CN117336336A - 基于物联网的自来水管网远程控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的自来水管网远程控制系统及控制方法，属于自来水管网远程控制系统技术领域，包括现场端、云端和客户端；现场端是指分散安装在管网各处的自来水调控执行机构以及相关的控制、检测装置，包括流量传感器、水压传感器、执行机构、物联网接入模块和设备检测控制器；云端包括物联网平台、云服务器、Web服务、云数据库，用于建立现场端与客户端之间的网络连接；客户端是设备管理人所需要的硬件和软件工具，用于实现对现场端设备的远程管理与控制。本发明可以通过定义控制节点与设备节点之间的报文流转规则以实现控制节点与设备节点信息的双向通信，对现场端的执行机构进行远程监视和控制。

Description

基于物联网的自来水管网远程控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种自来水管网远程控制系统技术领域，具体涉及一种基于物联网的自来水管网远程控制系统及控制方法。

背景技术

目前，自来水供应站一般是通过自来水管网供应一片小区的自来水，每个小区距离自来水供应站的距离不同，而且住户楼层高度不同，需要的自来水的压力也不相同，因此自来水管网需要配置众多阀门、增压泵、传感器等调节控制元件来控制管路的压力、流量等参数，这些调节控制元件一般位于地下管井、管廊、泵站中，分布范围广，检查、调节等需要工作人员进入管井、管廊，费时费力，环境差，效率低，出现问题不能及时发现和处理，很不方便。因此，目前很多自来水管网一般是通过远程控制和采集现场设备的状态。

上述控制方式主要采用PLC控制器+模拟量扩展模块+控制线缆的方式，实现对调节型阀门的控制和反馈信号采集功能，然而在新项目实施时如果采用上述方式对现场阀门进行控制，首先，需要购买大量模拟量扩展模块；其次，施工时需要铺设大量线缆桥架、控制及反馈信号传输线缆，使得施工前期设备采购成本、施工难度及人员成本大幅提高，在后期项目维护阶段线缆维护成本、系统故障检修成本也会较高，同时对已采用上述方案实施的控制现场进行升级改造时，工作人员需要较长时间处理控制线缆和反馈线路与阀门的对应关系，或者直接丢弃原有线缆重新铺设新的控制线缆，再次增加人员和线缆采购成本。

为了克服上述控制方式中的缺陷，现有技术往往通过无线方式对阀门进行远程监视和控制：

公告号为CN114063536A的中国专利公开了一种基于Zigbee及5G通信技术的LNG低温阀门远程控制系统，通过将LNG低温阀门与Zigbee和5G通信技术相结合，不需要为每个LNG低温阀门铺设信号线，只需要铺设电源线即可，但是由于Zigbee网关的网络覆盖范围为1-3千米，如果应用现场面积较大，则需要设置多个Zigbee网关及5G通信模块即可覆盖所有的LNG低温阀门，因而投入比较大；

公告号为CN218094527U的中国专利公开了一种基于物联网的智能阀门控制系统，用户通过手机终端通过WiFi连接模块和无线传输模块实时观测阀门的状态，如果阀门未关闭，手机终端可发出信号即可通过控制系统将阀门远程关闭，其通信系统能够用将阀门状态上传到手机终端，对现场设备进行远程控制。但是由于其缺少多传感器、多阀门情况下的数据传输协调，易造成数据阻塞且通信的可靠性无法做到保证，缺少能够满足工业现场环境下多设备的可靠通信协议，没有对通信协议格式做统一规划，难以实现多用户对多设备的双向通信。

另外，不能对供水管路的泄漏问题进行自动故障诊断，以前很多自来水管埋于地下，水管爆裂发生泄漏，水溢出地面尚容易被发现，随着城市公共设施的升级，自来水管道改走地下管廊，管道泄漏很难及时发现，造成水资源的大量浪费；也不能根据下游用户的用水需求进行供水压力和流量的自动调节，不利于节能降耗和供水稳定性。

发明内容

本发明针对背景技术中的不足，提供一种基于物联网的自来水管网远程控制系统及控制方法，能够实现以下目的：

1.将分布于不同区域的给水泵、增压泵、管道阀门的控制以及管路压力、流量等运行参数的检测接入物联网云平台，通过定义控制节点与设备节点之间的报文流转规则以实现控制节点与设备节点信息的双向通信，并基于设备节点与控制节点的双向通信，通过点击Web服务网页或手机APP上的按钮发出信息指令，对现场端的执行机构进行远程监视和控制；

2.通过运行于服务器上或分布于管网的信号采集与控制器上的智能监控和故障诊断软件，实现整个自来水管网的故障诊断、设备维护、自动压力调节等，可以有效提高管网运行安全性、实现节能降耗，同时极大地改善了工作人员的工作环境、降低劳动强度。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于物联网的自来水管网远程控制系统，包括现场端、云端和客户端；

所述现场端是指分散安装在管网各处的自来水调控执行机构以及相关的控制、检测装置，包括流量传感器、水压传感器、执行机构、物联网接入模块和设备检测控制器；

所述云端包括物联网平台、云服务器、Web服务、云数据库，用于建立现场端与客户端之间的网络连接；

所述客户端是设备管理人所需要的硬件和软件工具，用于实现对现场端设备的远程管理与控制；

每个所述流量传感器、水压传感器、执行机构、物联网接入模块和设备检测控制器构成的一个设备节点，Web服务的每一个用户账号和每一个设备管理责任人账号构成一个控制节点，设备节点和控制节点通过物联网平台建立双向通信，控制节点与设备节点之间通过报文流转规则实现两者的双向通信。

进一步地，所述执行机构包括电动阀门模块和阀门检测编码器，所述电动阀门模块包括阀门和阀门驱动电路，所述阀门与自来水管道串联安装，设备检测控制器通过阀门驱动电路实现对阀门的开关控制和开度调节；

所述阀门检测编码器，用于检测阀门的开口状态；

所述阀门驱动电路包括电动阀门控制电路、电流检测变送器和断电检测电路，所述电动阀门控制电路、电流检测变送器和断电检测电路分别连接到所述设备检测控制器，电动阀门控制电路用于控制阀门驱动电机动作，电流检测变送器用于检测阀门电机主回路的电流，断电检测电路用于检测主回路的电源状态。

进一步地，所述设备检测控制器内设有电动阀门防锈死功能，所述设备检测控制器软件内集成有阀门防锈死周期定时器，当定时时间到达预设周期时，将自动启动防锈死操作，同时防锈死周期定时器归零并重新开始定时，具体实现过程如下：

