CN114396984B - 具有内置网关的分步运算式能量计量装置及物联网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有内置网关的分步运算式能量计量装置，包括内置网关，内置网关包括通信数据处理模块、数据存储模块、信息安全管理模块和通信模块；通信数据处理模块、信息安全管理模块、通信模块依次连接，数据存储模块与通信数据处理模块连接；通信数据处理模块用于对通信数据的协议转换、有效性过滤、通信组织、标准格式数据的封装与解包；数据存储模块用于对通信数据的储存；信息安全管理模块用于对信息交互对象身份认证、交互数据加解密、交互数据完整性和有效性验证。本发明可实现通信数据的存储、通信组织、标准协议转换、封装与解包等通信预处理工作，提高通信效率和稳定性，并确保信息交互的安全性。

Description

具有内置网关的分步运算式能量计量装置及物联网系统

技术领域

本发明涉及天然气能力计算技术领域，具体涉及具有内置网关的分步运算式能量计量装置。

背景技术

天然气作为一种优质、高效、清洁的能源和重要的化工原料，在世界各国均得到普遍重视和优先利用，在能源结构中占的比例达到35%。随着天然气作为环保能源地位的不断上升，对天然气进行准确、公平和公正的计量工作是对天然气进行科学管理的一项重要技术工作，关系到多方利益。同时，天然气作为燃料，它的实际价值应该是它的热值而非体积，国外的天然气计量方式普遍采用能量计量的方法，所以难免在与其它国家进行天然气贸易交接过程中产生不必要的争端，因此开展天然气能量计量设备的研究有着非常重要的意义。

现有的天然气集输站都配有计量设备，但是传统的计量设备无法判断能量计量结果的精准性，长时间使用之后，导致计量设备实际计量结果存在较大误差，且现有的计量装置通信效率低且不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，目的在于提供具有内置网关的分步运算式能量计量装置，可实现通信数据的存储、通信组织、标准协议转换、封装与解包等通信预处理工作，提高通信效率和稳定性，并确保信息交互的安全性。

本发明通过下述技术方案实现：

具有内置网关的分步运算式能量计量装置，包括内置网关，所述内置网关包括通信数据处理模块、数据存储模块、信息安全管理模块和通信模块；所述通信数据处理模块、信息安全管理模块、通信模块依次连接，所述数据存储模块与通信数据处理模块连接；所述通信数据处理模块用于对通信数据的协议转换、有效性过滤、通信组织、标准格式数据的封装与解包；所述数据存储模块用于对通信数据的储存；所述信息安全管理模块用于对信息交互对象身份认证、交互数据加解密、交互数据完整性和有效性验证；所述通信模块用于实现所述能量计量装置对外通信。

进一步地，还包括发热量分析处理模块、流量综合分析处理模块以及能量计算模块，所述能量计算模块与通信数据处理模块连接，所述发热量分析处理模块用于天然气单位发热量计算，并将计算结果传输至能量计算模块；

所述流量综合分析处理模块用于获取天然气感知信息，计算得到标况流量信息并传输至能量计算模块；

所述能量计算模块据获取到的标况流量信息和对应时段的天然气单位发热量信息，进行天然气能量的计算。

进一步地，所述发热量分析处理模块的输入端设有样气处理系统和标气处理系统，所述样气处理系统的输入端还设有样气控制器，所述样气控制器的输入端还设有样气采集接口，所述标气处理系统的输入端还设有标气采集接口；

所述标气处理系统用于对采集到的标准气体进行除杂处理，所述发热量分析处理模块对除杂后的标准气体进行发热量计算，并将计算结果与标准气体发热量的标准值进行较对，实现发热量分析处理模块的校准；所述样气处理系统用于对采集到的天然气中气体杂质进行除杂处理，所述发热量分析处理模块对除杂后的天然气进行单位发热量计算，并将计算结果传输至能量计算模块。

进一步地，还包括触控显示屏、流量传感器、压力传感器、温度传感器，所述流量综合分析处理模块用于对流量传感器、压力传感器、温度传感器采集到的信号进行分析和处理，计算天然气工况流量，并实现向标况流量的转换；

所述触控显示屏分别与流量综合分析处理模块、发热量分析处理模块以及能量计算模块连接，能够向流量综合分析处理模块、发热量分析处理模块发送控制指令，进行权限内参数的调节。

进一步地，包括壳体，所述能量计算模块、通信数据处理模块、数据存储模块、通信模块、信息安全管理模块、触控显示屏、发热量分析处理模块、流量综合分析处理模块均位于壳体内；

所述壳体内设有贯穿壳体的燃气管，所述流量传感器、压力传感器、温度传感器位于燃气管内；

所述样气采集接口包括采样管，所述采样管一端与燃气管连通，另一端与样气控制器连接，所述样气控制器包括内部为空心结构的球体；

所述球体的下端设置有连接管，连接管的下端设置有用于收集杂质的储存管，所述储存管的一端与连接管可拆式连接，另一端为封闭结构，所述连接管的侧壁上还设有伴热管，且伴热管与样气处理系统连通；

