CN109357166A - LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统 - Google Patents

LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统 Download PDF

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万海
高川
陈琛
许亚丽
唐丽
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Abstract

本发明公开了一种LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统，通过终端主动隔离被测对象、低功耗、周期自动采集燃气管道阴极保护电位，滤波降噪，通过LoRa传输到服务器平台；监测系统软件C/S架构，远程配置终端采集周期，达到即时监测的效果。本发明具有如下优点：1、LoRa:低功耗、远距离、网络部署灵活。2、本采集终端无任务时，主动切断、隔离被测电位信号，不对被测系统产生额外干扰。3、本监测系统软件C/S架构分摊任务，充分利用设备硬件资源。4、本监测系统，终端采集周期可远程配置，灵活监。

Description

LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统
技术领域
本发明涉及燃气管道阴极保护电位远程可控监测领域，具体是一种LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统。
背景技术
燃气钢制埋地管道是城镇燃气企业主要的供气手段，经过区域地下环境复杂，极易因腐蚀发生失效事件，引起火灾及爆炸，造成污染环境等恶性后果。阴极保护是燃气钢制管道保护的一种有效方法，该系统的主要控制性指标为管道保护电位，为了最大限度延长钢制管道的使用寿命，保障管道的安全运营，必须监测管道保护电位，基于电位数据了解、分析管道状态、采取对应措施。
目前，对保护电位的收集主要采用人工现场采集的模式，现场人员的误操作、误读数等，会给管线运行状态评判造成误导。为了提高数据收集的可靠性、准确性，国内也开发出了一些保护电位自动采集设备，通过GPRS、ZigBee等通信技术实现电位远程监测，监测管理软件B/S架构。但都或多或少的存在一些应用技术难题
现有技术中通过GPRS、ZigBee等通信技术实现电位远程监测，监测管理软件B/S架构，但是这种方式存在以下缺陷：
1、GPRS、ZigBee通信技术缺点：GPRS功耗高、ZigBee距离短，不能兼得；
2、采集终端与被测对象一直连接，长时间后可能会对被测系统产生不利影响(可能漏查)；
3、监测系统软件B/S架构，处理任务集中在服务器，负荷高(可能漏查)；
4、监测平台无法控制采集设备采集周期，无法灵活监测被测对象(可能漏查)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统，包括采集终端、 LoRa基站、监测软件；采集终端部署于燃气管道阴极保护测量桩旁，周期自动化采集阴极保护电位数据与电池电量数据，加密数据与组帧后，通过终端上LoRa通信模块接入LoRa基站，再由LoRa基站网关接入蜂窝网基站，并接入Internet网络，与服务端监测软件通信；服务端软件接收、处理数据，并存储于数据库中；客户端软件访问服务器数据库，人机交互、处理、显示监测数据；客户端软件即时响应控制参数操作，将参数发送给服务端软件，服务端软件存储参数于数据库中、并在下次采集终端唤醒通信时传输，采集终端接收数据、解码、解析控制参数、并调度执行控制行为。
采集任务发生时，LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位采集终端在中控单元控制下，燃气管道阴极保护电位信号经过防雷电路、隔离开关电路、稳定跟随电路，进入AD采集模块；中控对AD采集电位值数据进行滤波降噪处理，随后与电池电量数据进行联合加密、组帧、调度，通过LoRa通信模块接入Internet网络，并发送给监测服务端；没有任务时，采集终端在中控与电源控制电路控制下，关闭所有外设、电位隔离采集电路、通信单元等电路、模块电源，通过电位隔离采集电路切断被测阴极保护电位信号，进入深度休眠低功耗状态。
采集终端地面阴极保护测量桩安装时，采集终端通过安装背板与抱箍抱扎在测量桩桩门背面下方；采集终端线缆及其保护套穿过测量桩开孔与孔套进入测量桩内部，采集终端线缆阴极保护电位线端连接到测量桩接线板阴极保护电位接线端子上；长效参比电极埋于地下，其线缆及其保护套在地面下走线至测量桩旁，穿出地面沿测量桩布线，并穿过测量桩开孔与孔套进入测量桩内部，与采集终端线缆长效参比电极线端连接。
