CN115235562A - 一种膜式燃气表安全用气监控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流体计量技术领域，具体涉及一种膜式燃气表安全用气监控方法及系统，包括：将计量霍尔采样模块的字轮组磁钢设置于带动最小计量字轮的齿轮上；与磁钢相对应的位置设置霍尔信号接收板，霍尔信号接收板与MCU主控单元模块连接；MCU主控单元模块根据霍尔信号接收板反馈的霍尔感应脉冲，计算单位时间内流经膜式燃气表的流量；分别设置过载流量、微小流量和恒流流量的异常判定规则，若过载流量、微小流量或恒流流量下的流量计量异常，则控制报警模块发出报警，并通过阀门控制模块关闭膜式燃气表阀门，通过通信模块上报上位平台。本发明的有益效果包括：实现及时发现燃气表异常的功能，提高燃气表安全性。
Description
技术领域
本发明涉及流体计量技术领域，具体涉及一种膜式燃气表安全用气监控方法及系统。
背景技术
安全用气一直是燃气行业的关注重点，本发明着重探索通过对膜式燃气表的流速测量实现安全用气管控。现行膜式燃气表计量方案是通过在机械字轮计数器上加装光电编解码器件或者磁钢及磁感应元件实现机电转换，但是其受成本因素影响，光电转换分辨率在100L以上，另外受功耗限制，每天只能读取一次或者多天读取一次，仅用于实现体积计量，无法对流速做出科学计算；另一种方案是在机械字轮计数器上加装磁钢的方式实现机电转换，其分辨率也因计数器字轮特性而限制在10L以上。
以上两种方法虽然在燃气表计量上得到大批量应用，但是因膜式燃气表的容积式计量特性，它们只有在读取转换值或者检测到转换脉冲后才能计算过去时间内流过的天然气体积，因转换颗粒大而无法实现较为精准的流速计算，更加无法通过瞬时流速来实现对膜式燃气表安全用气的监控管理。因此，有必要研究新的安全用气监控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：目前缺乏及时进行燃气表安全监控的技术问题。提出了一种膜式燃气表安全用气监控方法及系统，能够及时准确的发现燃气表异常，保障燃气表安全。
解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种膜式燃气表安全用气监控方法，所述膜式燃气表包括燃气表基表、MCU主控单元模块、通信模块、报警模块、阀门控制模块和计量霍尔采样模块，通信模块与上位平台建立通信连接，计量霍尔采样模块采集燃气表基表天然气流量信号，阀门控制模块控制阀门，包括：
在带动最小计量字轮齿轮的传动轮上设置磁钢；
与磁钢相对应的位置设置霍尔信号接收板，所述霍尔信号接收板与MCU主控单元模块连接，在膜式天然气表的一个计量体积内，所述MCU主控单元模块将收到多个霍尔感应脉冲；
所述MCU主控单元模块根据霍尔信号接收板反馈的霍尔感应脉冲，计算单位时间内流经膜式燃气表的流量；
分别设置过载流量、微小流量和恒流流量的异常判定规则，若过载流量、微小流量或恒流流量下的流量计量异常，则控制报警模块发出报警，并通过阀门控制模块关闭膜式燃气表阀门，通过通信模块上报上位平台。
作为优选，所述方法还包括：设置流量上限阈值，所述MCU主控单元以预设周期计算流过膜式燃气表的流量，若存在某个周期内计算所得的单位时间流量超过流量上限阈值的1.2倍，则判定流量计量出现过载流量异常。
作为优选，所述方法还包括：设置流量下限阈值，所述MCU主控单元以预设周期计算流过膜式燃气表的流量，若存在某个周期内计算所得的单位时间流量小于流量下限阈值，则判定流量计量出现微小流量异常。
作为优选，所述方法还包括：设置正常流量常数，当膜式燃气表流量处于正常流量常数和流量上限阈值之间时，判定当前为恒流流量模式，所述MCU主控单元以预设周期t计算膜式燃气表完成一个完整回转体积的时间，若计算所得完成一个完整回转体积的时间超过预设阈值，则判定流量计量出现恒流流量计量异常。
一种膜式燃气表安全用气监控系统，用于执行如前述的一种膜式燃气表安全用气监控方法，包括燃气表基表、MCU主控单元模块、通信模块、报警模块、阀门控制模块和计量霍尔采样模块，所述通信模块与上位平台建立通信连接，所述计量霍尔采样模块采集燃气表基表天然气流量信号，所述MCU主控单元模块读取天然气流量信号计算当前燃气表基表的天然气流量，所述阀门控制模块控制阀门，所述报警模块用于产生声光报警。
作为优选，所述计量霍尔采样模块的字轮组磁钢设置于带动燃气表基表最小计量字轮的齿轮上。
作为优选，所述通信模块包括NB通信模组。
作为优选，所述报警模块包括报警灯和蜂鸣器，所述报警灯及蜂鸣器均与所述MCU主控单元模块连接。
