CN107885245B - 一种智能压力控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能压力控制系统，包括减压阀和控制器，减压阀的两端均设有一与控制器相电连接的压力变送器，还包括减压导阀、泄压导阀和电磁阀组；电磁阀组与控制器电连接，且包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀；控制器包括相连接的单片机、继电器、存储模块、时钟模块、电源模块、按键、显示模块和GPRS通讯模块。本发明提供的智能压力控制系统，自动化程度，响应速度快，调节精度高，不需要人工干预，即可实时监测管网压力信息，远程维护管网压力系统，确保管网压力维持动态稳定，最大限度地降低突发漏损和爆管的频次，很大程度上提高了管网的管理和维护水平，并提升了管网安全稳定运行能力。

Description

一种智能压力控制系统

技术领域

本发明涉及一种管网的压力控制装置，特别是公开一种智能压力控制系统。

背景技术

城市供水管网的压力管理是减少管网漏损和降低管网爆管频率的一种简单有效的途径。目前在边界封闭的独立计量分区中使用减压阀调节压力是较为常见的压力管理措施。而在没有电力供应的条件下，采用水力驱动的减压导阀是目前最为常见的一种解决方案。

但这种方案存在着一些不足：一方面，现有的减压导阀能够使阀后压力保持在一稳定值，但需要人工调节减压阀上的导阀，存在压力调节自动化程度不足，响应速度慢等缺点；另一方面，人工操作调节减压阀后压力的方法难以保证减压阀出口压力的调节精度，且不能根据下游管网用户用水需求变化及其他可能需要改变下游压力的情况下而实时调整减压阀出口压力。

因此，提供一种用于减压阀的智能压力控制系统是非常有必要的。

发明内容

本发明提供一种智能压力控制系统，其主要目的在于解决现有城市管网压力管理采用的减压导阀存在的自动化程度不足、响应速度慢、调节精度低等问题。

本发明采用如下技术方案：

一种智能压力控制系统，包括减压阀和控制器，上述减压阀的两端均设有一与控制器相电连接的压力变送器。还包括减压导阀、泄压导阀和电磁阀组；上述电磁阀组与控制器电连接，且包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀；上述减压导阀的上游与减压阀的上腔连接，并通过针形阀与减压阀的进口端连接，减压导阀的下游与上述减压阀的出口端连接；减压导阀的上腔配设有用于控制其开度的水压缸；上述水压缸的无杆腔与第一电磁阀、第二电磁阀连接，上述第一电磁阀与减压导阀的上游水路连通；上述泄压导阀的上游与减压阀的进口端接，下游与减压阀的上腔连接，上述泄压导阀的上腔与第三电磁阀、第四电磁阀连接，上述第三电磁阀与减压阀的上游水路连通。

进一步，上述控制器包括相连接的单片机、继电器、存储模块、时钟模块、电源模块、按键及显示模块；两上述压力变送器将减压阀两端的压力值实时传送至单片机，并与单片机内设定的目标压力值作对比，若减压阀的出口压力值超出目标压力值的误差范围，则由单片机出指令控制继电器断开或闭合，进而控制电磁阀组动作，操控减压导阀和泄压导阀对减压阀的出口压力值进行调节。

进一步，还包括相连接的远程服务器和远程控制终端，上述控制器还包括GPRS通讯模块，远程服务器通过GPRS通讯模块与控制器进行通信，可接收远程控制终端发送过来的压力数据以及设备状态信息，同时可通过远程服务器向远程控制终端发送指令改变目标压力值和调整相关配置参数。

进一步，上述减压阀的下游安装有一流量计；上述水压缸与电磁阀组之间、泄压导阀与电磁阀组之间均设有针形阀。

进一步，由控制器控制电磁阀组动作，包括以下工作步骤：（1）当出口压力值高于目标压力值时，第二电磁阀通电，使水压缸内的水排出，减压导阀开度减小，水流注入减压阀的上腔，使减压阀开度减小，从而使出口压力值降低；（2）当出口压力值低于目标压力值时，第一电磁阀通电，使减压阀进口端的水流进入水压缸，减压导阀开度增大，水从减压阀的上腔排出，使减压阀开度增大，从而使出口压力值升高；（3）当出口压力值高于目标压力值超过一定范围时，第三电磁阀通电，使泄压导阀上腔注水并顶开泄压导阀，水流注入减压阀的上腔，使减压阀开度迅速减小，同时第二电磁阀通电，使水压缸内的水排出，减压导阀开度减小，水流注入减压阀的上腔，也使得减压阀开度减小，从而使出口压力值降低；压力变送器实时监测出口压力值，一旦出口压力值降低到设定范围以内则使第四电磁阀通电，泄压导阀上腔排水使泄压导阀关闭，减压阀停止动作并稳定在当前开度，从而使出口压力值降至目标压力值。

