本发明气体流量计的结构示意图。

图中：1.ZigBee模块，2.控制电机，3.三通气动球阀，4.壳体，5.传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种具有组网功能的智慧仪表系统，安装在煤气管道上，包括ZigBee组网模块、供电模块和煤气控制模块，ZigBee组网模块和煤气控制模块均与供电模块连接，煤气控制模块包括控制器、煤气控制阀和气体流量计，ZigBee组网模块、煤气控制阀和气体流量计均与控制器连接。如图1所示，煤气控制阀包括的ZigBee模块1、控制电机2和三通气动球阀3，控制电机2安装在三通气动球阀3上，ZigBee模块1安装在控制电机2的上方且与控制电机2连接，ZigBee模块1与控制器连接。如图2所示，气体流量计包括壳体4和传感器5，传感器5安装在壳体4的中间处，传感器5与控制器连接，壳体4安装在煤气管道的外侧，所述传感器5的一端置于煤气管道的内侧。ZigBee组网模块包括网络协调器、ZigBee通讯模块和数据存储模块，网络协调器、ZigBee通讯模块和数据存储模块均与控制器连接。

一种具有组网功能的智慧仪表系统的控制方法，煤气管道包括总管和支管，当某支管的煤气需求量增大，以控制其它临近支管的煤气控制阀减少供应量，而增大需要的支管供应量，其中设定两个阈值M和N，M为需要调配其他支管流量的煤气流量值，N为最低需要的煤气流量值，具体操作步骤如下：

(1)当某支管的煤气需求量增大时，通过该支管上的气体流量计计算煤气流量值并与M进行比较；其中，定义该支管为支管A；当该支管的煤气流量值大于M时，进入到步骤(2)中；当该支管的煤气流量值不大于M时，则仍停留在步骤(1)中；

(2)通过ZigBee组网模块控制临近的几个支管，并开始启动支管上的煤气控制阀限制煤气流量；其中，定义临近支管为支管B；

(3)每控制一次支管B的煤气控制阀，通过气体流量计计算支管A的煤气流量值；

(4)直到支管A稳定在一个高值X上，并设定气体流量计在一定次数的取样下煤气流量值波动在(X-a，X+a)之间的时候，认为支管A处于稳定，这个时候所有支管B的煤气控制阀停止调整；其中，a为支管A在高值X上的波动范围；

(5)当支管A的煤气流量峰值开始回落且低于M的时候，开始调整支管B的煤气控制阀，让支管B的煤气流量回升，进入正常工作状态。

其中：当作为支援的支管B中任意一个支管的煤气流量降低到了N，则该支管的煤气控制阀就会停止动作，以保证该支管能维持正常的用户使用。当正在支援的支管B中任意一个支管忽然煤气流量增大，直到达到M值，则去掉这个支管作为支援，再寻找其他临近支管进行支援，并对这个支管进行标记。

该智慧仪表功能设计：可以实现检测煤气管道输送状况、煤气泄漏位置及时间发送给计算机控制中心、煤气泄漏状况判断是否关闭煤气流量控制阀、ZigBee组网等功能。在正常的状况下，智慧仪表可以检测到煤气在管道内的流量传输状况，根据用户对于煤气量的需求，开大或关小煤气流量控制阀，以达到更合理的分配煤气。在分配流量的过程之中，流量控制阀根据流量的控制方法以达到更加合理的分配煤气流量，设计控制方法的目的主要是当某些支管的煤气需求量增大，以控制其它临近节点的控制阀减少供应量，而增大需要的支管。当煤气发生泄漏时，智慧仪表检测出泄漏煤气的流量，并向计算机控制中心发送警报，同时发送煤气泄漏的位置及时间，同智慧仪表再开始判断是否关闭煤气流量的控制阀。这些都是基于ZigBee组网的基础上进行信息的传递，通过智慧仪表的ZigBee节点实现各个智慧仪表的相连相通，实现对煤气管道的运输状况的监管。另外，该智慧仪表在维修的过程之中，可以查看最近煤气输送状况以及煤气泄漏量的泄露趋势。