阀门驱动电机带动阀板向开度减小或增大的方向开或关一定幅度b1，短暂停留时间t2，然后返回到阀门原来的开度状态，电动阀门中阀板、阀座之间的泥沙、铁锈杂物被搅动，在水流的冲刷下离开阀门闸口，避免长期积累，从而达到防锈死的目的，所述时间t1、t2以及阀板动作幅度b1均可通过所述设备运行参数配置操作预设。

进一步地，所述设备检测控制器具有阀门电机过电流保护功能，所述电流检测变送器连接到所述设备检测控制器，将来自电流检测变送器的模拟信号转换为数字量信号，实现设备检测控制器对主回路电流的检测，所述设备检测控制器采集流过阀门电机的电流，并在时间上进行积分，达到一定阈值时使阀门驱动电路中的输出继电器断开，使阀门驱动电机主回路电源断开，从而实现阀门电机的过电流保护功能，具体实现方法如下：

所述电流检测变送器检测电机母线电流，将检测信号输出到所述设备检测控制器，所述设备检测控制器将检测信号变为数字量并经过换算获得电机的实际电流I；

过流保护算法采用电流积分法，电机的额定电流为Ib，实际检测电流为I_k(k＝1，2，3，…,n),电流采样周期为T，按下式计算过电流对时间的积分值

K＝n为当前采样周期，k＝n-1为上一个采样周期，以此类推，Ip为截止到当前时间以前的n个的采样周期内的电流误差对时间的积分,如果积分值Ip超过预定阈值Ips，则输出继电器动作，切断电机电源，否则正常工作。

进一步地，所述设备检测控制器内还设有压力和流量自调节功能，具体过程如下：

所述设备检测控制器压力调节周期为T2，每隔时间间隔T2，通过压力传感器采集管路压力Py，与设定压力Ps进行比较，计算压力误差E＝Ps-Py，最近一次的误差标记为Ek，上一次的误差标记为Ek-1，为了调整管道压力，阀门开度调整的控制增量为：

dUk＝Kp×(Ek-Ek-1)+Ki×Ek，其中，Kp为比例常数，Ki为积分常数；

设置一个动作阈值+dUs和-dUs，只有当阀门开度调整量dUk>+dUs或dUk<-dUs时，阀门执行调整操作，否则不动作。

进一步地，所述执行机构包括增压泵和变频器，变频器的信号线连接到所述设备检测控制器，采用模拟量调速，可以实现对管道压力的升压调节。

一种基于物联网的自来水管网远程控制系统的控制方法，包括以下步骤：

在物联网平台上为每一个设备节点和每一个控制节点建立一个虚拟设备，每一个设备节点和控制节点分别与其虚拟设备之间采用MQTT协议通信，物联网平台提供的一种具有分拣、转发机制的报文流转规则，通过定义所述控制节点与所述设备节点之间的报文流转规则以实现控制节点与设备节点信息的双向通信；

控制节点设备节点的运行状态，控制节点通过发布渠道发出一个查询消息，该消息通过MQTT协议自动传递到其对应的虚拟设备，该虚拟设备根据报文流转规则，将消息递交给设备节点所对应的虚拟设备，该虚拟设备通过MQTT协议自动将所得到的消息通过订阅渠道送达设备节点，完成消息传递，同理设备节点也可以发布消息到控制节点，实现双向通信；

基于设备节点与控制节点的双向通信，实现控制系统远程监视的功能、远程操作的功能和管路泄漏的智能诊断的功能。

进一步地，所述远程监视的功能是通过控制节点实时采集各设备节点的运行状态数据，并以动态网页的形式提供Web服务或实时显示到手机用户的APP页面，用户即可查看自来水管网上各设备节点的运行状况，具体实现方法如下：

所述控制节点设计有定时轮询机制，每间隔一定时间向设备节点发布一个状态查询报文，所述设备节点接收该报文并根据Cmd键值指令构造应答报文，把本设备的运行状态参数添加到报文的Para字段，然后将消息发布到控制节点的订阅；

控制节点通过订阅渠道收到应答消息，对消息的有效载荷进行解析，从Para字段提取设备运行状态参数，显示到Web服务网页或手机APP界面，Web服务节点，还要将该数据保存到云数据库，供其它功能模块调用；

所述远程操作的功能的具体实现方法为：

用户远程登录Web服务网页或手机APP页面，在Web服务网页和手机APP操作页面上选择需要进行控制的设备，然后根据所要执行的操作要求点击页面上的操作按键，所述控制节点根据所述Json报文结构构造设备操作报文，将操作按键对应的指令写入Cmd键，操作参数写入Para键，并按所述报文的流转规则将报文发布到设备节点的订阅；

所述设备节点收到上述消息并解析其中的Cmd键值和Para键值，执行Cmd所规定的操作，然后构造应答报文，所述控制节点接收应答报文，对报文内容进行解析，将设备对操作报文的执行情况显示在Web服务网页或手机APP界面上。

进一步地，所述管路泄漏的智能诊断的功能是设备检测控制器通过报文流转规则将诊断信息传递给客户端，能够实现管路泄漏的智能诊断功能，通过所述设备检测控制器上集成的管路智能诊断与保护程序实现，具体过程如下：

每隔一定时间T3，所述设备检测控制器通过水压传感器和流量传感器采集管路压力Pi、管路流量Qi，其中i＝1，2，3，…，n，计算本时间段内的压力和流量曲线斜率：

dP＝(Pi-Pi-1)/T3；

dQ＝(Qi-Qi-1)/T3；

泄漏诊断函数为L＝k*dP*dQ，泄露判断阈值为Lset，参数k根据管道口径、设计流量、压力参数预先设置；

if(L<-Lset)管路泄漏，关阀并报警；

Else正常；

在上游压力基本稳定的情况下，dP与dQ符号相反，L<0，数值基本稳定；

如果因上游压力升高引起流量增大，dP和dQ符号均为正,L>0；

如果因上游压力降低引起流量减小，dP和dQ符号均为负,L>0；

管路爆裂时，dP和dQ的绝对值陡然增大，符号相反，L<0，且其绝对值非线性增大，大于阈值视为故障。

进一步地，所述管路泄漏的智能诊断的功能通过运行于云服务器上的检测软件实现，具体方法如下：

Web服务软件定时采集各设备节点的运行参数并保存到云数据库，泄漏诊断软件内嵌于Web服务软件中，针对其中一个设备节点j，诊断软件从云数据库中提取该节点的流量数据Qj，并统计一段时间t0～t1内的总流量然后统计同一时间段内其下游各子节点j1、j2、j3的流量之和，