本发明的有益效果包括：1）实现小于等于燃气表一个回转体积的高精度脉冲识别，实现及时发现燃气表异常的功能，提高燃气表安全性；2）制定了新的安全流量判定规则，可以及时发现过载流量、微小流量和恒流量异常；3）实现流量异常时的声光报警、关闭阀门及紧急上告等快速反应，保障燃气表的安全。
本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明实施例安全用气监控方法流程示意图。
图2为本发明实施例安全用气监控霍尔信号示意图。
图3为本发明实施例安全用气监控系统元器件连接示意图。
图4为本发明实施例安全用气监控系统结构示意图。
图5为本发明实施例安全用气监控系统设置磁钢位置示意图。
图6为本发明实施例安全用气监控系统主控板示意图。
其中：1、字轮组，2、传动轮，3、计量齿轮，4、主控板，10、计量霍尔采样模块，11、计量霍尔信号，20、霍尔信号接收板，21、监控霍尔信号，30、MCU主控单元模块，40、报警模块，50、阀门控制模块，60、通信模块。
具体实施方式
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种膜式燃气表安全用气监控方法，膜式燃气表包括燃气表基表、MCU主控单元模块30、通信模块60、报警模块40、阀门控制模块50和计量霍尔采样模块10，通信模块60与上位平台建立通信连接，计量霍尔采样模块10采集燃气表基表天然气流量信号，阀门控制模块50控制阀门，请参阅附图1，包括：
步骤A01）在带动最小计量字轮齿轮的传动轮2上设置磁钢；
步骤A02）与磁钢相对应的位置设置霍尔信号接收板20，霍尔信号接收板20与MCU主控单元模块30连接，在膜式天然气表的一个计量体积内，MCU主控单元模块30将收到多个霍尔感应脉冲；
步骤A03）MCU主控单元模块30根据霍尔信号接收板20反馈的霍尔感应脉冲，计算单位时间内流经膜式燃气表的流量；
步骤A04）分别设置过载流量、微小流量和恒流流量的异常判定规则，若过载流量、微小流量或恒流流量下的流量计量异常，则控制报警模块40发出报警，并通过阀门控制模块50关闭膜式燃气表阀门，通过通信模块60上报上位平台。阀门控制模块50可以根据MCU主控单元模块30的指令进行开阀或关阀操作。
通过在传动轮2上加装磁钢，并设置相应的霍尔信号接收板20，实现在计量齿轮3产生的计量霍尔信号11的基础上，额外获得一个监控霍尔信号21。监控霍尔信号21的脉冲频率高于计量霍尔信号11的脉冲频率，如附图2所示。加装的磁钢即可以直接位于传动轮2上，提供小于等于燃气表一个回转体积的高精度脉冲识别。传动轮2与字轮组的传动比已知，传动轮2转动一周代表流过膜式燃气表的天然气体积，等于字轮组最小字轮旋转一圈代表的体积与传动比的商。由此获得每个监控霍尔信号21代表的燃气体积。与周期内监控霍尔信号的脉冲数量相乘，即可获得周期内流过膜式燃气表的天然气体积。
设置流量上限阈值，MCU主控单元以预设周期计算流过膜式燃气表的流量，若存在某个周期内计算所得的单位时间流量超过流量上限阈值的1.2倍，则判定流量计量出现过载流量异常。过载流量即在单位时间内流经燃气表的气体流量超过了预设流量上限阈值的1.2倍，如按qmax=4m3/h举例，1.2*4000/1.2=4000脉冲/h=1.1脉冲/s，为保证可靠性，通过采集5个脉冲做为判据，本实施例将在5秒内发现异常。而现有技术中采用10L计量精度的方案，1.2*4000/10=480脉冲/h=8脉冲/min，通过采集5个脉冲做为判据其至少需要40s以上。
本实施例不仅监控过载流量异常，同时监控大流量异常，即计算所得气体流速超过了预设最大流量阈值，如按q=1.4m3/h举例，1400/1.2=1200脉冲/h，1200/60=20脉冲/min，为保证可靠性，通过采集5个脉冲做为判据，本实施例方案使得膜式燃气表在15s内发现异常。而现有技术中采用的10L计量精度的方案，存在1400/10=140脉冲/h=2.67脉冲/min，通过采集5个脉冲做为判据，其至少需要2min以上。
设置流量下限阈值，MCU主控单元以预设周期计算流过膜式燃气表的流量，若存在某个周期内计算所得的单位时间流量小于流量下限阈值，则判定流量计量出现微小流量异常。微小流量即在计算所得气体流速远小于正常用气流量，燃气表会在预设时间内发现异常，如按q=20L/h举例，20/1.2=17脉冲/h，为保证可靠性，通过采集15个脉冲做为判据，本实施例方案使得膜式燃气表在1h内发现异常。而现有技术采用10L计量精度的方案，每小时仅2个脉冲，按照5个脉冲确定异常，其至少需要2.5h以上。