采集终端地下竖井阴极保护测量桩安装时，采集终端通过安装背板与螺钉安装在竖井壁上方；采集终端线缆及其保护套穿过测量桩开孔与孔套进入测量桩内部，采集终端线缆阴极保护电位线端连接到测量桩接线板阴极保护电位接线端子上；长效参比电极埋于地下，其线缆及其保护套在地面下走线至竖井内，并穿过测量桩开孔与孔套进入测量桩内部，与采集终端线缆长效参比电极线端连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、低功耗，省电、省维护、省成本；
2、基站覆盖广、网络部署灵活、自主可控(LoRa基站自主架设)；
3、主动隔离，不对被测系统产生过多干扰；
4、采集数据滤波降噪，数据更准确；
5、监测系统软件C/S架构，充分利用硬件资源；
6、终端采集周期远程可设置，灵活监测。
附图说明
图1：监测系统概图；
图2：采集终端功能框图(信号流、数据流、控制信息流、电源流)；
图3：采集终端主任务流图；
图4：采集终端时间同步子任务流图；
图5：采集终端地面阴极保护测量桩安装示意图；
图6：采集终端地下竖井阴极保护测量桩安装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
该监测系统包含采集终端、LoRa基站、监测软件；采集终端由电位隔离采集电路、通信模块及天线、中控单元、电源单元等组成，中控单元分别控制/连接电位隔离采集电路、通信模块；监测软件由服务端、客户端软件组成。采集终端在中控单元控制下，阴极保护电位信号经过防雷模块、隔离开关电路、稳定跟随电路，进入AD采集模块；中控单元对AD采集电位数据先滤波降噪处理，随后与电池电源电量数据等联合加密、组帧、调度，通过LoRa通信模块接入LoRa 基站，再由LoRa基站网关接入蜂窝网基站，并接入Internet网络，发送给预设服务器；服务器服务端软件接收、处理、存储接收到的数据；客户端软件访问服务器数据库，人机交互、处理、显示监测数据。采集终端没有任务执行时，关闭所有外设、功能单元电源，隔离阴保电位信号，进入深度休眠低功耗状态。客户端软件即时响应控制参数操作，将参数发送给服务端软件，服务端软件存储参数、在下次采集终端唤醒通信时传输，采集终端接收数据，在中控单元解码、解析控制参数、并调度执行控制行为。
本发明实施例中，LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统，通过终端主动隔离被测对象、低功耗、周期自动采集燃气管道阴极保护电位，滤波降噪，通过LoRa传输到服务器平台；监测系统软件C/S架构，远程配置终端采集周期，达到即时监测的效果。
LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统，包括采集终端 111、LoRa基站12、监测软件141/142/143；采集终端111部署于燃气管道阴极保护测量桩112旁，周期自动化采集阴极保护电位数据与电池电量数据，加密数据与组帧后，通过终端上LoRa通信模块接入LoRa基站12，再由LoRa基站12网关接入蜂窝网基站13，并接入 Internet网络15，与服务端监测软件142通信；服务端软件142接收、处理数据，并存储于数据库143中；客户端软件141访问服务器数据库143，人机交互、处理、显示监测数据。客户端软件141即时响应控制参数操作，将参数发送给服务端软件142，服务端软件142 存储参数于数据库143中、并在下次采集终端111唤醒通信时传输，采集终端111接收数据、解码、解析控制参数、并调度执行控制行为。
如图2所示，采集任务发生时，LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位采集终端在中控单元24控制下，燃气管道阴极保护电位信号经过防雷电路21、隔离开关电路221、稳定跟随电路222，进入AD 采集模块241；中控242对AD241采集电位值数据进行滤波降噪处理，随后与电池电量数据进行联合加密、组帧、调度，通过LoRa通信模块25接入Internet网络，并发送给监测服务端。没有任务时，采集终端在中控242与电源控制电路261控制下，关闭所有外设、电位隔离采集电路22、通信单元25等电路、模块电源，通过电位隔离采集电路22切断被测阴极保护电位信号，进入深度休眠低功耗状态。
如图5所示，采集终端地面阴极保护测量桩安装时，采集终端 511通过安装背板512与抱箍513抱扎在测量桩53桩门532背面下方；采集终端线缆514及其保护套穿过测量桩开孔533与孔套进入测量桩内部，采集终端线缆514阴极保护电位线端连接到测量桩接线板531阴极保护电位接线端子上；长效参比电极521埋于地下，其线缆 522及其保护套在地面下走线至测量桩53旁，穿出地面沿测量桩53 布线，并穿过测量桩开孔533与孔套进入测量桩53内部，与采集终端线缆514长效参比电极线端连接。