定义设备节点j泄露概率系数为kj，

考虑计量误差，正常情况下

k_j≈1

报警函数

Kj越大，在设备节点j和其下游子节点j1、j2、j3之间存在泄漏的概率越大，泄漏检测软件将显示诊断结果，大于预设的报警阈值时，检测软件主动发出管路泄露报警；

Kj越小，设备节点j和其下游子节点j1、j2、j3的计量仪表可能存在故障，泄漏检测软件将显示诊断结果，小于预设的报警阈值时，检测软件主动发出仪表故障报警。

本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

1.将分布于不同区域的给水泵、增压泵、管道阀门的控制以及管路压力、流量等运行参数的检测接入物联网云平台，覆盖面积大，通过计算机浏览器和手机APP即可实现对上述设备的远程控制和监视，通过定义统一的报文流转规则实现多用户对多设备的双向通信，该双向通信方式可以有效减少消息流量，减轻网络负担；

2.通过物联网平台实现对现场自来水管路中阀门、增压泵等的远程控制与管网压力、流量等信息的采集，组网能力强，传输距离不受限制(有网络和手机信号覆盖的地方均可实现)，无需配置网关，节省成本；

3.不仅根据下游用户的用水需求调低供水的压力和流量，而且在对高层小区供水时(需要对自来水进行增压)，可以实现对管道压力的升压调节；

4.所述设备检测控制器软件定时自动启动防锈死操作，所述设备检测控制器软件内设有阀门防锈死周期定时器，定时自动启动防锈死操作，阀板、阀座之间的泥沙、铁锈等杂物被搅动，在水流的冲刷下离开阀门闸口，避免长期积累，从而达到防锈死的目的；

5.系统设计有两重管路泄漏智能诊断，一重运行于设备端的所述设备检测控制器的MCU上，主要针对自来水管道突然爆裂或破坏(如施工过程挖断)的情况；另一重运行于云服务器上，主要针对自来水管道缓慢泄漏；

6.具有断电记忆与保护功能，如果在阀门的操作过程中(如调整开度、执行防锈死等)遇到断电，设备可以在来电后自动恢复到操作前状态；

7.通过所述设备检测控制器校准阀门的开阀位置和关阀位置，所述设备检测控制器将永久保存该位置记录，在阀门动作期间，所述设备检测控制器将通过所述阀门检测编码器实时检测阀板位置，一旦到达开阀位置或关阀位置，所述设备检测控制器将立即停止阀门驱动电机，具备电动阀门极限位置保护功能，使得阀门动作精确；

8.所述阀门驱动电机的控制电路安装有过流保护装置，假如电机过载，轻过载可以允许较长的过载时间，过载幅度越大，保护动作时间越短，更加符合阀门类负载特征，有效防止误动作。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明控制系统的原理示意图；

图2是本发明中当设备检测控制器连接阀门时的结构示意图；

图3是本发明中当设备检测控制器连接增压泵时的结构示意图；

图4是本发明中阀门驱动电路的电气原理图；

图5是本系统运行过程设备节点和控制节点之间双向通信模型；

图6是一个现场端设备节点的树形拓扑结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供一种基于物联网的自来水管网远程控制系统，

包括现场端、云端和客户端，所述现场端是指分散安装在管网各处的自来水调控执行机构以及相关的控制、检测装置，包括流量传感器、水压传感器、执行机构、物联网接入模块和设备检测控制器,所述执行机构是由阀门和阀门检测编码器或是由增压泵和变频器构成。

流量传感器、水压传感器、执行机构、物联网接入模块和设备检测控制器构成的一套相对独立的系统，定义为一个设备节点。

所述水压传感器，用于检测管道内自来水的压力，机械安装于供水管道的压力检测孔。

所述流量传感器，用于检测管道内自来水的流量，与供水管道串联安装。

所述水压传感器、流量传感器可以采用数字量输出型，通过RS-485连接到所述设备检测控制器，也可采用模拟量输出型，连接到所述检测控制器的A/D转换接口。

所述设备检测控制器，内部结构如图2和图3所示，主要包括MCU模块、A/D转换模块、D/A转换模块、232驱动模块、485驱动模块、开关量输出驱动模块、开关量输入隔离模块、现场操作人机交互。

所述MCU模块，是整个设备检测控制器的核心，采用高性能单片机实现，内部有程序，通过内部程序实现相应功能。硬件上通过内部总线或端口与所述A/D转换模块、D/A转换模块、232驱动模块、485驱动模块、开关量输出驱动模块、开关量输入隔离模块等连接。

优选地，如果MCU采用高性能单片机，如STM32系列单片机，其内部集成有A/D和D/A转换模块，但本质上与本方案是一致的。

所述A/D转换模块，扩展有3路A/D输入接口，称为设备检测控制器的模拟量输入A/D0接口、A/D1接口和A/D2接口，A/D0接口和A/D1接口分别连接到水压传感器和流量传感器，将来自两个传感器的模拟信号转换为数字量信号，实现MCU对水压和流量信号的采集。

所述D/A转换模块，扩展有2路D/A输出接口，称为设备检测控制器的模拟量输出D/A0接口、D/A1接口。

所述232驱动模块，扩展有2路RS232接口RS232-1和RS232-2，其中RS232-1连接物联网接入模块，实现与所述物联网接入模块的双向串行通信，RS232-2用于与现场操作人机交互的通信连接。

所述485驱动模块，扩展有1路RS485接口。

所述开关量输出驱动模块，扩展有5路开关量输出接口，以下称为设备检测控制器的开关量输出Y0～Y4接口。

所述开关量输入隔离模块，扩展有5路开关量输入接口，以下称为设备检测控制器的开关量输入X0～X4接口。

所述物联网接入模块，可以采用普通GPRS、4G、5G、WIFI等无线上网方式，或采用WAN/LAN等有线方式接入网络，具体可根据现场端的入网条件灵活选择(选用市售现成产品)。

所述设备节点根据自来水管网的布局需要分散安装，各自独立，均通过所述物联网接入模块接入物联网云端，不受地域限制。

所述现场操作人机交互，由液晶屏和按钮等组成，用于设备检测控制器部分参数的设置和现场端设备的手动调整，通过电缆连接到RS232-2接口。

所述设备检测控制器内部集成有设备检测控制器软件(软件存储、运行在所述MCU模块)，所述设备检测控制器软件内设有阀门防锈死周期定时器T1，定时自动启动防锈死操作，使阀板在一定范围内动作，阀板、阀座之间的泥沙、铁锈等杂物被搅动，在水流的冲刷下离开阀门闸口，避免长期积累，从而达到防锈死的目的。

