CN109404739A - 一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，涉及天然气浓度检测技术领域，其包括第一检测单元，所述第一检测单元的输出端与第一A/D转换器的输入端电连接，所述第一检测单元包括气敏传感器和第一变送器，所述气敏传感器的输出端与第一变送器的输入端电连接，所述第一变送器的输出端与第一A/D转换器的输入端电连接。该智能控制系统中的天然气浓度检测系统，本发明采用气敏传感器和压力传感器双重检测机制进行检测，从而使得天然气检测系统设计更加完善，当气敏传感器或者压力传感器中的一个出现故障时，仍然可以保证整个系统的安全运行，从而可以尽快的使得工作人员对泄漏点进行检修，降低了人们的损失。

Description

一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统

技术领域

本发明涉及天然气浓度检测技术领域，具体为一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统。

背景技术

天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体(包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物生成气等)，而人们长期以来通用的“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物。在石油地质学中，通常指油田气和气田气。其组成以烃类为主，并含有非烃气体。

而我国所实施启动的“西气东输”工程，是仅次于长江三峡工程的又一重大投资项目，是拉开“西部大开发”序幕的标志性建设工程，在天然气场站内对天然气进行储存和分配，利用智能控制分配系统来使得管道内的压力处于恒定范围，在天然气场站内为了避免天然气的泄漏，对天然气的浓度检测至关重要，稍有不慎就会造成不可估量的损失，而天然气的泄漏又往往会出现在管道上设置的阀门处，目前在对天然气进行检测时往往是单纯的对空气中的气体成分类型和浓度进行检测，而没有考虑到对空气成分检测的传感器损坏的情况，由于系统设计不完善，很容易造成不可挽回的损失，另外在对管道阀门泄漏点查找方面也存在着查找困难的现状。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，解决了目前在对天然气进行检测时往往是单纯的对空气中的气体成分类型和浓度进行检测，而没有考虑到对空气成分检测的传感器损坏的情况，由于系统设计不完善，很容易造成不可挽回的损失，另外在对管道阀门泄漏点查找方面也存在着查找困难的问题。

(二)技术方案

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，包括第一检测单元，所述第一检测单元的输出端与第一A/D转换器的输入端电连接，所述第一检测单元包括气敏传感器和第一变送器，所述气敏传感器的输出端与第一变送器的输入端电连接，所述第一变送器的输出端与第一A/D转换器的输入端电连接，所述第一A/D转换器的输出端与中央处理模块的输入端电连接，所述中央处理模块的输入端与第二A/D转换器的输出端电连接，所述第二A/D转换器的输入端与第二检测单元的输出端电连接，所述第二检测单元包括压力传感器和第二变送器，所述压力传感器的输出端与第二变送器的输入端电连接，所述第二变送器的输出端与第二A/D转换器的输入端电连接，所述第一检测单元和第二检测单元的数量均根据天然气场站内的阀门数量进行对应设置。

所述中央处理模块的输出端与阀门处报警单元的输入端电连接，所述阀门处报警单元包括第二报警灯和第二蜂鸣器，所述第二报警灯和第二蜂鸣器的输入端与中央处理模块的输出端电连接，所述中央处理模块的输出端与控制室报警单元的输入端电连接，所述控制室报警单元包括第一报警灯和第一蜂鸣器，所述第一报警灯和第一蜂鸣器的输入端与中央处理模块的输出端电连接。

所述中央处理模块的输入端与电源模块的输出端电连接，所述中央处理模块的输入端与第一反馈模块的输出端电连接，所述第一反馈模块的输入端与第一对比模块的输出端电连接，所述第一对比模块的输入端与中央处理模块的输出端电连接，所述中央处理模块的输出端与第二对比模块的输入端电连接，所述第二对比模块的输出端与第二反馈模块的输入端电连接，所述第二反馈模块的输出端与中央处理模块的输入端电连接，所述控制室报警单元设置在监控控制大厅，所述阀门处报警单元安装设置在天然气管道的开关阀门处，所述中央处理模块与HMI人机界面模块双向电连接。

