CN110953402A - 一种用于水击安全防护的水力组件 - Google Patents

Abstract

一种用于水击安全防护的水力组件，属于管网安全监测技术领域，包括阀门设备、感知设备和智能监测终端，感知设备设置在阀门和/或阀门周边上，并与智能监测终端连接，智能监测终端外接现场供电装置。本发明将阀门设备、感知设备和智能监测终端三部分设计为一体化的水力组件，可实现数据高频瞬态参数采集，并在水锤发生设备故障或管道存在水击风险时采取全程录播的形式作为后续溯源分析的数据基础；在智能监测终端完成对数据的采集和处理工作，根据上传策略智能选择性的上传采集数据和分析结果；智能监测终端可用AI技术对数据进行分析，识别水击风险、设备健康，同时还具备低能耗的特点。

Description

一种用于水击安全防护的水力组件

技术领域

本发明涉及管网安全监测技术领域，更具体地，涉及一种用于水击安全防护的水力组件。

背景技术

在水利水电、市政供水、工业水循环以及石油化工行业中，管道内瞬态压力波的形成、叠加、扩散十分容易发生水击或水锤。传统的机械阀门应用在管道中，以自动或手动的方式控制运行，但不能对其本地的运行状态(对水击的防护效果)、健康度以及管道安全运行(是否发生水锤或存在水击风险)识别、分析和告警，同时，传统的方式是将的采集、分析的数据全部上传给上层平台，因此在大行业中，阀门的应用和管道的运行安全不能有效和快速的识别和响应，造成设备安全和管道安全的风险和损失，并且给上层服务器带来大量的无效数据和存储、分析压力，不利于整个系统的快速反应和应急控制。

目前市面上已经存在对数据采集、分析、数据上传以及软件平台对接多产品集成应用，并非与阀门产品一体化设计和应用，并且在集成功能方面不具备瞬态的数据采集、本地智能的分析和有选择性的数据上传等功能。

发明内容

针对上述技术的问题，本发明公开一种用于水击安全防护的水力组件，将阀门设备、感知设备以及智能监测终端三部分一体化设计、制造及应用，除传统的机械阀门功能外还具备智能监测的作用，其将数据采集和处理工作下沉至低功耗的智能监测终端，减轻上层平台的负荷与压力并加大部署灵活性。

为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于水击安全防护的水力组件，包括阀门设备、感知设备和智能监测终端，所述感知设备设置在阀门和/或阀门周边上，并与智能监测终端连接。

进一步的，所述阀门设备包括空气阀、水泵控制阀、斜板阀、浮球阀、泄压阀。

进一步的，所述感知设备包括传感器和摄像头。

进一步的，所述智能监测终端包括处理模块、存储模块、采集模块、通讯模块，所述感知设备通过总线与采集模块相连，所述存储模块、采集模块、通讯模块分别与处理模块连接。

进一步的，所述采集模块选用单片机实现，能进行高频瞬态参数采集。

进一步的，所述存储模块包括存储芯片，并集成了水力模型、设备特性曲线的仿真运行数据。

进一步的，所述处理模块由可编程逻辑控制器实现，可进行基于压力特征值的分析、基于AI图像的识别、基于AI语义的识别。

进一步的，所述通讯模块支持无线网络和以太网光纤有线网络传输方式，根据数据上传策略实现数据传输。

进一步的，所述智能监测终端外接现场供电装置。

进一步的，所述现场供电装置供电方式包括适配器供电、太阳能转换装置供电、水力发电装置供电。

本发明的有益效果有：

(1)在数据采集方面，可实现高频瞬态参数采集，并智能的根据故障发生或具有风险的情况采取全程故障录播的策略，作为后续溯源分析的数据基础；

(2)在数据分析方面，支持Linux系统，可用压力特征值得方法和AI技术对有效数据进行分析，识别水击风险与设备健康，并评估阀门设备对水击的消除效果；

(3)形成在阀门本体采集阀门运行数据和位置管道的运行参数以及在智能监测终端的应用，作为边缘计算的物联网终端，数据采集和处理工作下沉到智能监测终端，根据上传策略智能选择性的上传采集数据和分析结果，上层软件平台运行负荷减轻，可接入大量分布式部署的水力组件；

(4)智能监测终端部分，采用低能耗设计和优化，功率低至5W以下，可不依赖市电，部署简单灵活。

附图说明

图1为本发明水力组件结构示意图；

图2为本发明水力组件应用方案架构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明实施例中采用的原料和方法为本领域常规市购的原料和常规使用的方法。