煤气控制模块设计：各模块是在全球定位系统、移动通讯技术和ZigBee技术开发的，设定好各个参数然后采集各个模块所传输的数据，把这些信号处理之后通过ZigBee模块转化成数字，反映在智慧仪表上，也传送到计算机控制中心。

例如：在小区A连接着1、2、3栋的煤气管道及A小区的总管道，管道之间连接着很多智慧仪表，监管1、2、3栋的煤气运输管道。基于ZigBee组网技术，正常情况下，智慧仪表监管着煤气流量传输状况；煤气发生泄漏下，根据仪表检测煤气泄漏流量大小，智慧仪表自动向计算机控制中心发送警报，判断是否关闭煤气控制阀，当控制阀关闭之后，维修人员查看仪表查看发生状况，维修之后，启动智慧仪表开启煤气传输。

Claims (7)

1.一种具有组网功能的智慧仪表系统，安装在煤气管道上，其特征是，包括ZigBee组网模块、供电模块和煤气控制模块，所述的ZigBee组网模块和煤气控制模块均与供电模块连接，所述的煤气控制模块包括控制器、煤气控制阀和气体流量计，所述的ZigBee组网模块、煤气控制阀和气体流量计均与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有组网功能的智慧仪表系统，其特征是，所述的气体流量计包括壳体(4)和传感器(5)，所述的传感器(5)安装在壳体(4)的中间处，所述的传感器(5)与控制器连接，所述的壳体(4)安装在煤气管道的外侧，所述传感器(5)的一端置于煤气管道的内侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有组网功能的智慧仪表系统，其特征是，所述的煤气控制阀包括ZigBee模块(1)、控制电机(2)和三通气动球阀(3)，所述的控制电机(2)安装在三通气动球阀(3)上，所述的ZigBee模块(1)安装在控制电机(2)的上方且与控制电机(2)连接，所述的ZigBee模块(1)与控制器连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有组网功能的智慧仪表系统，其特征是，所述的ZigBee组网模块包括网络协调器、ZigBee通讯模块和数据存储模块，所述的网络协调器、ZigBee通讯模块和数据存储模块均与控制器连接。

5.一种如权利要求1所述的具有组网功能的智慧仪表系统的控制方法，其特征是，煤气管道包括总管和支管，当某支管的煤气需求量增大，以控制其它临近支管的煤气控制阀减少供应量，而增大需要的支管供应量，其中设定两个阈值M和N，M为需要调配其他支管流量的煤气流量值，N为最低需要的煤气流量值，具体操作步骤如下：

(1)当某支管的煤气需求量增大时，通过该支管上的气体流量计计算煤气流量值并与M进行比较；其中，定义该支管为支管A；当该支管的煤气流量值大于M时，进入到步骤(2)中；当该支管的煤气流量值不大于M时，则仍停留在步骤(1)中；

(2)通过ZigBee组网模块控制临近的几个支管，并开始启动支管上的煤气控制阀限制煤气流量；其中，定义临近支管为支管B；

(3)每控制一次支管B的煤气控制阀，通过气体流量计计算支管A的煤气流量值；

(4)直到支管A稳定在一个高值X上，并设定气体流量计在一定次数的取样下煤气流量值波动在(X-a，X+a)之间的时候，认为支管A处于稳定，这个时候所有支管B的煤气控制阀停止调整；其中，a为支管A在高值X上的波动范围；

(5)当支管A的煤气流量峰值开始回落且低于M的时候，开始调整支管B的煤气控制阀，让支管B的煤气流量回升，进入正常工作状态。

6.根据权利要求5所述的一种具有组网功能的智慧仪表系统的控制方法，其特征是，当作为支援的支管B中任意一个支管的煤气流量降低到了N，则该支管的煤气控制阀就会停止动作，以保证该支管能维持正常的用户使用。

7.根据权利要求5所述的一种具有组网功能的智慧仪表系统的控制方法，其特征是，当正在支援的支管B中任意一个支管忽然煤气流量增大，直到达到M值，则去掉这个支管作为支援，再寻找其他临近支管进行支援，并对这个支管进行标记。