所述设备检测控制器软件内集成有管路智能诊断与保护程序，主要针对自来水管道突然爆裂或破坏(如施工过程挖断)的情况。

一方面，一旦发生管路泄漏，设备检测控制器将能在很短的时间内发现故障并立即控制阀门关闭，减少水资源浪费、避免次生灾害；另一方面，智能诊断算法具备自学习功能，能够随下游用水量、用水特征的变化自动调整故障诊断参数，即使下游用户数量发生变化也无需人工重设参数，可靠性高，节省人力。

所述云端，用于建立现场端设备节点与客户端之间的网络连接，包括物联网平台、云服务器、Web服务、云数据库等。

所述物联网平台，在现场端设备节点和Web服务器之间实现报文的双向流转，建立设备节点与Web服务器之间的网络通信。

所述物联网平台，在现场端设备节点和手机APP之间实现报文的双向流转，建立设备节点与手机APP之间的网络通信。

所述物联网平台，本系统中采用阿里云平台，也可以采用其它物联网平台，具体根据经济性、便利性自由选择。

所述云服务器，用于部署所述Web服务和云数据库的计算机平台，本系统采用阿里云服务器，也可以根据性价比、便利性等选择其它云服务器产品。

所述Web服务，是基于商业化云服务器开发的一种Web服务软件，采用B/S架构，部署于云服务器，用于现场端设备节点的数据采集、数据管理、故障诊断、参数配置、用户管理、设备管理以及为客户端提供远程访问服务等。

所述云数据库，部署在云服务器上，用于保存所述Web服务所采集的设备运行数据、设备管理信息、用户管理信息等。

所述Web服务的用户管理，是指Web服务可以同时为多个用户(这里的用户可以理解为拥有一定数量的现场端设备的自来水公司、或其它需要该系统的企事业单位)提供服务，为每个用户创建一个独立的用户帐号。

所述Web服务的设备管理，是指用户登录所述Web服务上自己的帐号，可以自由添加、删除、管理、控制本用户的现场端设备；可以自由创建、删除设备管理责任人(帐号)，并将现场端设备分配给不同的设备管理责任人，实现责任到人的管理模式。

所述设备管理责任人，可以通过手机APP登录所述设备管理责任人账号，远程管理、控制分配到本责任人帐号下的现场端设备。

所述客户端是指为了实现对现场端设备的远程管理与控制，设备管理人所需要的硬件和软件工具，本方案提供了两种客户端接口：主机+浏览器、手机+APP。

所述主机+浏览器，主机可以采用能够接入互联网的普通台式机、笔记本电脑或智能手机等，浏览器需要具备标准浏览器功能，当前软件市场上的主流浏览器均可。通过浏览器登录Web服务所提供的用户帐号，可以对本用户的全部设备和设备管理责任人进行管理和控制。

所述手机+APP，手机采用普通智能手机，APP为专门为实现现场端设备控制与管理所开发的一款专用手机应用软件，通过APP登录设备管理责任人帐号，可以对本帐号下所分配的设备进行管理和控制。

所述Web服务的每一个用户账号和每一个设备管理责任人(手机APP)账号也是一个网络节点，定义为一个控制节点。

所述云服务器、以及部署于云服务器上的Web服务软件，构成了一个可供客户端主机远程访问的网站，下称为设备管理网站。

物联网平台将设备检测控制器上传的报文流转到设备管理网站，设备管理网站将该报文解析后，相关数据以动态网页的形式显示，以web服务的方式供用户访问。获得授权的用户，通过本地主机即可远程访问设备管理网站，查看设备状态。也可以通过点击动态网页上的按钮实现对设备的远程控制和参数配置。设备管理网站还负责APP用户的授权、所管理设备的分配等。

本系统通过网络访问的形式实现了对现场设备的远程控制和管理，组网能力强，不受空间和距离的限制，无需配置网关和长距离线缆，节省成本。

所述流量传感器、水压传感器、执行机构、物联网接入模块和设备检测控制器构成的一套相对独立的系统，定义为一个设备节点。

当所述设备节点中执行机构是电动阀门模块和阀门检测编码器时：

所述电动阀门模块包括阀门、电动阀头(包括阀门驱动电机、传动装置)和阀门驱动电路，其阀门与自来水管道串联安装，电动阀头的输出轴通过联轴器连接到阀门的阀杆，再由阀杆带动阀板动作实现阀门的开关。所述阀门驱动电路(如图4)，与所述检测控制器的控制信号配合，用于驱动电动阀头输出轴的转动最终实现对阀门的开关控制和开度调节。

所述阀门检测编码器，用于检测阀门的开口状态，机械外壳安装在阀门上，其回转轴通过传动装置与阀门的阀杆连接，随阀杆的转动而旋转。

所述阀门驱动电路包括电动阀门控制电路、电流检测变送器和断电检测电路，电动阀门控制电路用于控制阀门驱动电机动作，电流检测变送器采用市售产品，用于检测阀门电机主回路的电流，断电检测电路用于检测主回路的电源状态。

如图2和图4所示，设备检测控制器的开关量输出Y0接口、Y1接口连接到电动阀门控制电路的控制信号输入端，开关量输出Y0接口输出开阀信号，开关量输出Y1接口输出关阀信号，开关量输出Y2接口用于现场报警信号输出；所述阀门检测编码器采用市售的绝对值编码器，其电气接口采用RS-485，通过电缆与所述设备检测控制器的RS485接口连接。

所述设备检测控制器具有阀门电机过电流保护功能，所述电流检测变送器的输出连接到所述设备检测控制器的模拟量输入A/D2接口，将来自电流检测变送器的模拟信号转换为数字量信号，实现MCU对主回路电流的检测，所述MCU模块采集流过电机的电流，并在时间上进行积分，达到一定阈值时使控制电路中的输出继电器Y0或Y1断开，控制交流接触器KMZ或KMF断开电机主回路电源，从而实现阀门电机的过流保护功能，具体实现方法如下：

所述电流检测变送器检测电机母线电流，将检测信号输出到所述设备检测控制器的A/D2接口，所述MCU模块将检测信号变为数字量并经过换算获得电机的实际电流I；

过流保护算法采用电流积分法，电机的额定电流为Ib，实际检测电流为I_k(k＝1，2，3，…,n),电流采样周期为T，按下式计算过电流对时间的积分值

K＝n为当前采样周期，k＝n-1为上一个采样周期，以此类推，Ip为截止到当前时间以前的n个的采样周期(时间长度为n×T)内的电流误差(Ik-Ib)对时间的积分。如果积分值Ip超过预定阈值Ips，则输出继电器动作，切断电机电源，否则正常工作。