球体的内部设有除杂组件，所述除杂组件能够在球体内转动，将采样管处收集到的杂质转移至储存管中。

进一步地，所述燃气管内壁上还设有第一弹性件，所述第一弹性件一端与燃气管内壁连接，另一端设有封堵块，所述封堵块能够对采样管进行封堵；

所述球体内的除杂组件旋转至朝向采样管时，除杂组件能够推动封堵块压缩第一弹性件，将采样管打开。

进一步地，所述除杂组件包括电机、第一伸缩件、收集箱以及除杂单元，所述电机位于球体外壁上，所述电机的输出端设有活动轴，所述第一伸缩件一端固定在活动轴上，另一端贯穿收集箱的底部与除杂单元连接；

所述收集箱内还设有过滤网，收集箱的底部还设有第一连接孔以及若干气孔，所述第一伸缩件位于第一连接孔内；

所述除杂单元包括内部设有空腔的固定块，所述固定块的空腔内设有若干清理棒，所述第一伸缩件与空腔连通，当第一伸缩件内充气时，清理棒能够从固定块内伸出。

进一步地，所述收集箱的内壁上还设有限位孔，所述清理棒能够插入至限位孔内；

所述采样管的内壁上还设有凹槽，凹槽内设有第二弹性件和解锁杆，所述第二弹性件能够推动解锁杆插入至限位孔内；

所述清理棒位于空腔内的末端上还设有固定板，所述固定块的空腔内还设有弹力小于第二弹性件弹力的第三弹性件，第三弹性件套在清理棒上，且与固定板连接。

进一步地，所述球体的内壁上还设有两个第二伸缩件，两个所述第二伸缩件位于同一竖直方向上，第二伸缩件一端与球体内壁连接，另一端设有连接块，所述连接块上设有封堵板，所述封堵板与连接块可拆式连接，且第二伸缩件能够驱动封堵板插入至收集箱内。

进一步地，所述收集箱的外壁两侧设有与内部连通的方孔，所述封堵板能够插入至方孔内；

所述连接块远离第二伸缩件方向的端部设有容纳槽，所述容纳槽内壁上设有放置槽，所述放置槽内设有第四弹性件和夹持块，第四弹性件产生的拉力能够拉动夹持块缩回至放置槽内，所述第二伸缩件内还设有气管，所述气管与放置槽连通；

所述封堵板的表面上设有加持槽，当气管内的气体进入至放置槽时，气体能够推动夹持块插入至加持槽内。

进一步地，所述球体内壁上还设有两个活动板，所述活动板均与球体的内壁铰接，两个所述活动板之间还设有第三伸缩件，所述第三伸缩件能够改变两个活动板之间形成夹角的大小。

进一步地，所述球体的内壁上还设有竖杆，所述第三伸缩件套在竖杆上，竖杆的两端均贯穿活动板；

所述活动板上均设有条形口，所述竖杆位于条形口内；

所述竖杆上还设有第六弹性件，所述第六弹性件套在竖杆上，且位于活动板与球体内壁之间。

嵌有信息安全管理模块的能量计量物联网系统，包括依次交互的用户平台、服务平台、管理平台、传感网络平台以及感知控制平台；

所述感知控制平台为上述能量计量装置，所述感知控制平台将获取到的感知信息通过所述传感网络平台传递至所述管理平台；

所述管理平台包含能量计量管理系统，所述能量计量管理系统对接收到的感知信息进行综合分析处理，通过所述服务平台向用户平台传递用户需求信息，并通过所述传感网络平台向感知控制平台下达控制指令。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明实现天然气能量计量装置一体化设计，各功能模块参数匹配性好，计量更准确；一体化设计，有利于提高客户采购效率，同时提升设备管理工作效率，流量、热量和能量采用分模块的分步运算方式，降低了模块的运算负荷，有效提升了运算速度和效率，减少运算故障；

2、本发明利于设置的内置网关，可实现通信数据的存储、通信组织、标准协议转换、封装与解包等通信预处理工作，提高通信效率和稳定性，同时具有信息安全管理功能，可确保天然气计量装置对外信息交互的信息安全，通过建立物联网运行系统，实现天然气能量计量智慧化管理运营；

3、本发明在利用采样管对燃气管内的天然气进行采样时，利用设置的除杂组件能够对进入至采样管内的天然气进行除杂，并将过滤出来的杂质临时储存在收集箱内，同时当完成采样之后，设置的收集箱能够旋转180°，将储存在收集箱内的杂质转移至储存管内，便于用户定期将过滤出来的杂质排出；

4、本发明通过在球体内部设置的活动板和第三伸缩件不仅能够实现对收集箱位置的限定，保证收集箱能够与采样管和连接管对正，同时利用设置的第三伸缩件能够使得活动板在球体内上下摆动，从而驱动收集箱能够在球体内左右摆动，将位于收集箱死角处的固体杂质有效排出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明壳体的结构示意图；

