CN206627293U - 状态监测系统及应急预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种状态监测系统及应急预警系统。其中，该系统包括：传感器，位于系统结构的底层，用于实时监测数据；采集器，与多个传感器连接，用于读取传感器采集到的数据；控制器，位于系统结构的上层，与多个采集器连接，用于处理和传输数据；其中采集器包括通讯装置和传送装置，所述控制器与所述采集器采用冗余总线结构连接，所述系统还包括无线通信模块，与所述控制器连接，用于所述控制器在设定的时间时刻上传处理后的数据。本实用新型解决了对于大型工程项目现有技术没有完善的工程状态监测及应急预警方案的技术问题。

Description

状态监测系统及应急预警系统

技术领域

本实用新型涉及工程检测技术领域，具体而言，涉及一种状态监测系统及应急预警系统。

背景技术

在工程领域，由于长输油气管道、桥梁、煤矿、大坝、隧道等许多大型分布式工程项目沿线地质地貌错综复杂,自然条件恶劣,管道经常遭受山体滑坡、水灾、穿越、占压等高风险环境的影响,极易造成整体移位、局部变形或应力集中,从而导致较大的位移应力、屈曲或蠕变,严重时甚至导致管道断裂破坏，桥梁大坝坍塌。地质灾害是威胁大型工程的安全运行的重大风险之一。由于在地质灾害多发区，地质灾害引发土壤运动和地表变形，从而导致埋地管道产生弯曲、压缩、扭曲、拉裂、局部屈曲等破坏行为，严重的会引发失效事故。因此，对大型工程的结构安全的监测，显得十分重要。

针对地质不稳定区域的管道，桥梁大坝等大型工程项目，为了实现对大型工程结构完整性监测的目的，现有技术方案主要是通过在工程本体上安装应力应变传感器，获取其真实的应力应变变化数据，并从基于应力或基于应变判据出发，对其安全状态进行定量评价，进而实现对地质不稳定区域的安全预报预警。大型工程项目完整性管理实施的核心是以数据采集、分析评价为基础，实现针对性维修维护和风险预控。

目前，分布式工程状态监测及应急预警系统在国内没有成型、完善的产品，国外的产品没有完整的应用于工程现场的架构。

针对上述对于大型工程项目现有技术没有完善的工程状态监测及应急预警方案的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种状态监测系统及应急预警系统，以至少解决对于大型工程项目现有技术没有完善的工程状态监测及应急预警方案的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种状态监测系统，包括：传感器，位于系统结构的底层，用于实时监测数据；采集器，与多个传感器连接，用于读取传感器采集到的数据；控制器，位于系统结构的上层，与多个采集器连接，用于处理和传输数据；其中，采集器包括：通讯装置，用于通过通讯总线与控制器连接，将传感器采集到的数据传输至控制器；传送装置，用于对控制器发送的控制指令做出实时应答，并向传感器发送控制信号；其中，控制指令至少包括如下之一：通电指令和读取指令；控制信号至少包括如下之一：激振信号和拾振信号；其中，控制器与采集器采用冗余总线结构连接；其中，系统还包括：无线通信模块，与控制器连接，用于控制器在设定的时间时刻上传处理后的数据。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种应急预警系统，包括上述任意一项的状态检测系统。

在本实用新型实施例中，采用分布式、分时处理的方式，通过在待检测位置安装多个传感器来实时检测待测位置的应力应变变化数据，利用与传感器连接的采集器读取采集到的数据，并将数据传输至主控制器，主控制器与多个采集器连接，将采集器传输来的数据进行处理并传输，达到了分布式控制、分时处理并集中上传数据的目的，从而实现了低功耗且完整的分布式工程状态监测及应急预警的技术效果，进而解决了对于大型工程项目现有技术没有完善的工程状态监测及应急预警方案的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种状态监测系统示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的状态监测系统示意图；

图3是根据本实用新型实施例的一种可选的状态监测系统示意图；以及

图4是根据本实用新型实施例的一种优选的分布式工程状态监测系统的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书中，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

根据本实用新型实施例，提供了一种状态监测系统实施例，图1是根据本实用新型实施例的一种状态监测系统示意图，如图1所示，该系统包括：传感器101、采集器103和控制器105。

