CN204256906U - 市政管沟气体危险源监测预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种市政管沟气体危险源监测预警装置，包括前端监测装置以及和前端监测装置连接的上位机远程控制装置，所述前端监测装置固定在全密闭钢制设备的箱体内，包括主处理单元，以及与主处理单元分别连接的输入检测模块、输出控制模块、本地控制模块、通信模块、电源模块和采样模块，所述前端监测装置通过通信模块连接上位机远程控制装置，所述上位机远程控制装置通过以太网口接入到以太网。本实用新型不仅可以使相关部门实时地对现场的危险气体浓度进行在线监控，还可以在危险气体浓度超过正常值时第一时间告知相关人员，并启动报警机制，从而保障下水道和化粪池等场所的安全和稳定。

Description

市政管沟气体危险源监测预警装置

技术领域

本实用新型涉及一种市政管沟气体危险源监测预警装置。

背景技术

目前我国城市下水道及化粪池爆炸、城市管道天然气、化工厂危险气体泄露事故时有发生，造成人民财产及生命的重大损失，这些事故都是由危险易燃气体引起的，下水道和化粪池等场所的安全和稳定关系着人民群众的切身利益。而如今我国城市落后的地下管网防护设施和现代化的地上建筑形成鲜明的对比，很多地方的地下管网甚至没有任何的防护设施，这就为下水道等场所危险气体的爆炸埋下了安全隐患。为保障人民群众的广大利益，研究一款适用于地下管网的气体危险源智能在线监测预警系统就显得尤为重要了。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种市政管沟气体危险源监测预警装置，不仅可以使相关部门实时地对现场的危险气体浓度进行在线监控，还可以在危险气体浓度超过正常值时第一时间告知相关人员，并启动报警机制，从而保障下水道和化粪池等场所的安全和稳定。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种市政管沟气体危险源监测预警装置，包括前端监测装置以及和前端监测装置连接的上位机远程控制装置，所述前端监测装置固定在全密闭钢制设备的箱体内，包括主处理单元，以及与主处理单元分别连接的输入检测模块、输出控制模块、本地控制模块、通信模块、电源模块和采样模块，所述前端监测装置通过通信模块连接上位机远程控制装置，所述上位机远程控制装置通过以太网口接入到以太网。

进一步地，所述主处理单元至少包括中央处理器，以及分别与中央处理器 连接的A/D转换器、数字输入DI、数字输出DO，所述A/D转换器连接所述采样模块，A/D转换器和数字输入DI连接所述输入检测模块，数字输出DO连接所述输出控制模块；

进一步地，所述输入检测模块包括液位传感器、交流停电检测装置、门磁传感器以及电流互感器，所述液位传感器、交流停电检测装置、门磁传感器以及电流互感器分别与主处理单元连接；

进一步地，所述输出控制模块包括长寿命调速真空泵、排气管道风机、声光报警器以及指示灯，所述长寿命调速真空泵、排气管道风机、声光报警器分别通过中间继电器与主处理单元相连接，所述指示灯也与主处理单元电路连接；

进一步地，所述本地控制模块包括人工声光报警解除开关、人工风机转动解除开关以及本地风机开关，所述人工风机转动解除开关和人工声光报警解除开关分别与主处理单元相连接，所述本地风机开关通过中间继电器连接电流互感器控制排气管道风机；

进一步地，所述通信模块包括接收天线、CDMA/GPRS模块、232串口，所述接收天线连接在CDMA/GPRS模块上，CDMA/GPRS模块通过232串口双向连接主处理单元；

进一步地，所述电源模块包括空气开关、电源指示灯、蓄电池、电源，所述空气开关连接在220V交流电与电源之间，所述电源指示灯连接在空气开关和电源之间，蓄电池连接所述电源，所述电源连接所述主处理单元；

进一步地，所述采样模块包括依次串联连接的分布式多点采样管道、真空集气泵、红外检测气体传感器以及电压变送器，电压变送器连接所述主处理单元。

本实用新型产生的有益效果为：本实用新型不仅可以使相关部门实时地对现场的危险气体浓度进行在线监控，还可以在危险气体浓度超过正常值时第一时间告知相关人员，并启动报警机制，从而保障下水道和化粪池等场所的安全和稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型结构框架示意图；