进一步，还包括以下工作步骤：当减压阀用作关断阀门使用时，第三电磁阀通电，泄压导阀开启，使减压阀迅速关闭，同时第二电磁阀通电，水压缸内的水排出，减压导阀迅速关闭，使水流快速注入减压阀的上腔，从而实现紧急关断减压阀的功能。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：

1、通过使用水压驱动的水压缸代替螺帽作用于减压导阀上，同时水压缸活塞杆输出力的大小可通过由单片机控制的电磁阀组自由调节，单片机能够读取安装在减压阀进出口的压力变送器所采集的压力数据并进行分析判断，同时单片机上配置有GPRS通讯模块可接收远程指令。因此与现有技术相比本系统在保证减压阀原有功能的基础上还能够实现远程调节减压阀出口压力。

2、增加泄压导阀模块，当阀后压力迅速升高时，单片机通过控制泄压导阀开启使减压阀迅速响应关闭阀门，从而快速降低阀后压力至安全值，保证阀后设备安全运行。

3、通过控制泄压导阀可使减压阀实现紧急关阀的功能，在紧急状况下可作关断阀门使用从而保证下游设备安全。

4、通过设置GPRS通讯模块实现与远程服务器的双向通信，能够远程实时监测减压阀进出口的压力信息。

5、通过设置时钟模块能够实现对减压阀进行分时段自动调压，降低下游管网的漏损和爆管频率。

6、系统由内部锂电池供电，执行机构由减压阀进口引出管路提供压力，采用闭环控制，无需动力电源。

7、由安装于下游管路的流量计提供流量数据反馈，通过流量和压力数据的双重判断，此控制系统可在任何情况下保证阀门运行在最佳状态。

8、该系统同时可以设置流量调节模式，使减压阀作调流阀使用，根据需要的流量由控制系统自动控制阀门开关使过阀流量满足要求。

9、不同于http协议，服务器与设备之间采用WebSocket通讯协议，该协议属于长连接，能够保证设备能够实时接收服务器发送过来的指令并作出响应。

综上所述，本发明提供的智能压力控制系统，自动化程度，响应速度快，调节精度高，不需要人工干预，即可实时监测管网压力信息，远程维护管网压力系统，确保管网压力维持动态稳定，最大限度地降低突发漏损和爆管的频次，很大程度上提高了管网的管理和维护水平，并提升了管网安全稳定运行能力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的控制流程图。

图中：1、减压阀；2、控制器；21、单片机；22、继电器；23、存储模块；24、时钟模块；25、电源模块；26、按键；27、显示模块；28、GPRS通讯模块；3、压力变送器；4、减压导阀；41、水压缸；42弹簧；43、活塞杆；5、泄压导阀；7、电磁阀组；71、第一电磁阀；72、第二电磁阀；73、第三电磁阀；74、第四电磁阀；8、远程服务器；9、远程控制终端；10、流量计；11、针形阀。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

参照图1，一种智能压力控制系统，包括减压阀1和控制器2，减压阀1的两端均设有一与控制器2相电连接的压力变送器3。还包括减压导阀4、泄压导阀5和电磁阀组7；电磁阀组7与控制器2电连接，且包括第一电磁阀71、第二电磁阀72、第三电磁阀73和第四电磁阀74；减压导阀4的上游与减压阀1的上腔连接，并通过针形阀11与减压阀的进口端连接，减压导阀的下游与减压阀1的出口端连接；减压导阀4的上腔配设有用于控制其开度的水压缸41，水压缸41的无杆腔与第一电磁阀71、第二电磁阀72连接，第一电磁阀71与减压导阀4的上游水路连通；泄压导阀5的上游与减压阀1的进口端连接，下游与减压阀1的上腔连接，泄压导阀5的上腔与第三电磁阀73、第四电磁阀74连接，第三电磁阀73与减压阀1的上游水路连通。