如图6所示，采集终端地下竖井阴极保护测量桩安装时，采集终端511通过安装背板512与螺钉安装在竖井541壁上方；采集终端线缆514及其保护套穿过测量桩开孔533与孔套进入测量桩内部，采集终端线缆514阴极保护电位线端连接到测量桩接线板531阴极保护电位接线端子上；长效参比电极521埋于地下，其线缆522及其保护套在地面下走线至竖井541内，并穿过测量桩开孔533与孔套进入测量桩53内部，与采集终端线缆514长效参比电极线端连接。
本发明具有如下优点：
1、LoRa:低功耗、远距离、网络部署灵活。
2、本采集终端无任务时，主动切断、隔离被测电位信号，不对被测系统产生额外干扰。
3、(采集数据通过滤波降噪技术处理，消除随机干扰，数据更准确)。
4、(采集终端IP65防护设计，适应恶劣环境部署)。
5、本监测系统软件C/S架构分摊任务，充分利用设备硬件资源。
6、本监测系统，终端采集周期可远程配置，灵活监测。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统，其特征在于，包括采集终端(111)、LoRa基站(12)、监测软件(141)/(142)/(143)；采集终端(111)部署于燃气管道阴极保护测量桩(112)旁，周期自动化采集阴极保护电位数据与电池电量数据，加密数据与组帧后，通过终端上LoRa通信模块接入LoRa基站(12)，再由LoRa基站(12)网关接入蜂窝网基站(13)，并接入Internet网络(15)，与服务端监测软件(142)通信；服务端软件(142)接收、处理数据，并存储于数据库(143)中；客户端软件(141)访问服务器数据库(143)，人机交互、处理、显示监测数据；客户端软件(141)即时响应控制参数操作，将参数发送给服务端软件(142)，服务端软件(142)存储参数于数据库(143)中、并在下次采集终端(111)唤醒通信时传输，采集终端(111)接收数据、解码、解析控制参数、并调度执行控制行为。
2.根据权利要求1所述的LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统，其特征在于，采集任务发生时，LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位采集终端在中控单元(24)控制下，燃气管道阴极保护电位信号经过防雷电路(21)、隔离开关电路(221)、稳定跟随电路(222)，进入AD采集模块(241)；中控(242)对AD(241)采集电位值数据进行滤波降噪处理，随后与电池电量数据进行联合加密、组帧、调度，通过LoRa通信模块(25)接入Internet网络，并发送给监测服务端；没有任务时，采集终端在中控(242)与电源控制电路(261)控制下，关闭所有外设、电位隔离采集电路(22)、通信单元(25)等电路、模块电源，通过电位隔离采集电路(22)切断被测阴极保护电位信号，进入深度休眠低功耗状态。
3.根据权利要求1所述的LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统，其特征在于，采集终端地面阴极保护测量桩安装时，采集终端(511)通过安装背板(512)与抱箍(513)抱扎在测量桩(53)桩门(532)背面下方；采集终端线缆(514)及其保护套穿过测量桩开孔(533)与孔套进入测量桩内部，采集终端线缆(514)阴极保护电位线端连接到测量桩接线板(531)阴极保护电位接线端子上；长效参比电极(521)埋于地下，其线缆(522)及其保护套在地面下走线至测量桩(53)旁，穿出地面沿测量桩(53)布线，并穿过测量桩开孔(533)与孔套进入测量桩(53)内部，与采集终端线缆(514)长效参比电极线端连接。
4.根据权利要求1所述的LoRa型低功耗燃气管道阴极保护电位监测系统，其特征在于，采集终端地下竖井阴极保护测量桩安装时，采集终端(511)通过安装背板(512)与螺钉安装在竖井(541)壁上方；采集终端线缆(514)及其保护套穿过测量桩开孔(533)与孔套进入测量桩内部，采集终端线缆(514)阴极保护电位线端连接到测量桩接线板(531)阴极保护电位接线端子上；长效参比电极(521)埋于地下，其线缆(522)及其保护套在地面下走线至竖井(541)内，并穿过测量桩开孔(533)与孔套进入测量桩(53)内部，与采集终端线缆(514)长效参比电极线端连接。
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