优选的，所述气敏传感器为QM-N5型半导体气敏传感器，所述压力传感器为PY301型气体压力传感器

优选的，所述第一变送器和第二变送器的型号均为PT40I24VDC，所述第一A/D转换器和第二A/D转换器的型号均为AD7478ARTZ。

优选的，所述HMI人机界面模块的型号为VT5-X，所述中央处理模块内设置有组态软件。

优选的，所述中央处理模块包括微处理器、存储器和I/O接口。

优选的，所述第一报警灯和第二报警灯的型号均为LTE-1101M，所述第一蜂鸣器和第二蜂鸣器的型号均为FST-4020。

优选的，所述HMI人机界面模块内设置有触摸式LED显示屏。

(三)有益效果

本发明的有益效果在于：

1、该智能控制系统中的天然气浓度检测系统，通过在每个管道阀门处安装第一检测单元和第二检测单元，当天然气在阀门处出现泄漏时，由压力传感器对管道内的压力值进行检测，在天然气泄漏往远处扩散之前由气敏传感器对泄漏点附近的空气成分和浓度进行检测，在中央处理模块、第一反馈模块、第二反馈模块、第一对比模块和第二对比模块的配合下，由中央处理模块处理得知空气成分浓度值和管道内压力值超出正常值范围，从而由控制室报警单元和阀门处报警单元进行报警提示，再由工作人员对泄漏情况进行处理即可，本发明采用气敏传感器和压力传感器双重检测机制进行检测，从而使得天然气检测系统设计更加完善，当气敏传感器或者压力传感器中的一个出现故障时，仍然可以保证整个系统的安全运行，从而可以尽快的使得工作人员对泄漏点进行检修，降低了人们的损失。

2、该智能控制系统中的天然气浓度检测系统，通过设置HMI人机界面模块，HMI人机界面模块可以将空气中成分类型的浓度正常值范围和天然气管道内的压力值正常范围输入到中央处理模块内，从而为气敏传感器和压力传感器的检测值提供对比依据，第一检测单元和第二检测单元与阀门的数量相对应，并且通过HMI人机界面模块对气敏传感器和压力传感器进行编号输入并与阀门进行对应，当某个阀门处的数据不正常时便可以很快的得知出现泄漏点的阀门，节省了人们的时间，从这个层面同样可以降低人们的损失。

3、该智能控制系统中的天然气浓度检测系统，通过设置第一变送器和第一A/D转换器，第一变送器可以将气敏传感器检测到的成分浓度这一物理量信息转换成便于测量和传输的标准化信号，再将这一标准化模拟量信号通过第一A/D转换器转换成便于中央处理模块识别的数字信号并传输给中央处理模块，使得中央处理模块对气敏传感器检测到的数据更加方便的进行处理分析。

4、该智能控制系统中的天然气浓度检测系统，通过设置第一对比模块和第一反馈模块，由第一对比模块将中央处理模块内检测到的数字信号与通过HMI人机界面模块输入的天然气管道内的压力值正常范围进行对比，并将此对比结果通过第一反馈模块反馈到中央处理模块内，从而实现了数据的对比。

5、该智能控制系统中的天然气浓度检测系统，通过设置控制室报警单元和阀门处报警单元，当对比结果超出正常值范围时，由中央处理模块控制第一报警灯、第一蜂鸣器、第二报警灯和第二蜂鸣器进行报警提示，当气敏传感器和压力传感器二者中的一个检测到的数值范围超出正常值时，控制室报警单元和阀门处报警单元都会进行报警提示，从而实现了双重报警机制。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