该方法的优点在于，假如电机过载，轻过载可以允许较长的过载时间，过载幅度越大，保护动作时间越短，更加符合阀门类负载特征，有效防止误动作。

所述设备检测控制器具有有断电记忆与保护功能，所述断电检测电路连接到设备检测传感器的X4接口，可以用于现场端信息的检测，如果主回路断电，所述MCU模块将触发断电记忆程序，具体实现方式如下：

如果阀门处于运行状态时遇到停电，阀门驱动电路因为带有负载电机，回路电压将迅速降为0，但是为设备检测控制器供电的开关电源直流输出电压一般要延迟1到数秒才能降到0V，即阀门驱动电路断电后，设备检测控制器仍然能够继续工作1到数秒。利用这一特点，将断电检测电路接入所述设备检测控制器的输入节点X4，实现所述MCU模块对主回路断电的检测。

如图4，阀门驱动电机主回路电压正常时，所述断电检测电路输出高电平到X4，断电时输出低电平，如果X4电平由高变低，则表明驱动电机主回路断电，所述设备检测控制器的MCU模块立即触发一个中断服务程序，输出阀门停机控制信号，并记录当前的阀门状态。当供电恢复后，阀门不会立即通电，设备检测控制器上电后，先检测断电前的状态记录，如果有未完成的任务(如调整开度、执行防锈死等)，则首先执行未完成的任务。

所述设备检测控制器具有电动阀门防锈死功能，所述设备检测控制器软件内设有阀门防锈死周期定时器T1，当定时时间到达预设周期t1时，将自动启动防锈死操作，同时定时器T1归零重新开始定时。阀门长时间不动，容易沉积泥沙、铁锈等造成开关困难，严重的甚至会无法动作，俗称“锈死”，电动阀门防锈死功能具体实现过程如下：

阀门驱动电机带动阀板向开度减小或增大(具体向哪个方向运动由所述设备检测控制器根据阀门当前所处状态自动判断)的方向开或关一定幅度b1，短暂停留时间t2，然后返回到阀门原来的开度状态。在上述过程中，电动阀门中阀板、阀座之间的泥沙、铁锈等杂物被搅动，在水流的冲刷下离开阀门闸口，避免长期积累，从而达到防锈死的目的，上述时间t1、t2以及阀板动作幅度b1均可通过所述设备运行参数配置操作预设。

所述阀门防锈死操作也可以通过点击Web服务网页或手机APP上的按钮启动，每启动一次，阀门防锈死周期定时器T1将重新开始定时。

所述设备检测控制器内还设有压力和流量自调节功能，压力和流量自调节功能通过设备所配置的运行参数，预设需要控制的管路压力和流量，由所述设备检测控制器独立实现调节，具体过程如下：

所述设备检测控制器压力调节周期为T2，每隔时间间隔T2，通过压力传感器采集管路压力Py，与设定压力Ps进行比较，计算压力误差E＝Ps-Py，最近一次的误差标记为Ek，上一次的误差标记为Ek-1，为了调整管道压力，阀门开度调整的控制增量为：

dUk＝Kp×(Ek-Ek-1)+Ki×Ek(Kp为比例常数，Ki为积分常数，该参数事先通过实验调试进行确定)；

也就是说，为了达到设定压力Ps，阀门开度需要调整dUk。

设置一个动作阈值+dUs和-dUs，只有当阀门开度调整量dUk>+dUs或dUk<-dUs时，阀门执行调整操作，否则不动作。该处理可以有效避免阀门在小范围内频繁动作造成局部磨损，提高阀门使用寿命。

所述设备检测控制器内还设有阀门极限位置保护功能，具体过程如下：

系统安装后，通过所述设备检测控制器校准阀门的开阀极限位置和关阀极限位置，所述设备检测控制器将永久保存该位置记录。

在阀门动作期间，所述设备检测控制器将通过所述阀门检测编码器实时检测阀板位置，一旦到达开阀极限位置或关阀极限位置，所述设备检测控制器将立即停止阀门驱动电机。

如图3，当执行机构为增压泵和变频器时，可以实现对管道压力的升压调节：

增压泵和变频器与设备检测控制器相连，去掉阀门检测编码器，如图3所示，将变频器的开关控制信号输入端与所述设备检测控制器的开关量输出接口Y0、Y1相连。增压泵的调速控制，既可以使用具有模拟量调速接口的变频器，将其模拟量调速接口连接到所述设备检测控制器D/A转换模块的模拟量输出D/A0接口，采用模拟量调速，也可以采用具有RS485接口的变频器连接到所述设备检测控制器的RS485接口，通过串行通信实现增压泵的调速。

执行机构选用阀门和阀门检测编码器，这种实施方式只能通过阀门调低下游管道的压力和流量(由高到低调整管道压力和流量)。

不仅根据下游用户的用水需求调低供水的压力和流量，而且在对高层小区供水时(需要对自来水进行增压)，可以实现对下游管道压力的升压调节。压力调节通过增压泵的变频调速实现。

利用所述控制系统对自来水管网进行远程控制的方法如下所述：

在物联网平台上为每一个设备节点和每一个控制节点建立一个虚拟设备，如图5，每一个虚拟设备均有一个独一无二的设备三元组，所述设备三元组包括产品名称、设备名称和设备密码三项内容，作为虚拟设备的唯一标识。

所述设备节点根据自来水管网的布局分散安装。所述设备节点通过所述物联网接入模块接入物联网平台，所述控制节点可以根据需要分布于互联网可及的任何位置并接入互联网。

每一个设备节点和控制节点与其虚拟设备之间采用MQTT协议通信，通过消息的“发布”和“订阅”完成节点之间的通信，通过定义所述控制节点与所述设备节点之间的报文流转规则以实现控制节点与设备节点信息的双向通信。

所述控制节点和设备节点之间消息的有效载荷(payload)采用Json报文结构，为了在减少消息的无效转发量和减少流转规则数量之间取得平衡，本系统为每一个设备节点分配了一个独一无二的标识码Id，用于区分不同的设备。系统为每一个控制节点分配一个独一无二的标识码Id，用于区分不同的用户，报文格式定义如下：