设置正常流量常数，当膜式燃气表流量处于正常流量常数和流量上限阈值之间时，判定当前为恒流流量模式，MCU主控单元以预设周期t计算膜式燃气表完成一个完整回转体积的时间，预设周期t小于膜式燃气表完成一个完整回转体积的时间，若计算所得完成一个完整回转体积的时间超过预设阈值，则判定流量计量出现恒流流量计量异常。
一种膜式燃气表安全用气监控系统，用于执行如前述的一种膜式燃气表安全用气监控方法，请参阅附图3，包括燃气表基表、MCU主控单元模块30、通信模块60、报警模块40、阀门控制模块50和计量霍尔采样模块10，通信模块60与上位平台建立通信连接，计量霍尔采样模块10采集燃气表基表天然气流量信号，MCU主控单元模块30读取天然气流量信号计算当前燃气表基表的天然气流量，阀门控制模块50控制阀门，报警模块40用于产生声光报警。
请参阅附图4和附图5，计量霍尔采样模块10的字轮组1磁钢设置于带动燃气表基表最小计量字轮的齿轮上。
请参阅附图6，主控板4安装在燃气表基表上，MCU主控单元模块30、通信模块60、报警模块40、阀门控制模块50和计量霍尔采样模块10均安装在主控板4上。通信模块60包括NB通信模组。报警模块40包括报警灯和蜂鸣器，报警灯及蜂鸣器均与MCU主控单元模块30连接。
由上述实施例可知，本发明中的膜式燃气表通过新增的机电转换装置提高了燃气计量精度，可以精准地实现安全流量监控，以此提供更安全的燃气设备，减小危险事故发生的概率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (8)
1.一种膜式燃气表安全用气监控方法，所述膜式燃气表包括燃气表基表、MCU主控单元模块、通信模块、报警模块、阀门控制模块和计量霍尔采样模块，通信模块与上位平台建立通信连接，计量霍尔采样模块采集燃气表基表天然气流量信号，阀门控制模块控制阀门，其特征在于，
包括：
在带动最小计量字轮齿轮的传动轮上设置磁钢；
与磁钢相对应的位置设置霍尔信号接收板，所述霍尔信号接收板与MCU主控单元模块连接，在膜式天然气表的一个计量体积内，所述MCU主控单元模块将收到多个霍尔感应脉冲，记为监控霍尔信号；
所述MCU主控单元模块根据霍尔信号接收板反馈的霍尔感应脉冲，计算单位时间内流经膜式燃气表的流量；
分别设置过载流量、微小流量和恒流流量的异常判定规则，若过载流量、微小流量或恒流流量下的流量计量异常，则控制报警模块发出报警，并通过阀门控制模块关闭膜式燃气表阀门，通过通信模块上报上位平台。
2.根据权利要求1所述的一种膜式燃气表安全用气监控方法，其特征在于，
所述方法还包括：设置流量上限阈值，所述MCU主控单元以预设周期计算流过膜式燃气表的流量，若存在某个周期内计算所得的单位时间流量超过流量上限阈值的1.2倍，则判定流量计量出现过载流量异常。
3.根据权利要求2所述的一种膜式燃气表安全用气监控方法，其特征在于，
所述方法还包括：设置流量下限阈值，所述MCU主控单元以预设周期计算流过膜式燃气表的流量，若存在某个周期内计算所得的单位时间流量小于流量下限阈值，则判定流量计量出现微小流量异常。
4.根据权利要求2或3所述的一种膜式燃气表安全用气监控方法，其特征在于，
所述方法还包括：设置正常流量常数，当膜式燃气表流量处于正常流量常数和流量上限阈值之间时，判定当前为恒流流量模式，所述MCU主控单元以预设周期t计算膜式燃气表完成一个完整回转体积的时间，若计算所得完成一个完整回转体积的时间超过预设阈值，则判定流量计量出现恒流流量计量异常。
5.一种膜式燃气表安全用气监控系统，用于执行如权利要求1至4任一项所述的一种膜式燃气表安全用气监控方法，其特征在于，
包括燃气表基表、MCU主控单元模块、通信模块、报警模块、阀门控制模块和计量霍尔采样模块，所述通信模块与上位平台建立通信连接，所述计量霍尔采样模块采集燃气表基表天然气流量信号，所述MCU主控单元模块读取天然气流量信号计算当前燃气表基表的天然气流量，所述阀门控制模块控制阀门，所述报警模块用于产生声光报警。
6.根据权利要求5所述的一种膜式燃气表安全用气监控系统，其特征在于，
所述计量霍尔采样模块的字轮组磁钢设置于带动燃气表基表最小计量字轮的齿轮上。
7.根据权利要求5或6所述的一种膜式燃气表安全用气监控系统，其特征在于，
所述通信模块包括NB通信模组。
8.根据权利要求5或6所述的一种膜式燃气表安全用气监控系统，其特征在于，
所述报警模块包括报警灯和蜂鸣器，所述报警灯及蜂鸣器均与所述MCU主控单元模块连接。
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