CN209445074U - 一种压力管道智能保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压力管道智能保护系统，包括压力管道和PLC控制系统，所述压力管道包括介质输入管道和介质输出管道，在所述介质输入管道和介质输出管道上均设有流量传感器、压力变送器、温度变送器和电动阀，所述流量传感器、压力变送器、温度变送器和电动阀均与PLC控制系统相连接，所述PLC控制系统与计算机主机和手机APP客户端相连接。本实用新型安装方便，对现有设备稍加改造，直接安装即可；成本低廉，不需要进行很大的投资，降低了企业的经济投入；实现互联网大数据无人自动控制操作，大大降低了对人员的再次伤害；把保护动作时间设定在几十秒内或提前预警，有效遏制和缩短事故时间，确保人身、设备安全，减少经济损失，以发挥最大的经济效益。

Description

一种压力管道智能保护系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能保护系统，尤其是涉及一种压力管道智能保护系统。

背景技术

压力管道是指所有承受内压或外压的管道，无论其管内介质如何。压力管道是管道中的一部分，管道是用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和制止流体流动的，由管子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压部件和支承件组成的装配总成。压力管道是一个系统，相互关联相互影响，牵一发而动全身。压力管道长径比很大，极易失稳，受力情况比压力容器更复杂，压力管道内流体流动状态复杂，缓冲余地小，工作条件变化频率比压力容器高（如高温、高压、低温、低压、位移变形、风、雪、地震等都有可能影响压力管道受力情况），管道组成件和管道支承件的种类繁多，各种材料各有特点和具体技术要求，材料选用复杂，管道上的可能泄漏点多于压力容器，仅一个阀门通常就有五处。

现实应用中压力容器或者压力管道自身发生爆裂、泄漏事故，将会导致容器或者管道内的高温、高压、有毒、有害、易燃、易爆等介质喷涌而出，从而造成不可估量的损失。虽然管道前端一般都安装有切断阀门，但是事故现场几乎无人能接近或者无法遏制，因而导致事故的恶性蔓延，现有各类安全阀均根据超标压力触发泄压机构启动，但是对其已经发生爆裂泄漏事故却无能为力。因此，研究设计并加以推广应用一种性能安全可靠、成本低廉、与企业现有的生产设备高度兼容的压力容器或者压力管道爆裂时管道自动关闭装置，对于我们这个经济处于高速发展、而企业投入资金又相对短缺的发展中国家来说，无疑具有极大的经济和社会意义。

目前在企业应用中，管道运输较为成熟，然而新设备的运行和互联网的首次加入，给用户带来便利的同时，也存在着一定风险。目前智能保护系统中存在的安全风险主要有以下三类：1.信息收集装置的电源供应、信号传输的稳定性可能会影响系统的正常运行；2.客户端APP未安全检测，相关代码存在漏洞缺陷；3.远程控制命令缺乏加固授权，存在非法入侵、恶意更改指令的风险。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种压力管道智能保护系统，本实用新型采用如下的技术方案：一种压力管道智能保护系统，包括压力容器、压力管道和PLC控制系统，所述压力管道包括介质输入管道和介质输出管道，所述介质输入管道与压力容器的进口端相连接，所述介质输出管道与压力容器的出口端相连接，在所述介质输入管道和介质输出管道上均设有流量传感器、压力变送器、温度变送器和电动阀，流量传感器用来监测介质输入管道和介质输出管道内的流量变化，并将所监测到的数据传送到PLC控制系统，压力变送器用来监测介质输入管道和介质输出管道内的压力变化，并将所监测到的数据传送到PLC控制系统，温度变送器用来监测介质输入管道和介质输出管道内的温度变化，并将所监测到的数据传送到PLC控制系统，所述流量传感器、压力变送器、温度变送器和电动阀均与PLC控制系统相连接，所述PLC 控制系统通过互联网与计算机主机和手机APP客户端相连接，PLC控制系统通过互联网把数据传送给计算机，计算机通过数据的计算比较后，将信号回馈到相应的PLC控制系统和App客户端。这样在工作人员不在现场的时候也可以实时监测控制，及时的了解压力管道的安全情况，可以有效的预防安全事故的发生，若数据差值过小，计算机做出预警；若数据差值过大，启动介质输入控制电动阀和介质输出控制电动阀，介质输入控制电动阀和介质输出控制电动阀关闭，介质便不会继续喷涌和倒流，实现无人自动控制操作，大大降低了对人员的再次伤害。

优选的，所述PLC 控制系统包括PLC 控制端、无线信号接收器和模拟量模块，PLC控制端设于压力容器附近并通过无线信号接收器来收集压力变送器、流量传感器和温度变送器所反馈的数据信号并将收集到的数据信号传送到模拟量模块进行数据处理和数据分析，从而实现对压力管道的智能化控制，把保护动作时间设定在几十秒内或提前预警，有效遏制和缩短事故时间，确保人身、设备安全，减少经济损失，以发挥最大的经济效益。

优选的，所述模拟量模块为S7-200模拟量模块，模拟量是表示在一定范围内连续变化的任意取值，跟数字量是相对立的一个状态表示。通常模拟量用于采集和表示事物的电压电流或者频率等参数。模拟量输入模块是一款将远程现场的模拟量信号采集至计算机的设备，其利用RS-485总线作为数据通信线路，提供模拟量转485功能，能够同时将八路模拟量输入至模块，并通过RS-485总线传输至计算机。其通信协议采用MODBUS RTU协议，与工业现场数据采集实现了统一对接，编程起来也很方便。