图3为本发明壳体内的结构示意图；

图4为本发明壳体内采样管与球体内部的结构示意图；

图5为本发明壳体内采样管与球体内部另一种状态时的结构示意图；

图6为本发明球体内的结构示意图；

图7为本发明球体内另一种状态时的结构示意图；

图8为本发明收集箱与固定块的结构示意图；

图9为本发明图6中A部放大后的结构示意图；

图10为本发明图6中B部放大后的结构示意图；

图11为本发明图6中C部放大后的结构示意图；

图12为本发明图7中D部放大后的结构示意图；

图13为本发明活动板与第三伸缩件的连接结构示意图；

图14为本发明活动板的结构示意图；

图15为本发明实施例3中系统架构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-壳体，2-燃气管，3-样气处理系统，4-标气处理系统，5-标气采集接口，6-储存管，7-连接管，8-球体，9-能量计算模块，10-UPS电源，11-流量传感器、12-压力传感器，13-温度传感器，14-伴热管，15-采样管，16-封堵块，17-第一弹性件，18-收集箱，19-第一伸缩件，20-固定块， 22-活动轴，23-第五弹性件，24-第二弹性件，25-解锁杆，26-第四弹性件，27-气管，28-第二伸缩件，29-封堵板，30-夹持块，31-连接块，32-清理棒，33-方孔，34-第三弹性件，35-过滤网，36-第一连接孔，37-第二连接孔，38-固定板，39-第三伸缩件，40-活动板，41-竖杆，42-第六弹性件，43-条形口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本发明包括流量传感器、压力传感器、温度传感器以及流量综合分析处理模块，所述流量综合分析处理模块用于对流量传感器、压力传感器、温度传感器采集到的信号进行分析和处理。

为了能够实时对燃气管内的天然气的流量、压力以及稳定进行实时监测，故分别设置有流量传感器、压力传感器、温度传感器，其流量传感器、压力传感器、温度传感器分布在待检测的管道内，通过流量传感器获取天然气瞬时流量信息，并传输至流量综合分析处理模块，通过压力传感器获取天然气实时压力信息，并传输至流量综合分析处理模块，通过温度传感器获取天然气实时温度信息，并传输至流量综合分析处理模块，利用流量综合分析处理模块对采集到的信号进行分析和处理，判断管道内的天然气是否处于正常状态。

还包括能量计算模块、触控显示屏、内置网关，所述内置网关包括通信数据处理模块、数据存储模块、信息安全管理模块和通信模块；所述通信数据处理模块、信息安全管理模块、通信模块依次连接，所述数据存储模块与通信数据处理模块连接，所述通信数据处理模块与能量计算模块连接，所述通信模块与外置网关连接，实现能量计量装置对外通信；所述流量综合分析处理模块分别与能量计算模块和触控显示屏连接。

通过设置的内置网关能够实现天然气能量计量装置通信数据的存储、协议转换、有效性过滤、通信组织、标准格式数据的封装与解包等通信预处理工作，提高通信效率和稳定性；同时利用设置的信息安全管理模块能够涉及信息交互对象身份认证、交互数据加解密、交互数据完整性和有效性验证等，确保信息交互的安全性。

还包括发热量分析处理模块，所述发热量分析处理模块的输出端分别与触控显示屏和能量计算模块连接，所述发热量分析处理模块的输入端还设有样气处理系统和标气处理系统，所述样气处理系统的输入端设有样气控制器，所述样气控制器的输入端还设有样气采集接口；

所述标气处理系统的输入端设有标气采集接口。

触控显示屏还与发热量分析处理模块电性连接，实现双向通信。触控显示屏可获取并显示天然气的工况压力、温度、工况流量、标况流量、样气发热量等信息；也可以通过现场操作触控显示屏，向流量综合分析处理模块、发热量分析处理模块、能量计算模块发送相关的控制指令，进行权限内参数的调节。

标气通过标气采集接口、标气处理系统进入发热量分析处理模块，发热量分析处理模块分析标气的发热量，并根据标气发热量标准值进行发热量的分析较对。

天然气依次通过样气采集接口、样气控制器、样气处理系统进入发热量分析处理模块，发热量分析处理模块计算样气的单位发热量。

流量综合分析处理模块和发热量分析处理模块分别将标况流量信息和样气的单位发热量计算结果传输至能量计算模块，上述标况流量信息为流量综合分析处理模块将获取到的流量、压力、温度感知信息计算出工况流量，并依据工况流量转换得到的标况流量信息。

能量计算模块根据获取到的标况流量信息和对应时段的天然气（样气）发热量信息，进行天然气能量的计算。

此外还可通过标气采集接口、标气处理系统采集标气进入发热量分析处理模块，发热量分析处理模块计算标气的发热量，并将计算结果与标准气体发热量的标准值进行较对，实现发热量分析处理模块的校准。