图中：1中央处理模块、2HMI人机界面模块、3电源模块、4第二A/D转换器、5控制室报警单元、51第一报警灯、52第一蜂鸣器、6阀门处报警单元、61第二报警灯、62第二蜂鸣器、7第一检测单元、71气敏传感器、72第一变送器、8第二检测单元、81压力传感器、82第二变送器、9第一对比模块、10第一反馈模块、11第二对比模块、12第二反馈模块、13第一A/D转换器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，包括第一检测单元7，第一检测单元7的输出端与第一A/D转换器13的输入端电连接，第一检测单元7包括气敏传感器71和第一变送器72，气敏传感器71的输出端与第一变送器72的输入端电连接，气敏传感器71为QM-N5型半导体气敏传感器，通过设置气敏传感器71和压力传感器81，由压力传感器81对管道内的压力值进行检测，在天然气泄漏往远处扩散之前由气敏传感器71对泄漏点附近的空气成分和浓度进行检测，采用气敏传感器71和压力传感器81双重检测机制进行检测，从而使得天然气检测系统设计更加完善，当气敏传感器71或者压力传感器81中的一个出现故障时，仍然可以保证整个系统的安全运行，压力传感器81为PY301型气体压力传感器，第一变送器72的输出端与第一A/D转换器13的输入端电连接，第一变送器72和第二变送器82的型号均为PT40I24VDC，第一A/D转换器13和第二A/D转换器4的型号均为AD7478ARTZ，通过设置第一变送器72和第一A/D转换器13，第一变送器72可以将气敏传感器71检测到的成分浓度这一物理量信息转换成便于测量和传输的标准化信号，再将这一标准化模拟量信号通过第一A/D转换器13转换成便于中央处理模块1识别的数字信号并传输给中央处理模块1，第一A/D转换器13的输出端与中央处理模块1的输入端电连接，中央处理模块1的输入端与第二A/D转换器4的输出端电连接，第二A/D转换器4的输入端与第二检测单元8的输出端电连接，第二检测单元8包括压力传感器81和第二变送器82，压力传感器81的输出端与第二变送器82的输入端电连接，第二变送器82的输出端与第二A/D转换器4的输入端电连接，第一检测单元7和第二检测单元8的数量均根据天然气场站内的阀门数量进行对应设置。

中央处理模块1的输出端与阀门处报警单元6的输入端电连接，阀门处报警单元6包括第二报警灯61和第二蜂鸣器62，第二报警灯61和第二蜂鸣器62的输入端与中央处理模块1的输出端电连接，中央处理模块1的输出端与控制室报警单元5的输入端电连接，控制室报警单元5包括第一报警灯51和第一蜂鸣器52，第一报警灯51和第一蜂鸣器52的输入端与中央处理模块1的输出端电连接，第一报警灯51和第二报警灯61的型号均为LTE-1101M，第一蜂鸣器52和第二蜂鸣器62的型号均为FST-4020，当对比结果超出正常值范围时，由中央处理模块1控制第一报警灯51、第一蜂鸣器52、第二报警灯61和第二蜂鸣器62进行报警提示，当气敏传感器71和压力传感器81二者中的一个检测到的数值范围超出正常值时，控制室报警单元5和阀门处报警单元6都会进行报警提示。

中央处理模块1的输入端与电源模块3的输出端电连接，通过设置电源模块3，从而使得电源模块3可以更加方便的给整个系统供电，中央处理模块1的输入端与第一反馈模块10的输出端电连接，第一反馈模块10的输入端与第一对比模块9的输出端电连接，第一对比模块9的输入端与中央处理模块1的输出端电连接，通过设置第一对比模块9和第一反馈模块10，由第一对比模块9将中央处理模块1内检测到的数字信号与通过HMI人机界面模块2输入的天然气管道内的压力值正常范围进行对比，并将此对比结果通过第一反馈模块10反馈到中央处理模块1内，中央处理模块1的输出端与第二对比模块11的输入端电连接，第二对比模块11的输出端与第二反馈模块12的输入端电连接，第二反馈模块12的输出端与中央处理模块1的输入端电连接，控制室报警单元5设置在监控控制大厅，阀门处报警单元6安装设置在天然气管道的开关阀门处，中央处理模块1与HMI人机界面模块2双向电连接，通过设置HMI人机界面模块2，通过HMI人机界面模块2可以将空气中成分类型的浓度正常值范围和天然气管道内的压力值正常范围输入到中央处理模块1内，并且通过HMI人机界面模块2对气敏传感器71和压力传感器81进行编号输入并与阀门进行对应，HMI人机界面模块2的型号为VT5-X，HMI人机界面模块2内设置有触摸式LED显示屏，通过设置触摸式LED显示屏组态软件，组态软件可以在HMI人机界面模块2内的显示屏上进行显示，从而来对天然气场站内管道阀门的状态进行实时组态监控，人们也可以通过触摸式显示屏进行信息的输入，中央处理模块1内设置有组态软件，中央处理模块1包括微处理器、存储器和I/O接口，通过设置I/O接口，从而使得中央处理模块1更加方便的与外部设备进行连接。