图2为主处理单元结构框架示意图；

图3为输入检测模块构框架示意图；

图4为输出控制模块构框架示意图；

图5为本地控制模块构框架示意图；

图6为通信模块构框架示意图；

图7为电源模块构框架示意图；

图8为采样模块构框架示意图；

图9为系统远程控制的流程图；

图10为系统的软件控制流程框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1～8所示为整个装置运行的结构示意图，包括前端监测装置以及和前端监测装置连接的上位机远程控制装置8，所述前端监测装置固定在全密闭钢制设备的箱体内，包括主处理单元1，以及与主处理单元1分别连接的输入检测模 块2、输出控制模块3、本地控制模块4、通信模块5、电源模块6和采样模块7，所述前端监测装置通过通信模块5连接上位机远程控制装置，所述上位机远程控制装置8通过以太网口接入到以太网。

主处理单元1至少包括中央处理器101，以及分别与中央处理器101连接的A/D转换器102、数字输入DI 103、数字输出DO 104，所述A/D转换器连接所述采样模块7，A/D转换器和数字输入DI 103连接所述输入检测模块2，数字输出DO 104连接所述输出控制模块3，由采样模块7转换后的4-20mA信号经16位A/D转换器102转换成数字信号后由中央处理器101进行处理，12路数字输入DI 103端口采集输入检测模块2传送过来的故障检测信号，中央处理器101对A/D转换器102和数字输入DI 103传送过来的信号处理后，由8路数字输出DO 104口输出控制相对应的事件。

输入检测模块2包括液位传感器201、交流停电检测装置202、门磁传感器203以及电流互感器204，所述液位传感器201、交流停电检测装置202、门磁传感器203以及电流互感器204分别与主处理单元1连接。液位传感器201悬于液面上方，门磁传感器203固定在设备的箱门上，当液位传感器检测到液位太高或者门磁传感器检测到箱门开启时，会将相关信息由数字输入DI口传送给主处理单元1，主处理单元经反复确认后将上报相应故障信息至上位机远程控制系统，同时点亮本地的故障指示灯。当主处理器的数字输入DI口检测到电源输出的ACF信号时，将上报交流停电信号给上位机远程控制系统。若前端监测装置检测到主处理器发出了风机启动信号，而风机导线穿过的电流互感器并没有电流流过，前端监测装置则认为是风机出现故障，并将该故障信号上报至上位机远程控制系统，同时可以发短信通知相关人员进行处理。

输出控制模块3包括长寿命调速真空泵301、排气管道风机302、声光报警 器303以及指示灯304，所述长寿命调速真空泵301、排气管道风机302、声光报警器303分别通过中间继电器与主处理单元1相连接，所述指示灯304也与主处理单元1电路连接。当主处理单元由数字输出DO的端口输出控制信号时，与长寿命调速真空泵301、排气管道风机302、声光报警器303设备相连接的中间继电器会自动吸合，表明该设备接通，若系统发生液位、传感器等故障，相对应的指示灯会被点亮。

本地控制模块4包括人工声光报警解除开关401、人工风机转动解除开关402以及本地风机开关403，所述人工风机转动解除开关402和人工声光报警解除开关401分别与主处理单元1相连接，所述本地风机开关403通过中间继电器连接电流互感器控制排气管道风机。当风机和声光报警启动时，可以通过人工声光报警解除开关和人工风机转动解除开关来解除相关报警，同时，可以在本地直接通过本地风机开关403开启或关闭风机。

通信模块5包括接收天线501、CDMA/GPRS模块502、232串口503，所述接收天线501连接在CDMA/GPRS模块502上，CDMA/GPRS模块502通过232串口503双向连接主处理单元，主处理单元将获取到的信息通过232串口发送至CDMA/GPRS模块，CDMA/GPRS模块将主处理单元欲上报的信息发送到上位机远程控制系统中显示。