本技术方案采用流量、压力及温度等信息采集的集成设计，配置分布式的信息处理模块，各功能模块参数匹配性好，计量更准确，有效减小了本装置占用的空间，便于用户安装，一体化的设计有利于提高客户采购效率，提升设备管理工作效率；而流量、热量和能量采用分模块的分步运算方式，降低了模块的运算负荷，有效提升了运算速度和效率，减少运算故障，并且具有信息安全管理功能，可确保天然气计量装置对外信息交互的信息安全。

实施例2

如图2至图14所示，在实施例1的基础上，还包括壳体1，所述能量计算模块、通信模块、信息安全管理模块、通信数据处理模块、数据存储模块、触控显示屏、发热量分析处理模块、流量综合分析处理模块、样气控制器、样气处理系统、标气处理系统、标气采集接口以及UPS电源10均位于壳体1内，所述壳体1内设有贯穿壳体1的燃气管2，所述流量传感器、压力传感器、温度传感器位于燃气管2内；所述样气采集接口包括采样管15，所述采样管15一端与燃气管2连通，另一端与样气控制器连接，所述样气控制器包括内部为空心结构的球体8；所述球体8的下端设置有连接管7，连接管7的下端设置有用于收集杂质的储存管6，所述储存管6的一端与连接管7可拆式连接，另一端为封闭结构，所述连接管7的侧壁上还设有伴热管14，且伴热管14与样气处理系统3连通；球体8的内部设有除杂组件，所述除杂组件能够在球体8内转动，将采样管15处收集到的杂质转移至储存管6中。

由于某些燃气管2中的天然气除杂效果不佳，导致燃气管2上的天然气还存在一些固体杂质，如泥沙、岩石颗粒，为了防止采样管15在采集气体的过程中，混合在天然气中的杂质进入至采样管15内，导致采样管15发生堵塞影响对天然气的正常采集，故本技术方案在燃气管2的下端设置有样气控制器，样气控制器包括球体8，球体8内设置有除杂组件，在进行采集的过程中，进入至采样管15内的天然气在除杂组件的作用下，能够对混合在天然气内的固体杂质进行过滤，并对进入至采样管15内的固体杂质进行临时收集，待完成采样之后再将储存至除杂组件内的杂质转移至储存管6中，将固体杂质集中收集起来，由于储存管6与连接管7通过螺纹连接，因此用户在使用一定时候之后，将储存管6从连接管7上拆下，便能够实现定期对收集到的固体杂质进行清理，从而有效避免了在采集样气的过程中，杂质随着天然气进入至采样管15内，造成采样管15堵塞的情况发生。

所述燃气管2内壁上还设有第一弹性件17，所述第一弹性件17一端与燃气管2内壁连接，另一端设有封堵块16，所述封堵块16能够对采样管15进行封堵；所述球体8内的除杂组件旋转至朝向采样管15时，除杂组件能够推动封堵块16压缩第一弹性件17，将采样管15打开。

设置的封堵块16在第一弹性件17的作用下，能够推动封堵块16插入至采样管15内，由于封堵块16的外径与采样管15的内径一致，因此利用封堵块16能够对采样管15进行封堵，这样设置一方面能够有效避免再未进行采样的过程中，设置的采样管15始终处于封闭状态，因此混合在天然气中的杂质将无法进入至采样管15中；另一面，当需要定期对储存在储存管6中的杂质进行清理时，由于采样管15处于封堵状态，因此储存管6拆卸时不会造成天然气的泄漏，保证了用户使用的安全性。

本技术方案中设置的除杂组件在样气采集的过程中，还能够对封堵块16施加朝上的推力，将封堵块16从采样管15中移出，保证燃气管2中的天然气能够进入至采样管15内。

所述除杂组件包括电机、第一伸缩件19、收集箱18以及除杂单元，所述电机位于球体8外壁上，所述电机的输出端设有活动轴22，所述第一伸缩件19一端固定在活动轴22上，另一端贯穿收集箱18的底部与除杂单元连接；所述收集箱18内还设有过滤网35，收集箱18的底部还设有第一连接孔36以及若干气孔，所述第一伸缩件19位于第一连接孔36内；所述除杂单元包括内部设有空腔的固定块20，所述固定块20的空腔内设有若干清理棒32，所述第一伸缩件19与空腔连通，当第一伸缩件19内充气时，清理棒32能够从固定块20内伸出。

本技术方案中设置的第一伸缩件19为波纹管，其与设置在壳体1内的气泵连接，当向第一伸缩件19内充入气体后，第一伸缩件19能够沿竖直方向发生膨胀，并驱动收集箱18和除杂单元从球体8内伸入至采样管15中；其中，设置的收集箱18位于采样管15中，伴随着天然气进入至采样管15中的杂质将掉落至收集箱18内，并在收集箱18内设置的过滤网35的作用下，对天然气与固体杂质进行分离，使得天然气在样气处理系统3产生的吸力作用下，将过滤后的天然气通过收集箱18底部设置的气孔进入至连接管7内，之后再通过设置的伴热管14输送样气处理系统3内，对采集到的样气进行杂气除杂处理。