其中，传感器101，位于系统结构的底层，用于实时监测数据。

具体地，上述传感器位于整个结构中的最底层，将传感器铺设在工程的每个待检测位置周围，可以实时数据监测待检测位置的应力应变变化数据。

此处需要说明的是，通过传感器读取到的频率值，通过力学计算公式转换成应变值，最后算出最大的应力值，如果超过正常范围，则可以判定待测位置有故障。

一种可选的实施例中，上述传感器可以采用无缘传感器(例如，振弦式传感器)，由于振弦式传感器属于无源传感器，具有结构简单、坚固耐用、抗干扰能力强、测值可靠、精度与分辨力高和稳定性特点，适用于环境恶劣及工程范围较大的工程。

采集器103，与多个传感器连接，用于读取传感器采集到的数据。

具体地，上述采集器可以为按照一定间隔(具体分布间隔根据实际工程需要设定，本申请实施例的硬件架构不受约束)分布在长输管道、桥梁、大坝附近的智能采集器，与上述多个传感器连接，用来读取传感器采集到的应力应变变化数据。

控制器105，位于系统结构的上层，与多个采集器连接，用于处理和传输数据。

具体地，上述控制器可以为位于整个结构中最上一层的主控制器，用于处理采集器传输来的数据，并将处理后的数据在设定的时间时刻通过无线通信模块上传。

一种可选的实施例中，上述控制器可以进行多个采集器的电源分配。

可选地，上述无线通信模块可以是GPRS模块、GPS模块或北斗等无线定位装置。

此处需要说明的是，当主控制器将数据上传之后，根据传感器采集到的待检测位置的数据判定是否存在故障，如果数据超出范围，通过主控制器的无线定位装置来定位故障具体地理位置。

由上可知，采用分布式、分时处理的方式，通过在待检测位置安装多个传感器来实时检测待测位置的应力应变变化数据，利用与传感器连接的采集器读取采集到的数据，并将数据传输至主控制器，主控制器与多个采集器连接，将采集器传输来的数据进行处理并传输，达到了分布式控制、分时处理并集中上传数据的目的，从而实现了低功耗且完整的分布式工程状态监测及应急预警的技术效果，进而解决了对于大型工程项目现有技术没有完善的工程状态监测及应急预警方案的技术问题。

一种可选的实施例中，在设计时每个主控制器可以挂接多个采集器，根据总线距离设定，主控制器与采集器之间的距离应小于1公里。

在一种可选的实施例中，如图2所示，上述采集器可以包括：通讯装置103a，用于通过通讯总线与控制器连接，将传感器采集到的数据传输至控制器。

具体地，上述采集器主要是与现场交互，用于读取传感器数值，并通过通讯总线将数据以固定格式传至主控制器。

通过上述实施例，实现了将待检测位置的应力应变变化数据传输至控制器的目的。

在一种可选的实施例中，如图2所示，上述采集器还可以包括：传送装置103b，用于对控制器发送的控制指令做出实时应答，并向传感器发送控制信号。

通过上述实施例，实现了传感器按照控制器下发的控制指令对待测位置的应力应变变化数据进行采集的目的。

在一种可选的实施例中，如图2所示，上述采集器还可以包括：处理设备103c，用于处理数据、上传数据以及进行电量检测和进程调度。

具体地，上述处理设备可以是CPU，对主控制器的指令做出实时应答，并能对所接振弦式传感器发送激振信号和拾振信号，来获取传感器信息。

通过上述处理设备，采集器可以将传感器采集到的数据进行处理，并上传至主控制器。

一种可选的实施例中，每个采集器下可以挂接多个传感器，上述采集器在不工作时，处于停止工作模式。

在一种可选的实施例中，上述控制指令至少包括如下之一：通电指令和读取指令；控制信号至少包括如下之一：激振信号和拾振信号。

在一种可选的实施例中，如图3所示，上述控制器105可以包括：定时装置105a，用于判断时间是否为设定时间。

具体地，上述定时装置作为主控制器的计时装置，可以用来判断上传数据的时间是否达到预先设定的时间，如果达到预先设定的时间，则控制器按照地址顺序分别对采集器通电并发送读取数据指令，并将从采集器获取到的数据进行处理，上传。

一种可选的实施例中，主控制器在设定的时刻(例如，整点)通过无线上传数据。整点时，主控制器开始分别为每个采集终端提供工作电源，并发出读取数据信号。每个数据采集终端开始对传感器逐个巡检，将采集的信号进行处理，通过通讯总线上传至主控制器。