电源模块6包括空气开关601、电源指示灯602、蓄电池603、电源604，所述空气开关601连接在220V交流电与电源604之间，所述电源指示灯602连接在空气开关601和电源604之间，蓄电池603连接所述电源604，所述电源604连接所述主处理单元1。空气开关分为直流和交流开关，分别控制系统的直流和交流供电，当交流供电正常时，电源指示灯会被点亮，若交流停电，整个系统由蓄电池来供电，这时电源将提供ACF信号来告知主处理单元交流供电出 现故障，主处理单元将这一故障情况上报至上位机远程控制系统。

采样模块7包括依次串联连接的分布式多点采样管道701、真空集气泵702、红外检测气体传感器703以及电压变送器704，电压变送器704连接所述主处理单元1。分布式多点采样管道701固定在液面上方，当长寿命调速真空集气泵702开始抽气时，下水道等场所的气体会从分布式多点采样管道均匀进入气体采样盒，这时候固定在气体采样盒中的红外检测气体传感器将采集到的气体浓度转换为0.4-2V的电压信号，再经电压变送器将其转换为4-20mA的电流信号送入主处理器进行处理。

整个装置在运行过程中前端监测装置安装在下水道、化粪池等场所进行多点监测，前端监测装置的输出控制模块3控制长寿命调速真空泵301每隔一段时间进行一定时间的抽气，抽到的气体经输气管道送给采样模块7，该采样模块7中的红外检测气体传感器703将检测到的气体浓度转换为0.4-2V的电压信号，然后经过电压变送器704转换为4-20mA的电流信号送给主处理器单元的16位A/D转换器102进行数据采集，主处理单元1将采集到的数据处理后由直接连接在其231串口503上的CDMA/GPRS模块502发送至上位机远程控制系统，最后由上位机远程控制系统对接收到的数据进行存储、分析。当前端监测装置检测到气体浓度超过预警值时，将启动密集上传，若气体浓度超过报警值时，前端监测装置将自动开启排气管道风机302和声光报警器303，并告知上位机远程控制系统浓度超标，同时通过短信报警相关人员。若整个系统发生突发状况，例如：交流停电、蓄电池电压太低、箱门开启、液位超过正常值、风机启动等，前端监测装置会立即上报至上位机远程控制系统进行报警，以确保用户在线实时的掌握前端监测装置的运行情况。此外，紧急情况下用户还可直接通过本地风机开关403和上位机远程控制系统开启前端监测装置的排气管道风机302。

前端监测装置定时把下水道等危险源场所的气体通过分布式多点采样管道701收集，在经过长寿命真空集气泵702抽取，经特制气水分离装置后，到达采集气室内，通过安装在采集器室内的非色散红外检测气体传感器703，获得空气中甲烷(CH₄)气体浓度值，采样模块7中的红外检测气体传感器703将检测到的气体浓度转换为0.4-2V的电压信号，然后经过电压变送器转704换为4-20mA的电流信号送给主处理器单元。该浓度值送到信号采集处理单元RSU处进行处理后，利用GPRS无线通讯方式将数据发送到至监控中心服务器，从而实现了对现场的实时在线监测。

如图9所示为系统远程控制流程图，前端监测装置预热和初始化成功后，将随时准备接收上位机远程控制系统发送过来的控制命令，前端监测装置可响应的命令包括：主动获取信息命令、时间校准命令、设置系统ID命令、风机控制命令、下发心跳包以及程序复位命令，其中上位机远程控制系统通过主动获取信息命令可以获取前端监测装置的气体浓度、预警值、报警值、采样时间间隔等信息；时间校准命令可以校准前端监测装置的时间以达到和上位机远程控制系统一致的目的；若想要更换系统的ID号，可以通过下发设置系统ID命令来更改；若要远程控制前端监测装置中风机的启动和关闭，可以通过下发风机手动控制命令进行开启和关闭操作；为方便远程调试，上位机远程控制系统还可以下发程序复位命令来重启程序；下发心跳包是为了使通信保持在线。