而设置的固定块20在第一伸缩件19的作用下，深入至采样管15内，且从第一伸缩件19进入至固定块20空腔内的气体迫使固定块20内的清理棒32伸出，并贴合在采样管15的内壁上，随固定块20在采样管15内的移动，贴合在采样管15上的杂质被刮除并掉落至收集箱18内，将长时间附着在采样管15内壁上的杂质清理掉，并储存至收集箱18内，而当固定块20移动至封堵块16处时，在固定块20的作用下，能够推动封堵块16从采样管15内移出，将采样管15打开，使得燃气管2中的天然气进入至采样管15中，而伴随着天然气进入至采样管15中的杂质掉落至收集箱18内，利用过滤网35对其进行过滤，从而实现了对样气采集过程中杂质的去除。

而当完成对样气的采集之后，将固定块20和收集箱18缩回至球体8中，然后利用设置的电机驱动活动轴22转动，将原本竖直朝上的收集箱18旋转至竖直朝下，与设置的储存管6对正，收集箱18内还设有支撑块，支撑块位于固定块20的正下方，固定块20上设有第二连接孔37，第二连接孔37的内径大于第一伸缩件19的外径，使得第一伸缩件19依次贯穿第一连接孔36、第二连接孔37后与固定块20的空腔连接，而设置的过滤网35倾斜与支撑块连接，这样使得掉落至收集箱18内的杂质在倾斜状态的过滤网35的作用下，能够集中朝着收集箱18的内壁方向堆积，这样使得收集箱18处于朝下的状态时，储存在收集箱18内的杂质能够掉落至储存管6中，对杂质进行集中收集，以便定期进行清理，同时在将收集箱18中杂质掉入至储存管6的过程中。

所述收集箱18的内壁上还设有限位孔，所述清理棒32能够插入至限位孔内；所述采样管15的内壁上还设有凹槽，凹槽内设有第二弹性件24和解锁杆25，所述第二弹性件24能够推动解锁杆25插入至限位孔内；所述清理棒32位于空腔内的末端上还设有固定板38，所述固定块20的空腔内还设有弹力小于第二弹性件24弹力的第三弹性件34，第三弹性件34套在清理棒32上，且与固定板38连接。

由于本技术方案设置的收集箱18用于对进入至采样管15内的杂质进行临时收集，同时，为了保证设置的固定块20能够顺利从收集箱18内伸出，故在采样管15的内壁上设置有第二弹性件24和解锁杆25，初始状态时，未向第一伸缩件19内通入气体，第一伸缩件19处于未拉伸状态，因此，收集箱18和固定块20均位于球体8内，且固定块20位于收集箱18内，固定块20内最上方的清理棒32与收集箱18上的限位孔对正，所述活动轴22上还设有第五弹性件23，第五弹性件23与收集箱18的底部连接，第五弹性件23大于第三弹性件34的弹力，因此，当利用气泵向第一伸缩件19内通入气体时，进入至第一伸缩件19内的气体优先进入至固定块20的空腔内，进入至固定块20内的气体作用于固定板38，迫使清理棒32从固定块20内伸出，并将与限位孔对正的清理棒32插入至该限位孔内，使得固定块20能够固定在收集箱18内，因此，随着气体继续的充入至第一伸缩件19内，当进入至第一伸缩件19的气压大于第五弹性件23的弹力时，第一伸缩件19能够沿着竖直方向朝上膨胀拉伸，改变收集箱18的高度，从而将收集箱18伸入至采样管15内，由于设置的解锁杆25的端部为圆锥结构，因此收集箱18的上端移动至解锁杆25处时，易于将解锁杆25退回至采样管15的凹槽内，保证收集箱18能够顺利通过解锁杆25，而当解锁杆25移动至收集箱18的限位孔处时，在第二弹性件24的作用下，推动解锁杆25插入至限位孔内，并推动位于限位孔内的清理棒32缩回至固定块20内，此时的固定块20与收集箱18处于分离状态，而设置的解锁杆25有对收集箱18进行固定，将收集箱18固定在采样管15上，而第一伸缩件19能够继续推动固定块20从收集箱18内移出，并继续在采样管15内朝上移动，同时在固定块20内气压的作用下，能够驱动清理棒32贴合采样管15的内壁上，随着固定块20的移动，贴合在采样管15内壁上的清理棒32能够对附着在采样管15内壁上的杂质清理掉，并掉落至收集箱18内，从而实现了对附着在采样管15内壁上杂质的清理，而当固定块20移动至与封堵块16接触时，便能够推动封堵块16从采样管15内移出，从而将采样管15内打开，使得燃气管2中的天然气能够进入至采样管15中。

所述球体8的内壁上还设有两个第二伸缩件28，两个所述第二伸缩件28位于同一竖直方向上，第二伸缩件28一端与球体8内壁连接，另一端设有连接块31，所述连接块31上设有封堵板29，所述封堵板29与连接块31可拆式连接，且第二伸缩件28能够驱动封堵板29插入至收集箱18内。