{“Aim”：5310001，“Src”：5321001，“Cmd”：43，“Para”：[P0,P1,P2,P3,...]}；

Aim：报文目的节点标识码，键值为接收该报文的节点Id编号；

Src：报文来源节点标识码，键值为发出该报文的节点Id编号；

Cmd：命令字，指定报文的功能。按照命令字的不同可以将报文分为状态查询报文、设备操作报文、参数读取/配置报文等几种不同的类型，但格式一致；

Para：数据字，执行Cmd指令所需要的参数，根据Cmd键值不同，Para的键值数组个数1～20不等。

双向通信的报文流转规则如下：

本系统中，控制节点与设备节点间的通信采用“问-答”模式。正常情况下设备节点自主运行，不会主动与控制节点通信。假如某控制节点(Id＝M)需要对某设备节点(Id＝N)实施管理或控制，控制节点(Id＝M)将发布一个“消息”到设备节点(Id＝N)，该消息的有效载荷按上述定义的Json报文构造，其中Aim＝N，Src＝M，Cmd＝所要进行的操作编码，Para＝操作所需要的参数。

{“Aim”：N，“Src”：M，“Cmd”：x，“Para”：[p1，p1，p3，...]}；

设备节点(Id＝N)收到该消息后，检查报文的Aim键值等于本机Id，于是执行Cmd键值x所规定的操作，然后构造一个应答消息，其有效载荷如下：

{“Aim”：M，“Src”：N，“Cmd”：x，“Para”：[q1，q1，q3，...]}；

其中Para＝应答返回的参数，具体数值根据不同的Cmd键值而异。

将应答消息“发布”到控制节点(Id＝M)的“订阅”，完成一次双向通信。该机制可以有效减少消息流量，减轻网络负担。

比如1#控制节点需要查看2#设备节点的运行状态，1#控制节点通过“发布”渠道发出一个查询消息，该消息通过MQTT协议自动传递到其对应的虚拟设备，该虚拟设备根据报文流转规则，将消息递交给2#设备节点所对应的虚拟设备，该虚拟设备通过MQTT协议自动将所得到的消息通过“订阅”渠道送达2#设备节点，完成消息传递。同理2#设备节点也可以“发布”消息到1#控制节点，实现消息的双向通信。通过消息的“发布”和“订阅”，控制节点可以通过消息传递指令到设备节点，设备节点也可以把自身运行状态通过消息报告给控制节点，完成双向通信。

所述报文流转规则是物联网平台提供的一种分拣、转发机制，理论上它可以实现任意2个设备之间的消息传递、以及多个设备之间的消息广播。

基于设备节点与控制节点的双向通信，能够实现对现场端的执行机构进行远程监视的功能、对现场端的执行机构进行远程操作的功能、对管路泄漏的智能诊断功能和对设备运行参数的读取与配置的功能。

对现场端的执行机构进行远程监视的功能：

通过点击Web服务网页或手机APP上的按钮发出信息指令，对现场端的执行机构进行操控并对自来水管网上各设备节点的运行状况进行监控，远程监视功能主要是控制节点实时采集各设备节点的运行状态数据，并以动态网页的形式提供Web服务(供主机用户通过浏览器访问)或实时显示到手机用户的APP页面，用户足不出户即可查看自来水管网上各设备节点的运行状况，具体实现方式：

所述控制节点(Web服务和手机APP软件)设计有定时轮询机制，每间隔一定时间向设备节点“发布”一个状态查询报文(消息)，所述设备节点接收该报文并根据Cmd键值指令构造应答报文，把本设备的运行状态参数添加到报文的Para字段，然后将消息“发布”到控制节点的“订阅”。消息的有效载荷构造和传递过程按上述定义的Json报文构造。

控制节点通过“订阅”渠道收到应答消息，对消息的有效载荷进行解析，从Para字段提取设备运行状态参数，显示到Web服务网页或手机APP界面。Web服务节点，还要将该数据保存到云数据库，供其它功能模块调用。

基于上述方法，除了常规运行状态监视，还能够实现对管路泄漏的智能诊断功能：

系统设计有两重管路泄漏智能诊断，一重运行于设备端的所述设备检测控制器的MCU上，另一重运行于云服务器上。

运行于所述设备检测控制器上的管路智能诊断与保护功能模块，主要针对自来水管道突然爆裂或破坏(如施工过程挖断)的情况，基本原理如下：

正常情况下，随着下游用户量的变化，自来水管路的压力和流量会呈现波动，但是这种波动与水管爆裂的情况具有不同的特征。

每隔一定时间T3，所述设备检测控制器通过水压传感器和流量传感器采集管路压力Pi、管路流量Qi，其中i＝1，2，3，…，n，计算本时间段内的压力和流量曲线斜率：

dP＝(Pi-Pi-1)/T3

dQ＝(Qi-Qi-1)/T3

泄漏诊断函数为L＝k*dP*dQ，泄露判断阈值为Lset，

if(L<-Lset)管路泄漏，关阀并报警；

Else正常。

上述工作原理：

在上游压力基本稳定的情况下，dP与dQ符号相反，L<0，数值基本稳定。

如果因上游压力升高引起流量增大，dP和dQ符号均为正,L>0；

如果因上游压力降低引起流量减小，dP和dQ符号均为负,L>0；

管路爆裂时，dP和dQ的绝对值陡然增大，符号相反，L<0，且其绝对值非线性增大，大于阈值视为故障。

参数k根据管道口径、设计流量、压力等参数预先设置。

Lset参数具有自学习功能，在设备启用时预设比较保守的数值，设备运行过程中，所述设备检测控制器内的学习软件连续检测管路的压力和流量变化率并计算L实际值，以24小时为周期，统计一个周期内L的最大、最小值，增加一个安全裕度后作为新的Lset预设值。

运行于云服务器上的管路智能诊断软件的原理：

运行于所述设备检测控制器的故障诊断方法只能判断下游主管路爆裂等剧烈泄漏的情况，针对缓慢泄漏，本设计通过运行于云服务器上的检测软件实现，具体方法如下：

设备节点在自来水管网中的相互关系采用树形拓扑结构来表达，图6所示为一个局部的拓扑结构示意图，将设备节点i、j、k设为当前层级，则其上游节点为其父节点，其下游节点为其子节点。以设备节点j为例，其子节点有j1、j2、j3三个。

如前所述，Web服务软件定时采集各设备节点的运行参数并保存到云数据库，泄漏诊断软件内嵌于Web服务软件中，针对某一设备节点j，诊断软件从云数据库中提取该节点的流量数据Qj，并统计一段时间t0～t1内的总流量然后统计同一时间段内其下游各子节点j1、j2、j3的流量之和，