参照图1，具体地，减压阀1为套筒式减压阀，减压导阀4为膜片式结构，通过调节上部的螺帽松紧可设置减压阀1出口压力的大小，本发明中与减压导阀4相互配合动作的执行机构为水压驱动的水压缸41，其一端有一活塞杆43，通过调节水压缸41内水压的大小可改变活塞杆43输出的推力大小。用活塞杆43顶住减压导阀4上部的弹簧42，通过控制水压缸41输出的力大小来代替螺帽的松紧程度进而控制减压阀1出口压力的大小。泄压导阀5作为二级保护模块用于迅速关阀以降低阀后压力以及紧急关阀的功能，以保护阀后设备不会因超压而破坏。

参照图1和图2，控制器2包括相连接的单片机21、继电器22、存储模块23、时钟模块24、电源模块25、按键26及显示模块27；两压力变送器3将减压阀1两端的压力值实时传送至单片机21，并与单片机21内设定的目标压力值作对比，若减压阀1的出口压力值超出目标压力值的误差范围，则由单片机21出指令控制继电器22断开或闭合，进而控制电磁阀组7动作，操控减压导阀4和泄压导阀5对减压阀1的出口压力值进行调节。

参照图1，还包括相连接的远程服务器8和远程控制终端9，控制器2还包括GPRS通讯模块28，远程服务器8通过GPRS通讯模块28与控制器2进行通信，可接收远程控制终端9发送过来的压力数据以及设备状态信息，同时可通过远程服务器8向远程控制终端9发送指令改变目标压力值和调整相关配置参数。

参照图1，具体地，单片机21根据设定的程序按照相关配置参数持续运行，配置参数主要包括：设定的目标压力值、压力变送器3读取压力的频率、减压阀1出口压力允许上下波动的误差范围、电磁阀组7通电的时间等。

参照图1，具体地，远程服务器8通过与安装在设备内的GPRS通讯模块28进行通信，可接收系统发送过来的压力数据以及设备状态信息，同时可通过远程服务器8向系统发送指令改变减压阀1出口压力以及设备相关配置参数的调整。

参照图1，具体地，远程服务器8与设备之间的通讯采用WebSocket通讯协议，它是一种在单个TCP连接上进行全双工通讯的协议，能够使远程服务器8和设备之间保持连接状态，从而保证设备能够实时接收远程服务器8发送过来的指令。

参照图1，具体地，管理员和用户通过手机或电脑等具有网络访问功能的远程控制终端9登陆远程服务器8可实时查看远程减压阀1进出口压力、流量和控制设备状态等信息，同时可以发送相关控制指令给远程设备。

参照图1，具体地，系统可通过按键26和显示模块27进行现场操作来控制调节减压阀1出口压力调节。

参照图1，具体地，存储模块23能够存储系统配置参数信息，同时在与远程服务器8通讯中断的情况下存储压力变送器读取的压力数据。

参照图1，具体地，时钟模块24给系统提供时间数据，用于系统自动运行过程中分时段设置不同的减压阀出口目标压力。

参照图1，减压阀1的下游安装有一流量计10；水压缸41与电磁阀组7之间、泄压导阀5与电磁阀组7之间均设有针形阀11。流量计10为控制系统提供实时流量信息数据，针形阀11用于调节注水或排水的速度快慢。

参照图1和图2，说明本发明的具体工作方式：

（1）当出口压力值高于目标压力值时，控制器2发出指令控制第二电磁阀72通电，使水压缸41内的水排出，降低水压缸41的输出压力，使减压导阀4开度减小，水流注入减压阀1的上腔，减压阀1开度减小，从而使出口压力值降低。

（2）当出口压力值低于目标压力值时，控制器2发出指令控制第一电磁阀71通电，使减压阀1进口端的水流进入水压缸41，增加水压缸41的输出压力，使减压导阀4开度增大，水从减压阀1的上腔排出，减压阀1开度增大，从而使出口压力值升高；