为了保证在将收集箱18内的杂质旋转至储存管6的过程中，储存在收集箱18内的杂质不会掉落至球体8内，故设置了封堵板29和第二伸缩件28，第二伸缩件28也为波纹管，第二伸缩件28也与气泵连接，当完成对天然气的采样之后，将固定块20退回至收集箱18内后，向上方的第二伸缩件28内通入气体后，迫使第二伸缩件28的封堵板29朝着收集箱18方向移动，并最终将封堵板29插入至收集箱18内，对收集箱18的箱口处进行封堵，因此，活动轴22在带动收集箱18在球体8内转动的过程中，在封堵板29的作用下，能够对收集箱18进行封堵，避免收集箱18内的杂质泄漏出来；而当收集箱18旋转至竖直朝向下方的状态时，向下方的第二伸缩件28内充气，迫使下方第二伸缩件28上的连接块31与收集箱18上的封堵板29进行连接，然后再利用下方第二伸缩件28将与连接块31连接后的封堵板29从收集箱18内移出，进而使得储存至收集箱18内的杂质掉落至储存管6中，实现了对收集箱18内杂质转移至储存管6的目的，以便用户定期能够对储存管6中的杂质进行清理。

而当收集箱18内的杂质排出后，再利用下方的第二伸缩件28将封堵板29重新插入至收集箱18内，并利用活动轴22将收集箱18转动至朝上的状态，再利用上方的第二伸缩件28将位于收集箱18内的封堵板29取出，以便后续继续进行样气的采集。

所述收集箱18的外壁两侧设有与内部连通的方孔33，所述封堵板29能够插入至方孔33内；所述连接块31远离第二伸缩件28方向的端部设有容纳槽，所述容纳槽内壁上设有放置槽，所述放置槽内设有第四弹性件26和夹持块30，第四弹性件26产生的拉力能够拉动夹持块30缩回至放置槽内，所述第二伸缩件28内还设有气管27，所述气管27与放置槽连通；所述封堵板29的表面上设有加持槽，当气管27内的气体进入至放置槽时，气体能够推动夹持块30插入至加持槽内。

为了实现连接块31与封堵板29之间的可拆式连接，固定在封堵板29上设置有加持槽，且连接块31的侧壁上设置有容纳槽，当需要将封堵板29固定在连接块31上时，封堵板29的端面插入至连接块31的容纳槽内，然后由于设置的气管27与气泵连接，气泵通过气管27向放置槽内通入气体，迫使夹持块30从放置槽内伸出并插入至封堵板29的加持槽内，从而将封堵板29固定在连接块31内，利用第二伸缩件28的移动，将封堵板29插入至收集箱18的方孔33内，实现封堵板29对收集箱18的箱口的封堵，然后再将通入至放置槽内的气体排出，在第四弹性件26的作用下，将插入至加持槽内的封堵板29缩回至放置槽内，又实现了封堵板29与连接块31之间的拆卸。

所述球体8内壁上还设有两个活动板40，所述活动板40均与球体8的内壁铰接，两个所述活动板40之间还设有第三伸缩件39，所述第三伸缩件39能够改变两个活动板40之间形成夹角的大小。

由于本技术方案在将掉落至收集箱18内的固体杂质转移至储存管6中的过程中，设置的固定块20与过滤网35之间形成一定的死角，因此，在将收集箱18内的固体杂质掉入至储存管6中时，位于四角处的固体杂质无法顺利从收集箱18内掉出，为此，本技术方案为了保证临时储存在收集箱18内的杂质能够有效排尽，故在球体8的内壁上还设置有两个活动板40，两个活动板40均通过合页与球体8的内壁铰接，使得活动板40能够在球体8内绕着与球体8的铰接处转动，两个活动板40位于同一竖直方向上，即其中一个活动板40位于另一个活动板40的正上方，且两个活动板40能够沿竖直方向转动，改变两个活动板40在竖直平面内形成夹角的大小。

设置的第三伸缩件39也为波纹管，该波纹管也与气泵连接，气泵能够向第三伸缩件39内输送气体，迫使第三伸缩件39的两端能够沿着两个活动板40方向膨胀拉伸，从而推动两个活动板40绕着与球体8的铰接处转动，实现了对两个活动板40之间形成夹角大小的调节，这样设计的目的是，当将储存有固体杂质的收集箱18旋转至竖直朝下的状态后，并将封堵板29从收集箱18上取下后，储存在收集箱18内的杂质大部分直接掉落至储存管6中，而位于固定块20与过滤网35形成死角处的固体杂质无法正常掉落，因此，利用气泵不断向第三伸缩件39内通入气体，使得第三伸缩件39拉伸并推动活动板40绕圈与球体8的内壁铰接处转动，然后再将通入至第三伸缩件39内的气体排出，使得第三伸缩件39收缩，并带动活动板40跟着回退，反复重复上述步骤，使得活动板40能够在球体8内上下摆动，而活动板40在上下摆动的过程中，活动板40的端部作用于收集箱18的侧壁上，并对收集箱18施加作用力，迫使收集箱18能够在球体8内左右摆动，而收集箱18在左右摆动的过程中，能够将处于收集箱18内死角处的固体杂质从收集箱18内抖动出来，从而将该固体杂质顺利转移至储存管6中，保证了收集箱18内的固体杂质能够有效排尽。