本发明的操作步骤为：

S1、在天然气场站的每个管道阀门处安装气敏传感器71，在阀门处的管道内部安装压力传感器81，通过HMI人机界面模块2可以将空气中成分类型的浓度正常值范围和天然气管道内的压力值正常范围输入到中央处理模块1内，从而为气敏传感器71和压力传感器81的检测值提供对比依据，并且通过HMI人机界面模块2对气敏传感器71和压力传感器81进行编号输入并与阀门进行对应，当某个阀门处的数据不正常时便可以很快的得知出现泄漏点的阀门，通过在中央处理模块1内安装组态软件，组态软件可以在HMI人机界面模块2内的显示屏上进行显示，从而来对天然气场站内管道阀门的状态进行实时组态监控；

S2、当天然气在阀门处出现泄漏时，由压力传感器81对管道内的压力值进行检测，并将压力传感器81检测到的压力这一物理量信息通过第二变送器82转换成便于测量和传输的标准化信号，再将这一标准化模拟量信号通过第二A/D转换器4转换成便于中央处理模块1识别的数字信号并传输给中央处理模块1，并由第二对比模块11将此数字信号与通过HMI人机界面模块2输入的天然气管道内的压力值正常范围进行对比，并将此对比结果通过第二反馈模块12反馈到中央处理模块1内，当对比结果超出正常值范围时，由中央处理模块1控制第一报警灯51、第一蜂鸣器52、第二报警灯61和第二蜂鸣器62进行报警提示，从而使得工作人员可以更加快捷的找到泄漏点位置进行维修补救；

S3、同样，在天然气泄漏往远处扩散之前由气敏传感器71对泄漏点附近的空气成分和浓度进行检测，并将气敏传感器71检测到的成分浓度这一物理量信息通过第一变送器72转换成便于测量和传输的标准化信号，再将这一标准化模拟量信号通过第一A/D转换器13转换成便于中央处理模块1识别的数字信号并传输给中央处理模块1，并由第一对比模块9将此数字信号与通过HMI人机界面模块2输入的天然气管道内的压力值正常范围进行对比，并将此对比结果通过第一反馈模块10反馈到中央处理模块1内，当对比结果超出正常值范围时，由中央处理模块1控制第一报警灯51、第一蜂鸣器52、第二报警灯61和第二蜂鸣器62进行报警提示，当气敏传感器71和压力传感器81二者中的一个检测到的数值范围超出正常值时，控制室报警单元5和阀门处报警单元6都会进行报警提示。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，包括第一检测单元(7)，其特征在于：所述第一检测单元(7)的输出端与第一A/D转换器(13)的输入端电连接，所述第一检测单元(7)包括气敏传感器(71)和第一变送器(72)，所述气敏传感器(71)的输出端与第一变送器(72)的输入端电连接，所述第一变送器(72)的输出端与第一A/D转换器(13)的输入端电连接，所述第一A/D转换器(13)的输出端与中央处理模块(1)的输入端电连接，所述中央处理模块(1)的输入端与第二A/D转换器(4)的输出端电连接，所述第二A/D转换器(4)的输入端与第二检测单元(8)的输出端电连接，所述第二检测单元(8)包括压力传感器(81)和第二变送器(82)，所述压力传感器(81)的输出端与第二变送器(82)的输入端电连接，所述第二变送器(82)的输出端与第二A/D转换器(4)的输入端电连接，所述第一检测单元(7)和第二检测单元(8)的数量均根据天然气场站内的阀门数量进行对应设置；

所述中央处理模块(1)的输出端与阀门处报警单元(6)的输入端电连接，所述阀门处报警单元(6)包括第二报警灯(61)和第二蜂鸣器(62)，所述第二报警灯(61)和第二蜂鸣器(62)的输入端与中央处理模块(1)的输出端电连接，所述中央处理模块(1)的输出端与控制室报警单元(5)的输入端电连接，所述控制室报警单元(5)包括第一报警灯(51)和第一蜂鸣器(52)，所述第一报警灯(51)和第一蜂鸣器(52)的输入端与中央处理模块(1)的输出端电连接；