在上述实施例中，通过安装定时装置，只有在数据上传时间达到时，系统才处于工作状态，其他时间主控器处于休眠模式，采集器处于停机模式。

通过上述实施例，达到了分时处理的目的，从而实现了低电量、低功耗监测工程状态的技术效果。

在一种可选的实施例中，如图3所示，上述控制器还可以包括：电源分配装置105b，用于在设定时间为整点时刻时，为采集器分配工作电源，并实时刷新电量。

在一种可选的实施例中，如图3所示，上述控制器还包括：故障判断装置105c，用于根据传感器采集到的数据判断是否发生故障。

具体地，上述故障判断装置可以根据传感器采集到的数据判断是否发生故障。

在一种可选的实施例中，上述控制器还包括：故障位置判断装置105d，用于判断传感器采集到的数据是否超出范围，在数据超出范围的情况下，故障位置判断装置定位故障点。

作为一种优选的实施方式，图4所示为一种优选的分布式工程状态监测系统的硬件结构示意图，该系统包括：HMI接口401、主控制器403、采集器405以及多个传感器；其中，主控器403的一端与HMI接口401连接，另一端与n(n为任意一个大于等于1的正整数)个采集器405连接；每一个采集器405与m(m为任意一个大于等于1的正整数)个传感器连接。

具体地，上述各个传感器铺设在工程的每个待检测位置周围，可以实时数据监测待检测位置的应力应变变化数据；上述每一个采集器都与多个传感器连接，用于读取传感器采集到的数据，并将数据通过通讯总线将数据传输至主控制器，主控制器接收所有采集器的数据，处理并通过无线传输至HMI接口。

一种可选的实施例中，主控制器在整点时，将数据通过无线网络传至终端接收器。整点时，主控制器开始分别为每个采集终端提供工作电源，并发出读取数据信号。每个数据采集终端接收到读取数据指令后开始对传感器逐个巡检，将采集的信号进行处理，通过总线上传至主控制器。

可选地，上述传感器可以采用振弦式无源传感器。

通过上述实施例，可以达到分布式控制，数据集中上传的目的，保证运行的每次采集运算处理的实时准确性和以及整个系统的低功耗。

作为一种可选的实施方式，主控制器与采集器采用冗余总线结构连接，一条总线故障时，自动切换至另一条总线，从而减少故障发生率。

本申请上述实施例在测试过程中经历了严格的单元测试，集成测试，系统测试过程，在实验运行中表现稳定，可靠，满足工业现场的需求，可用于实际工业现场。上述实施例适用于长输管线，大坝、桥梁等工程分散较广，环境恶劣的状态监测及预警系统。

根据本实用新型实施例，还提供了一种应急预警系统，包括上述任意一项可选的和优选的状态监测系统。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种状态监测系统，其特征在于，包括：

传感器，位于系统结构的底层，用于实时监测数据；

采集器，与多个所述传感器连接，用于读取所述传感器采集到的数据；

控制器，位于所述系统结构的上层，与多个所述采集器连接，用于处理和传输数据；

其中，所述采集器包括：通讯装置，用于通过通讯总线与所述控制器连接，将所述传感器采集到的数据传输至所述控制器；传送装置，用于对所述控制器发送的控制指令做出实时应答，并向所述传感器发送控制信号；其中，所述控制指令至少包括如下之一：通电指令和读取指令；所述控制信号至少包括如下之一：激振信号和拾振信号；

其中，所述控制器与所述采集器采用冗余总线结构连接；

其中，所述系统还包括：无线通信模块，与所述控制器连接，用于所述控制器在设定的时间时刻上传处理后的数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集器还包括：

处理设备，用于处理数据、上传数据以及进行电量检测和进程调度。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器包括：

定时装置，用于判断时间是否为设定时间。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器还包括：

电源分配装置，用于在所述设定时间为整点时刻时，为所述采集器分配工作电源，并实时刷新电量。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制器还包括：

故障判断装置，用于根据所述传感器采集到的数据判断是否发生故障。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制器还包括：

故障位置判断装置，用于判断所述传感器采集到的数据是否超出范围，在所述数据超出所述范围的情况下，故障位置判断装置定位故障点。

7.一种应急预警系统，其特征在于，包括权利要求1至6中任意一项所述的状态监测系统。