定义设备节点j泄露概率系数为kj，

考虑计量误差，正常情况下

k_j≈1

报警函数

Kj越大(大于1)，在设备节点j和其下游子节点j1、j2、j3之间存在泄漏的概率越大，泄漏检测软件将显示诊断结果，大于预设的报警阈值(该值与仪表的计量精度等参数相关)时，检测软件主动发出管路泄露报警。

Kj越小(小于1)，设备节点j和其下游子节点j1、j2、j3的计量仪表可能存在故障，泄漏检测软件将显示诊断结果，小于预设的报警阈值(该值与仪表的计量精度等参数相关)时，检测软件主动发出仪表故障报警。

上述方法可用于任何设备节点与其相邻的下游子节点之间的泄漏诊断，通过横向和纵向扩展，用于整个管网的泄漏诊断。

上述泄漏诊断结果和报警消息也将显示到控制节点的Web服务网页和手机APP。

对现场端的执行机构进行远程操作的功能，设备远程操作主要包括阀门开度增大/增压泵转速升高、阀门开度减小/增压泵转速降低、阀门到指定开度/增压泵到指定转速、启动阀门除锈操作等。

如果需要上述操作，用户(操作人员)远程登录Web服务网页或手机APP页面(对应一个控制节点)，在Web服务网页和手机APP操作页面上，点击设备选择下拉框，从下拉框中选择需要进行操作的设备(设备节点)，然后根据上述操作要求点击页面上的操作按键，所述控制节点根据所述Json报文结构构造设备操作报文，将操作按键对应的指令写入Cmd键，操作参数写入Para键，并按所述报文流转规则将报文(消息)“发布”到设备节点的“订阅”。

所述设备节点收到上述消息并解析其中的Cmd键值和Para键值，执行Cmd所规定的操作，然后按照所述Json报文结构构造应答报文(消息)，应答报文的Para为设备当前的运行状态参数(包含Cmd的执行情况)。

所述控制节点接收应答报文，对报文内容进行解析，将设备对操作报文的执行情况显示在Web服务网页或手机APP界面上。

对设备运行参数的读取与配置的功能：

每个设备节点都可以设置一套独立的运行参数，该参数保存在设备节点，每一个设备节点均可根据该参数自动运行。

操作人员登录Web服务网页或手机APP页面(对应一个控制节点)，在Web服务网页和手机APP操作页面上，点击设备选择下拉框，从下拉框中选择需要配置参数的设备(设备节点)，然后点击参数配置按钮进入参数配置页面，点击参数配置页面的“参数读取”按钮，控制节点将构造一个参数读取报文，通过所述报文流转规则发布到所选择的设备节点。

所选择的设备节点按照所述Json报文结构构造应答报文，将本节点的当前参数写入报文的Para键并发布到所述控制节点。

所述控制节点收到应答报文并解析，提取Para键值的各参数并显示到Web服务网页或手机APP操作页面上的参数配置页面对应窗口，参数读取完成。

参数配置(修改)过程如下：

操作人员在上述参数配置页面的相应输入框中输入新的参数，然后点击页面上的“参数配置”按钮，控制节点将构造一个参数配置报文，提取参数配置页面上各输入框中的参数写入报文的Para键，并将参数配置报文发布到设备节点。

所述设备节点收到上述参数配置报文并解析，设备检测控制器提取Para键值各项参数替换以前的同类参数并保存，然后以新参数构造参数应答报文并发布到控制节点的订阅。

所述控制节点收到应答报文并解析，提取Para键值的各参数并显示到Web服务网页或手机APP操作页面上的参数配置页面对应窗口，参数配置完成。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的自来水管网远程控制系统，其特征在于：包括现场端、云端和客户端；

所述现场端是指分散安装在管网各处的自来水调控执行机构以及相关的控制、检测装置，包括流量传感器、水压传感器、执行机构、物联网接入模块和设备检测控制器；

所述云端包括物联网平台、云服务器、Web服务、云数据库，用于建立现场端与客户端之间的网络连接；

所述客户端是设备管理人所需要的硬件和软件工具，用于实现对现场端设备的远程管理与控制；

每个所述流量传感器、水压传感器、执行机构、物联网接入模块和设备检测控制器构成的一个设备节点，Web服务的每一个用户账号和每一个设备管理责任人账号构成一个控制节点，设备节点和控制节点通过物联网平台建立双向通信，控制节点与设备节点之间通过报文流转规则实现两者的双向通信。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网的自来水管网远程控制系统，其特征在于：所述执行机构包括电动阀门模块和阀门检测编码器，所述电动阀门模块包括阀门和阀门驱动电路，所述阀门与自来水管道串联安装，设备检测控制器通过阀门驱动电路实现对阀门的开关控制和开度调节；

所述阀门检测编码器，用于检测阀门的开口状态；

所述阀门驱动电路包括电动阀门控制电路、电流检测变送器和断电检测电路，所述电动阀门控制电路、电流检测变送器和断电检测电路分别连接到所述设备检测控制器，电动阀门控制电路用于控制阀门驱动电机动作，电流检测变送器用于检测阀门电机主回路的电流，断电检测电路用于检测主回路的电源状态。

3.如权利要求2所述的一种基于物联网的自来水管网远程控制系统，其特征在于：所述设备检测控制器内设有电动阀门防锈死功能，所述设备检测控制器软件内集成有阀门防锈死周期定时器，当定时时间到达预设周期时，将自动启动防锈死操作，同时防锈死周期定时器归零并重新开始定时，具体实现过程如下：

阀门驱动电机带动阀板向开度减小或增大的方向开或关一定幅度b1，短暂停留时间t2，然后返回到阀门原来的开度状态，电动阀门中阀板、阀座之间的泥沙、铁锈杂物被搅动，在水流的冲刷下离开阀门闸口，避免长期积累，从而达到防锈死的目的，所述时间t1、t2以及阀板动作幅度b1均可通过所述设备运行参数配置操作预设。

4.如权利要求2所述的一种基于物联网的自来水管网远程控制系统，其特征在于：所述设备检测控制器具有阀门电机过电流保护功能，所述电流检测变送器连接到所述设备检测控制器，将来自电流检测变送器的模拟信号转换为数字量信号，实现设备检测控制器对主回路电流的检测，所述设备检测控制器采集流过阀门电机的电流，并在时间上进行积分，达到一定阈值时使阀门驱动电路中的输出继电器断开，使阀门驱动电机主回路电源断开，从而实现阀门电机的过电流保护功能，具体实现方法如下：