（3）当出口压力值高于目标压力值超过一定范围时，控制器2发出指令控制第三电磁阀73通电，使泄压导阀5上腔注水并顶开泄压导阀5，水流注入减压阀1的上腔，使减压阀1开度迅速减小，同时第二电磁阀72通电，使水压缸41内的水排出，降低水压缸41的输出压力，减压导阀4开度减小，水流注入减压阀1的上腔，也使得减压阀1开度减小，从而使出口压力值降低；与此同时，压力变送器3实时监测出口压力值，一旦出口压力值降低到设定范围以内则使第四电磁阀74通电，泄压导阀5上腔排水使泄压导阀5关闭，减压阀1停止动作并稳定在当前开度，从而使出口压力值降至目标压力值。

（4）当减压阀1用作关断阀门使用时，控制器2发出指令控制第三电磁阀73通电，泄压导阀5开启，使减压阀1迅速关闭，同时第二电磁阀72通电，水压缸41内的水排出，减压导阀4迅速关闭，使水流快速注入减压阀的上腔，从而实现紧急关断减压阀的功能。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (5)

1.一种智能压力控制系统，包括减压阀和控制器，所述减压阀的两端均设有一与控制器相电连接的压力变送器，其特征在于：还包括减压导阀、泄压导阀和电磁阀组；所述电磁阀组与控制器电连接，且包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀；所述减压导阀的上游与减压阀的上腔连接，并通过针形阀与减压阀的进口端连接，减压导阀的下游与所述减压阀的出口端连接；减压导阀的上腔配设有用于控制其开度的水压缸，所述水压缸的无杆腔与第一电磁阀、第二电磁阀连接，所述第一电磁阀与减压导阀的上游水路连通；所述泄压导阀的上游与减压阀的进口端连接，下游与减压阀的上腔连接，所述泄压导阀的上腔与第三电磁阀、第四电磁阀连接，所述第三电磁阀与减压阀的上游水路连通；

由控制器根据减压阀的出口压力值控制电磁阀组动作，包括以下工作步骤：

（1）当出口压力值高于目标压力值时，第二电磁阀通电，使水压缸内的水排出，减压导阀开度减小，水流注入减压阀的上腔，使减压阀开度减小，从而使出口压力值降低；

（2）当出口压力值低于目标压力值时，第一电磁阀通电，使减压阀进口端的水流进入水压缸，减压导阀开度增大，水从减压阀的上腔排出，使减压阀开度增大，从而使出口压力值升高；

（3）当出口压力值高于目标压力值超过一定范围时，第三电磁阀通电，使泄压导阀上腔注水并顶开泄压导阀，水流注入减压阀的上腔，使减压阀开度迅速减小，同时第二电磁阀通电，使水压缸内的水排出，减压导阀开度减小，水流注入减压阀的上腔，也使得减压阀开度减小，从而使出口压力值降低；压力变送器实时监测出口压力值，一旦出口压力值降低到设定范围以内则使第四电磁阀通电，泄压导阀上腔排水使泄压导阀关闭，减压阀停止动作并稳定在当前开度，从而使出口压力值降至目标压力值。

2.如权利要求1所述的一种智能压力控制系统，其特征在于：所述控制器包括相连接的单片机、继电器、存储模块、时钟模块、电源模块、按键及显示模块；两所述压力变送器将减压阀两端的压力值实时传送至单片机，并与单片机内设定的目标压力值作对比，若减压阀的出口压力值超出目标压力值的误差范围，则由单片机发出指令控制继电器断开或闭合，进而控制电磁阀组动作，操控减压导阀和泄压导阀对减压阀的出口压力值进行调节。

3.如权利要求1所述的一种智能压力控制系统，其特征在于：还包括相连接的远程服务器和远程控制终端，所述控制器还包括GPRS通讯模块，远程服务器通过GPRS通讯模块与控制器进行通信，可接收远程控制终端发送过来的压力数据以及设备状态信息，同时可通过远程服务器向远程控制终端发送指令改变目标压力值和调整相关配置参数。

4.如权利要求1所述的一种智能压力控制系统，其特征在于：所述减压阀的下游安装有一流量计；所述水压缸与电磁阀组之间、泄压导阀与电磁阀组之间均设有针形阀。

5.根据权利要求1所述的一种智能压力控制系统，其特征在于：还包括以下工作步骤：（4）当减压阀用作关断阀门使用时，第三电磁阀通电，泄压导阀开启，使减压阀迅速关闭，同时第二电磁阀通电，水压缸内的水排出，减压导阀迅速关闭，使水流快速注入减压阀的上腔，从而实现紧急关断减压阀的功能。