同时，本技术方案设置的两个活动板40一方面能够通过改变两个活动板40之间夹角的大小来对收集箱18施加作用力，迫使收集箱18能够在球体8内摆动，以达到排除储存在收集箱18死角处固体杂质的目的，另一方面利用设置的活动板40还能够对收集箱18在球体8内旋转过程中位置的定位，通过调节两个活动板40之间的夹角大小，从而调节了活动板40端部在竖直方向的位置，利用活动板40在球体8内的位置，能够限制收集箱18的位置，即当收集箱18旋转至竖直朝上的位置时，此时上方的活动板40的端部正好与收集箱18的侧壁接触，使得收集箱18无法继续再继续转动，实现了收集箱18快速与采样管15对正的目的，无需额外设置控制器来控制收集箱18旋转角度的控制，同理，利用下方设置的活动板40能够对收集箱18与连接管7之间的快速对正。

所述球体8的内壁上还设有竖杆41，所述第三伸缩件39套在竖杆41上，竖杆41的两端均贯穿活动板40；所述活动板40上均设有条形口43，所述竖杆41位于条形口43内；所述竖杆41上还设有第六弹性件42，所述第六弹性件42套在竖杆41上，且位于活动板40与球体8内壁之间。

具体的，为了保证第三伸缩件39能够稳定处于两个活动板40之间，故在球体8内还设置有竖杆41，竖杆41贯穿第三伸缩件39，且竖杆41与第三伸缩件39两端的连接处采用密封圈连接，保证第三伸缩件39能够正常在竖杆41上伸缩，避免第三伸缩件39内的气体通过与竖杆41之间的间隙泄露。

同时，为了保证两个活动板40在第三伸缩件39的作用下，能够正常与球体8的铰接处转动，故在活动板40上还均设置有条形口43，且竖杆41位于条形口43内，因此利用设置的条形口43能够保证活动板40的正常转动；同时为了保证第三伸缩件39在排气的收缩的过程中，两侧的活动板40能够跟着一起往回转动，故在竖杆41上均设置有第六弹性件42，当两个活动板40之间的夹角逐渐增大时，活动板40能够对第六弹性件42施加作用力，迫使第六弹性件42处于压缩状态，而当第三伸缩件39回退至时，在第六弹性件42的作用下，能够快速将活动板40朝着推动，从而保证活动板40能够在球体8内上下摆动。

实施例3

如图13所示，嵌有信息安全管理模块的能量计量物联网系统，包括依次交互的用户平台、服务平台、管理平台、传感网络平台以及感知控制平台；

所述感知控制平台为上述能量计量装置，所述感知控制平台将获取到的感知信息通过所述传感网络平台传递至所述管理平台；

所述管理平台包含能量计量管理系统，所述能量计量管理系统对接收到的感知信息进行综合分析处理，通过所述服务平台向用户平台传递用户需求信息，并通过所述传感网络平台向感知控制平台下达控制指令。

以上所述的具体实施方式，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，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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 (4)

1.具有内置网关的分步运算式能量计量装置，其特征在于，包括内置网关，所述内置网关包括通信数据处理模块、数据存储模块、信息安全管理模块和通信模块；

所述通信数据处理模块、信息安全管理模块、通信模块依次连接，所述数据存储模块与通信数据处理模块连接；

所述通信数据处理模块用于对通信数据的协议转换、有效性过滤、通信组织、标准格式数据的封装与解包；

所述数据存储模块用于对通信数据的储存；

所述信息安全管理模块用于对信息交互对象身份认证、交互数据加解密、交互数据完整性和有效性验证；

所述通信模块用于实现所述能量计量装置对外通信；

还包括发热量分析处理模块、流量综合分析处理模块以及能量计算模块，所述能量计算模块与通信数据处理模块连接，所述发热量分析处理模块用于天然气单位发热量计算，并将计算结果传输至能量计算模块；

所述流量综合分析处理模块用于获取天然气感知信息，计算得到标况流量信息并传输至能量计算模块；

所述能量计算模块据获取到的标况流量信息和对应时段的天然气单位发热量信息，进行天然气能量的计算；

所述发热量分析处理模块的输入端设有样气处理系统和标气处理系统，所述样气处理系统的输入端还设有样气控制器，所述样气控制器的输入端还设有样气采集接口，所述标气处理系统的输入端还设有标气采集接口；

所述标气处理系统用于对采集到的标准气体进行除杂处理，所述发热量分析处理模块对除杂后的标准气体进行发热量计算，并将计算结果与标准气体发热量的标准值进行较对，实现发热量分析处理模块的校准；所述样气处理系统用于对采集到的天然气中气体杂质进行除杂处理，所述发热量分析处理模块对除杂后的天然气进行单位发热量计算，并将计算结果传输至能量计算模块；