所述电流检测变送器检测电机母线电流，将检测信号输出到所述设备检测控制器，所述设备检测控制器将检测信号变为数字量并经过换算获得电机的实际电流I；

过流保护算法采用电流积分法，电机的额定电流为Ib，实际检测电流为I_k(k＝1，2，3，…,n),电流采样周期为T，按下式计算过电流对时间的积分值

K＝n为当前采样周期，k＝n-1为上一个采样周期，以此类推，Ip为截止到当前时间以前的n个的采样周期内的电流误差对时间的积分,如果积分值Ip超过预定阈值Ips，则输出继电器动作，切断电机电源，否则正常工作。

5.如权利要求2所述的一种基于物联网的自来水管网远程控制系统，其特征在于：所述设备检测控制器内还设有压力和流量自调节功能，具体过程如下：

所述设备检测控制器压力调节周期为T2，每隔时间间隔T2，通过压力传感器采集管路压力Py，与设定压力Ps进行比较，计算压力误差E＝Ps-Py，最近一次的误差标记为Ek，上一次的误差标记为Ek-1，为了调整管道压力，阀门开度调整的控制增量为：

dUk＝Kp×(Ek-Ek-1)+Ki×Ek，其中，Kp为比例常数，Ki为积分常数；

设置一个动作阈值+dUs和-dUs，只有当阀门开度调整量dUk>+dUs或dUk<-dUs时，阀门执行调整操作，否则不动作。

6.如权利要求1所述的一种基于物联网的自来水管网远程控制系统，其特征在于：所述执行机构包括增压泵和变频器，变频器的信号线连接到所述设备检测控制器，采用模拟量调速，可以实现对管道压力的升压调节。

7.如权利要求1-6所述的任意一项权利要求所述的一种基于物联网的自来水管网远程控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

在物联网平台上为每一个设备节点和每一个控制节点建立一个虚拟设备，每一个设备节点和控制节点分别与其虚拟设备之间采用MQTT协议通信，物联网平台提供的一种具有分拣、转发机制的报文流转规则，通过定义所述控制节点与所述设备节点之间的报文流转规则以实现控制节点与设备节点信息的双向通信；

控制节点设备节点的运行状态，控制节点通过发布渠道发出一个查询消息，该消息通过MQTT协议自动传递到其对应的虚拟设备，该虚拟设备根据报文流转规则，将消息递交给设备节点所对应的虚拟设备，该虚拟设备通过MQTT协议自动将所得到的消息通过订阅渠道送达设备节点，完成消息传递，同理设备节点也可以发布消息到控制节点，实现双向通信；

基于设备节点与控制节点的双向通信，实现控制系统远程监视的功能、远程操作的功能和管路泄漏的智能诊断的功能。

8.如权利要求7所述的一种基于物联网的自来水管网远程控制系统的控制方法，其特征在于：所述远程监视的功能是通过控制节点实时采集各设备节点的运行状态数据，并以动态网页的形式提供Web服务或实时显示到手机用户的APP页面，用户即可查看自来水管网上各设备节点的运行状况，具体实现方法如下：

所述控制节点设计有定时轮询机制，每间隔一定时间向设备节点发布一个状态查询报文，所述设备节点接收该报文并根据Cmd键值指令构造应答报文，把本设备的运行状态参数添加到报文的Para字段，然后将消息发布到控制节点的订阅；

控制节点通过订阅渠道收到应答消息，对消息的有效载荷进行解析，从Para字段提取设备运行状态参数，显示到Web服务网页或手机APP界面，Web服务节点，还要将该数据保存到云数据库，供其它功能模块调用；

所述远程操作的功能的具体实现方法为：

用户远程登录Web服务网页或手机APP页面，在Web服务网页和手机APP操作页面上选择需要进行控制的设备，然后根据所要执行的操作要求点击页面上的操作按键，所述控制节点根据所述Json报文结构构造设备操作报文，将操作按键对应的指令写入Cmd键，操作参数写入Para键，并按所述报文的流转规则将报文发布到设备节点的订阅；

所述设备节点收到上述消息并解析其中的Cmd键值和Para键值，执行Cmd所规定的操作，然后构造应答报文，所述控制节点接收应答报文，对报文内容进行解析，将设备对操作报文的执行情况显示在Web服务网页或手机APP界面上。

9.如权利要求8所述的一种基于物联网的自来水管网远程控制系统的控制方法，其特征在于：所述管路泄漏的智能诊断的功能是设备检测控制器通过报文流转规则将诊断信息传递给客户端，能够实现管路泄漏的智能诊断功能，通过所述设备检测控制器上集成的管路智能诊断与保护程序实现，具体过程如下：

每隔一定时间T3，所述设备检测控制器通过水压传感器和流量传感器采集管路压力Pi、管路流量Qi，其中i＝1，2，3，…，n，计算本时间段内的压力和流量曲线斜率：

dP＝(Pi-Pi-1)/T3；

dQ＝(Qi-Qi-1)/T3；

泄漏诊断函数为L＝k*dP*dQ，泄露判断阈值为Lset，参数k根据管道口径、设计流量、压力参数预先设置；

if(L<-Lset)管路泄漏，关阀并报警；

Else正常；

在上游压力基本稳定的情况下，dP与dQ符号相反，L<0，数值基本稳定；

如果因上游压力升高引起流量增大，dP和dQ符号均为正,L>0；

如果因上游压力降低引起流量减小，dP和dQ符号均为负,L>0；

管路爆裂时，dP和dQ的绝对值陡然增大，符号相反，L<0，且其绝对值非线性增大，大于阈值视为故障。

10.如权利要求8所述的一种基于物联网的自来水管网远程控制系统的控制方法，其特征在于：所述管路泄漏的智能诊断的功能通过运行于云服务器上的检测软件实现，具体方法如下：

Web服务软件定时采集各设备节点的运行参数并保存到云数据库，泄漏诊断软件内嵌于Web服务软件中，针对其中一个设备节点j，诊断软件从云数据库中提取该节点的流量数据Qj，并统计一段时间t0～t1内的总流量然后统计同一时间段内其下游各子节点j1、j2、j3的流量之和，

定义设备节点j泄露概率系数为kj，

考虑计量误差，正常情况下

k_j≈1

报警函数

Kj越大，在设备节点j和其下游子节点j1、j2、j3之间存在泄漏的概率越大，泄漏检测软件将显示诊断结果，大于预设的报警阈值时，检测软件主动发出管路泄露报警；

Kj越小，设备节点j和其下游子节点j1、j2、j3的计量仪表可能存在故障，泄漏检测软件将显示诊断结果，小于预设的报警阈值时，检测软件主动发出仪表故障报警。