如图10所示为系统的软件流程框图，首先整个系统先进行3min的预热和初始化，接着前端监测装置将打开串口与CDMA/GPRS模块进行通信，若在运行的过程中，传感器出现故障，前端监测装置将停止工作，并将该故障信息上报至上位机远程控制系统，若传感器正常，则继续进行后续工作。正常情况下，前端监测装置以初始化的时间间隔上传数据，当气体浓度超过预警值时将启动 密集上传，这时候上位机远程控制系统中的气体浓度会每隔10S刷新一次，若气体浓度继续上升，超过报警值时将开启声光报警灯和风机。若有突发状况，例如：交流停电、声光报警启动、风机启动、蓄电池低电压、箱门开启、液位太高、风机故障等情况时，将立即上报至服务器相关状况，并以短信形式通知相关人员，以等待相关人员进行人工处理。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种市政管沟气体危险源监测预警装置，其特征在于，包括前端监测装置以及和前端监测装置连接的上位机远程控制装置(8)，所述前端监测装置固定在全密闭钢制设备的箱体内，包括主处理单元(1)，以及与主处理单元(1)分别连接的输入检测模块(2)、输出控制模块(3)、本地控制模块(4)、通信模块(5)、电源模块(6)和采样模块(7)，所述前端监测装置通过通信模块(5)连接上位机远程控制装置，所述上位机远程控制装置(8)通过以太网口接入到以太网。

2.如权利要求1所述的市政管沟气体危险源监测预警装置，其特征在于，所述主处理单元(1)至少包括中央处理器(101)，以及分别与中央处理器(101)连接的A/D转换器(102)、数字输入DI(103)、数字输出DO(104)，所述A/D转换器连接所述采样模块(7)，A/D转换器和数字输入DI(103)连接所述输入检测模块(2)，数字输出DO(104)连接所述输出控制模块(3)。

3.如权利要求1所述的市政管沟气体危险源监测预警装置，其特征在于，所述输入检测模块(2)包括液位传感器(201)、交流停电检测装置(202)、门磁传感器(203)以及电流互感器(204)，所述液位传感器(201)、交流停电检测装置(202)、门磁传感器(203)以及电流互感器(204)分别与主处理单元(1)连接。

4.如权利要求1所述的市政管沟气体危险源监测预警装置，其特征在于，所述输出控制模块(3)包括长寿命调速真空泵(301)、排气管道风机(302)、声光报警器(303)以及指示灯(304)，所述长寿命调速真空泵(301)、排气管道风机(302)、声光报警器(303)分别通过中间继电器与主处理单元(1)相连接，所述指示灯(304)也与主处理单元(1)电路连接。

5.如权利要求1所述的市政管沟气体危险源监测预警装置，其特征在于，所述本地控制模块(4)包括人工声光报警解除开关(401)、人工风机转动解除开关(402)以及本地风机开关(403)，所述人工风机转动解除开关(402)和人工声光报警解除开关(401)分别与主处理单元(1)相连接，所述本地风机开关(403)通过中间继电器连接电流互感器控制排气管道风机。

6.如权利要求1所述的市政管沟气体危险源监测预警装置，其特征在于，所述通信模块(5)包括接收天线(501)、CDMA/GPRS模块(502)、232串口(503)，所述接收天线(501)连接在CDMA/GPRS模块(502)上，CDMA/GPRS模块(502)通过232串口(503)双向连接主处理单元(1)。

7.如权利要求1所述的市政管沟气体危险源监测预警装置，其特征在于，所述电源模块(6)包括空气开关(601)、电源指示灯(602)、蓄电池(603)、电源(604)，所述空气开关(601)连接在220V交流电与电源(604)之间，所述电源指示灯(602)连接在空气开关(601)和电源(604)之间，蓄电池(603)连接所述电源(604)，所述电源(604)连接所述主处理单元(1)。

8.如权利要求1所述的市政管沟气体危险源监测预警装置，其特征在于，所述采样模块(7)包括依次串联连接的分布式多点采样管道(701)、真空集气泵(702)、红外检测气体传感器(703)以及电压变送器(704)，电压变送器(704)连接所述主处理单元(1)。