还包括触控显示屏、流量传感器、压力传感器、温度传感器，所述流量综合分析处理模块用于对流量传感器、压力传感器、温度传感器采集到的信号进行分析和处理，计算天然气工况流量，并实现向标况流量的转换；

所述触控显示屏分别与流量综合分析处理模块、发热量分析处理模块以及能量计算模块连接，能够向流量综合分析处理模块、发热量分析处理模块、能量计算模块发送控制指令，进行权限内参数的调节；

包括壳体（1），所述能量计算模块、通信数据处理模块、数据存储模块、通信模块、信息安全管理模块、触控显示屏、发热量分析处理模块、流量综合分析处理模块均位于壳体（1）内；

所述壳体（1）内设有贯穿壳体（1）的燃气管（2），所述流量传感器、压力传感器、温度传感器位于燃气管（2）内；

所述样气采集接口包括采样管（15），所述采样管（15）一端与燃气管（2）连通，另一端与样气控制器连接，所述样气控制器包括内部为空心结构的球体（8）；

所述球体（8）的下端设置有连接管（7），连接管（7）的下端设置有用于收集杂质的储存管（6），所述储存管（6）的一端与连接管（7）可拆式连接，另一端为封闭结构，所述连接管（7）的侧壁上还设有伴热管（14），且伴热管（14）与样气处理系统（3）连通；

球体（8）的内部设有除杂组件，所述除杂组件能够在球体（8）内转动，将采样管（15）处收集到的杂质转移至储存管（6）中；

所述除杂组件包括电机、第一伸缩件（19）、收集箱（18）以及除杂单元，所述电机位于球体（8）外壁上，所述电机的输出端设有活动轴（22），所述第一伸缩件（19）一端固定在活动轴（22）上，另一端贯穿收集箱（18）的底部与除杂单元连接；

所述收集箱（18）内还设有过滤网（35），收集箱（18）的底部还设有第一连接孔（36）以及若干气孔，所述第一伸缩件（19）位于第一连接孔（36）内；

所述除杂单元包括内部设有空腔的固定块（20），所述固定块（20）的空腔内设有若干清理棒（32），所述第一伸缩件（19）与空腔连通，当第一伸缩件（19）内充气时，清理棒（32）能够从固定块（20）内伸出；

所述收集箱（18）的内壁上还设有限位孔，所述清理棒（32）能够插入至限位孔内；

所述采样管（15）的内壁上还设有凹槽，凹槽内设有第二弹性件（24）和解锁杆（25），所述第二弹性件（24）能够推动解锁杆（25）插入至限位孔内；

所述清理棒（32）位于空腔内的末端上还设有固定板（38），所述固定块（20）的空腔内还设有弹力小于第二弹性件（24）弹力的第三弹性件（34），第三弹性件（34）套在清理棒（32）上，且与固定板（38）连接；

所述燃气管（2）内壁上还设有第一弹性件（17），所述第一弹性件（17）一端与燃气管（2）内壁连接，另一端设有封堵块（16），所述封堵块（16）能够对采样管（15）进行封堵；所述球体（8）内的除杂组件旋转至朝向采样管（15）时，除杂组件能够推动封堵块（16）压缩第一弹性件（17），将采样管（15）打开；

所述活动轴（22）上还设有第五弹性件（23），第五弹性件（23）与收集箱（18）的底部连接，第五弹性件（23）大于第三弹性件（34）的弹力。

2.根据权利要求1所述的具有内置网关的分步运算式能量计量装置，其特征在于，所述球体（8）内壁上还设有两个活动板（40），所述活动板（40）均与球体（8）的内壁铰接，两个所述活动板（40）之间还设有第三伸缩件（39），所述第三伸缩件（39）能够改变两个活动板（40）之间形成夹角的大小。

3.根据权利要求2所述的具有内置网关的分步运算式能量计量装置，其特征在于，所述球体（8）的内壁上还设有竖杆（41），所述第三伸缩件（39）套在竖杆（41）上，竖杆（41）的两端均贯穿活动板（40）；

所述活动板（40）上均设有条形口（43），所述竖杆（41）位于条形口（43）内；

所述竖杆（41）上还设有第六弹性件（42），所述第六弹性件（42）套在竖杆（41）上，且位于活动板（40）与球体（8）内壁之间。

4.具有内置网关的分步运算式能量计量物联网系统，其特征在于，包括依次交互的用户平台、服务平台、管理平台、传感网络平台以及感知控制平台；

所述感知控制平台为权利要求1至3中任一项所述的能量计量装置，所述感知控制平台将获取到的感知信息通过所述传感网络平台传递至所述管理平台；

所述管理平台包含能量计量管理系统，所述能量计量管理系统对接收到的感知信息进行综合分析处理，通过所述服务平台向用户平台传递用户需求信息，并通过所述传感网络平台向感知控制平台下达控制指令。