实施例1

如图1所示，一种用于水击安全防护的水力组件，包括阀门设备、感知设备和智能监测终端，感知设备设置在阀门和/或阀门周边上，并与智能监测终端连接。

阀门设备包括但不限于空气阀、多功能水泵控制阀、多功能斜板阀、浮球阀、泄压阀，感知设备包括各类传感器和摄像头。

智能监测终端包括处理模块、存储模块、采集模块、通讯模块，感知设备通过总线与采集模块相连，存储模块、采集模块、通讯模块分别与处理模块连接，支持Linux系统。采集模块选用单片机实现，可实现高频瞬态参数采集，通过每秒100-1000Hz的频率将模拟信号转化为数字信号，并智能的在水锤发生、设备故障以及管道存在水击风险的时候，采取全程录播的策略，作为后续溯源分析的数据基础；存储模块包括存储芯片，存储芯片可配置2M～64M-bit闪存芯片，存储时间长于6个月的历史数据，并集成了水力模型、设备特性曲线的仿真运行数据；处理模块由可编程逻辑控制器实现，可进行①基于压力特征值的分析，包括包括最大最小值，平均值，压力变化速率等，识别水击、空气阀吸气排气等现象，②基于AI图像的识别：通过压力变化过程的波形图像特征，识别水击、空气阀吸气排气等现象，判别水击消除的效果，③基于AI语义的识别：将压力划分为几千个固定的区间(类似几千个文字)，将压力变化过程转换为压力区间的时序组合(类似于语句)，采用语义识别的技术识别水击、空气阀吸气排气等现象，判别水击消除的效果；通讯模块支持无线网络和以太网光纤有线网络传输方式，支持GPRS/4G/MBUS/RS485通信方式和协议，并根据数据上传策略实现数据传输。

进一步的，智能监测终端外接现场供电装置，其供电方式选用适配器供电、太阳能转换装置供电或水力发电装置供电。

如图2所示，进过采集分析处理后的数据通过物联网的无线或有线通讯方式上传到上层监测软件系统，进行平台或图形化拓扑的呈现，告警和通知，并进行综合的管理。

实施例2

本实施例公开一种以空气阀为本体的水力组件应用方案：感知设备对应在空气阀上设置的压力计、水浸传感器、噪声传感器和摄像头，分别采集压力、水浸、噪声、图片等数据，详见表1，其中，采集频率有特别需求的可以根据实际再定义，水浸传感器、噪声仪、摄像头等感知设备是根据实际工程需求选配。智能监测终端依据空气阀的产品特性曲线，对空气阀的三阶段排气吸气的工作状态，以及卡阻、吹堵、不排气等故障进行分析、判断，并与水力模型仿真数据和运行监测数据进行比对，将数据传送到上层监测软件系统一般采用无线通讯，根据现场信号情况，可选择GPRS/4G/NB-Iot等通讯方式，可设定频率上传数据，其中异常告警信息即时发送，紧急异常手机短信发送。为确保数据传输信息安全，采用数据模板、适配解析的普接入数据传输方式。对于野外安装的空气阀采用太阳能发电或管道余压发电等供电方式。

表1

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于水击安全防护的水力组件，包括阀门设备、感知设备和智能监测终端，所述感知设备设置在阀门和/或阀门周边上，并与智能监测终端连接。

2.根据权利要求1所述的水力组件，其特征在于，所述阀门设备包括空气阀、水泵控制阀、斜板阀、浮球阀、泄压阀。

3.根据权利要求1所述的水力组件，其特征在于，所述感知设备包括传感器和摄像头。

4.根据权利要求1所述的水力组件，其特征在于，所述智能监测终端包括处理模块、存储模块、采集模块、通讯模块，所述感知设备通过总线与采集模块相连，所述存储模块、采集模块、通讯模块分别与处理模块连接。

5.根据权利要求4所述的水力组件，其特征在于，所述采集模块选用单片机实现，能进行高频瞬态参数采集。

6.根据权利要求4所述的水力组件，其特征在于，所述存储模块包括存储芯片，并集成了水力模型、设备特性曲线的仿真运行数据。

7.根据权利要求4所述的水力组件，其特征在于，所述处理模块由可编程逻辑控制器实现，可进行基于压力特征值的分析、基于AI图像的识别、基于AI语义的识别。

8.根据权利要求4所述的水力组件，其特征在于，所述通讯模块支持无线网络和以太网光纤有线网络传输方式，根据数据上传策略实现数据传输。

9.根据权利要求4所述的水力组件，其特征在于，所述智能监测终端外接现场供电装置。

10.根据权利要求9所述的水力组件，其特征在于，所述现场供电装置供电方式包括适配器供电、太阳能转换装置供电、水力发电装置供电。

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