所述中央处理模块(1)的输入端与电源模块(3)的输出端电连接，所述中央处理模块(1)的输入端与第一反馈模块(10)的输出端电连接，所述第一反馈模块(10)的输入端与第一对比模块(9)的输出端电连接，所述第一对比模块(9)的输入端与中央处理模块(1)的输出端电连接，所述中央处理模块(1)的输出端与第二对比模块(11)的输入端电连接，所述第二对比模块(11)的输出端与第二反馈模块(12)的输入端电连接，所述第二反馈模块(12)的输出端与中央处理模块(1)的输入端电连接，所述控制室报警单元(5)设置在监控控制大厅，所述阀门处报警单元(6)安装设置在天然气管道的开关阀门处，所述中央处理模块(1)与HMI人机界面模块(2)双向电连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，其特征在于：所述气敏传感器(71)为QM-N5型半导体气敏传感器，所述压力传感器(81)为PY301型气体压力传感器。

3.根据权利要求1所述的一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，其特征在于：所述第一变送器(72)和第二变送器(82)的型号均为PT40I24VDC，所述第一A/D转换器(13)和第二A/D转换器(4)的型号均为AD7478ARTZ。

4.根据权利要求1所述的一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，其特征在于：所述HMI人机界面模块(2)的型号为VT5-X，所述中央处理模块(1)内设置有组态软件。

5.根据权利要求1所述的一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，其特征在于：所述中央处理模块(1)包括微处理器、存储器和I/O接口。

6.根据权利要求1-5所述的一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，其特征在于：所述第一报警灯(51)和第二报警灯(61)的型号均为LTE-1101M，所述第一蜂鸣器(52)和第二蜂鸣器(62)的型号均为(FST-4020)。

7.根据权利要求1-6所述的一种智能控制系统中的天然气浓度检测系统，其特征在于：所述HMI人机界面模块(2)内设置有触摸式LED显示屏。

8.一种智能控制系统中的天然气浓度检测方法，其特征在于：S1、在天然气场站的每个管道阀门处安装气敏传感器71，在阀门处的管道内部安装压力传感器81，通过HMI人机界面模块2可以将空气中成分类型的浓度正常值范围和天然气管道内的压力值正常范围输入到中央处理模块1内，从而为气敏传感器71和压力传感器81的检测值提供对比依据，并且通过HMI人机界面模块2对气敏传感器71和压力传感器81进行编号输入并与阀门进行对应，当某个阀门处的数据不正常时便可以很快的得知出现泄漏点的阀门，通过在中央处理模块1内安装组态软件，组态软件可以在HMI人机界面模块2内的显示屏上进行显示，从而来对天然气场站内管道阀门的状态进行实时组态监控；

S2、当天然气在阀门处出现泄漏时，由压力传感器81对管道内的压力值进行检测，并将压力传感器81检测到的压力这一物理量信息通过第二变送器82转换成便于测量和传输的标准化信号，再将这一标准化模拟量信号通过第二A/D转换器4转换成便于中央处理模块1识别的数字信号并传输给中央处理模块1，并由第二对比模块11将此数字信号与通过HMI人机界面模块2输入的天然气管道内的压力值正常范围进行对比，并将此对比结果通过第二反馈模块12反馈到中央处理模块1内，当对比结果超出正常值范围时，由中央处理模块1控制第一报警灯51、第一蜂鸣器52、第二报警灯61和第二蜂鸣器62进行报警提示，从而使得工作人员可以更加快捷的找到泄漏点位置进行维修补救；

S3、同样，在天然气泄漏往远处扩散之前由气敏传感器71对泄漏点附近的空气成分和浓度进行检测，并将气敏传感器71检测到的成分浓度这一物理量信息通过第一变送器72转换成便于测量和传输的标准化信号，再将这一标准化模拟量信号通过第一A/D转换器13转换成便于中央处理模块1识别的数字信号并传输给中央处理模块1，并由第一对比模块9将此数字信号与通过HMI人机界面模块2输入的天然气管道内的压力值正常范围进行对比，并将此对比结果通过第一反馈模块10反馈到中央处理模块1内，当对比结果超出正常值范围时，由中央处理模块1控制第一报警灯51、第一蜂鸣器52、第二报警灯61和第二蜂鸣器62进行报警提示，当气敏传感器71和压力传感器81二者中的一个检测到的数值范围超出正常值时，控制室报警单元5和阀门处报警单元6都会进行报警提示。