优选的，所述无线信号接收器为高频无线信号接收器，无线通讯使用高频信号是因为频率越高，可利用的频带宽度就越宽，高频信号指的是适合天线发射、传播和接收的射频信号，频率越高，可利用的频带宽度就越宽，信道容量就越大，而且可以减小或避免频道间的干扰。高频信号更适合电线辐射和接收，因为只有天线尺寸大小可以与信号波长相比拟时，才有较高的辐射效率和接收效率，这样，可以采用较小的信号功率，传播较远的距离，也可获得较高的接收灵敏度。

优选的，所述流量传感器、压力变送器和温度变送器的数量为若干组，这样可以避免因为压力管道太长造成检测到的数据不够准确，在压力管道的不同位置设有流量传感器、压力变送器和温度变送器，可以使监测数据更加精确、准确、全面，在遇到压力管道爆裂或泄漏的情况时，使PLC控制系统更加方便快速的作出处理，温度变送器采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号0-5V/0-10V电压信号，RS485数字信号输出，压力变送器感受压力的电器元件一般为电阻应变片，电阻应变片是一种将被测件上的压力转换成为一种电信号的敏感器件。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的黏合剂紧密地粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。

优选的，所述PLC控制系统连接有备用蓄电池，这样在遇到恶劣情况或者意外断电的情况时，也不影响PLC控制系统的运行，使得PLC控制系统能够长期、安全有效的运行，避免因为断电或者不可预料的灾祸时影响PLC控制系统工作，造成不可估量和预计的损失。

优选的，所述压力变送器为防爆压力变送器，防爆等级为EXdllCT6，防爆型压力变送器具有小体积、高稳定性、高灵敏度；防雷击﹑防射频干扰的特点，压力管道输送的介质是易燃易爆气体的时候，可以提高压力变送器的使用性能和使用寿命，所述温度变送器为Pt100温度变送器，Pt100温度变送器用于Pt100铂电阻信号需要远距离传送、现场有较强干扰源存在或信号需要接入DCS系统时使用，所述流量传感器为容积式流量传感器，容积式流量传感器具有计量精度高；安装管道条件对计量精度没有影响；可用于高粘度液体的测量；范围度宽；直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，总量，清晰明了，操作简便的优点。

进一步优选的，所述介质输入管道上的电动阀设于介质输入管道的前端，所述介质输出管道上的电动阀设于介质输出管道与压力容器的连接处，这样在压力管道爆裂或泄漏的时候可以尽快的切断介质的流动通道，介质便不会继续喷涌和倒流。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.该系统技术采用互联网原理，设计创新、结构精巧、密封性能达到零泄漏，实现互联网大数据无人自动控制操作，大大降低了对人员的再次伤害。

2.该系统运用互联网技术实现计算机主机自主控制与APP实时监控，把保护动作时间设定在几十秒内或提前预警，有效遏制和缩短事故时间，确保人身、设备安全，减少经济损失，以发挥最大的经济效益。

3.安装方便，对现有设备稍加改造，直接安装即可。可有效用于热力管道、石油输送管道、自来水主管道、煤气管道等的爆裂保护。

4.成本低廉，不需要进行很大的投资，降低了企业的经济投入具有很大的竞争优势，压力管道智能保护系统填补了现有市场智能安全保护系统的空白，拥有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本实用新型的控制示意图。

图2为本实用新型的结构简图。

其中：1.压力容器，2.压力管道，3.电动阀，4.压力变送器，5.流量传感器，6.温度变送器，7.PLC控制系统，8.备用蓄电池。

具体实施方式

下面通过非限定性的实施例并结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图中1-2给出了本实用新型的第一种实施方式：一种压力管道智能保护系统，包括压力容器1、压力管道2和PLC控制系统7，所述压力管道2包括介质输入管道和介质输出管道，所述介质输入管道与压力容器1的进口端相连接，所述介质输出管道与压力容器1的出口端相连接，在所述介质输入管道和介质输出管道上均设有流量传感器5、压力变送器4、温度变送器6和电动阀3，流量传感器5用来监测介质输入管道和介质输出管道内的流量变化，并将所监测到的数据传送到PLC控制系统7，压力变送器4用来监测介质输入管道和介质输出管道内的压力变化，并将所监测到的数据传送到PLC控制系统7，温度变送器6用来监测介质输入管道和介质输出管道内的温度变化，并将所监测到的数据传送到PLC控制系统7，所述流量传感器5、压力变送器4、温度变送器6和电动阀3均与PLC控制系统7相连接，所述PLC控制系统7通过互联网与计算机主机和手机APP客户端相连接，PLC控制系统7通过互联网把数据传送给计算机，计算机通过数据的计算比较后，将信号回馈到相应的PLC控制系统7和App客户端。这样在工作人员不在现场的时候也可以实时监测控制，及时的了解压力管道2的安全情况，可以有效的预防安全事故的发生，若数据差值过小，计算机做出预警；若数据差值过大，启动介质输入控制电动阀3和介质输出控制电动阀3，介质输入控制电动阀3和介质输出控制电动阀3关闭，介质便不会继续喷涌和倒流，实现无人自动控制操作，大大降低了对人员的再次伤害。

所述PLC 控制系统7包括PLC 控制端、无线信号接收器和模拟量模块，PLC控制端设于压力容器1附近并通过无线信号接收器来收集压力变送器4、流量传感器5和温度变送器6所反馈的数据信号并将收集到的数据信号传送到模拟量模块进行数据处理和数据分析，从而实现对压力管道2的智能化控制，把保护动作时间设定在几十秒内或提前预警，有效遏制和缩短事故时间，确保人身、设备安全，减少经济损失，以发挥最大的经济效益。

所述模拟量模块为S7-200模拟量模块，模拟量是表示在一定范围内连续变化的任意取值，跟数字量是相对立的一个状态表示。通常模拟量用于采集和表示事物的电压电流或者频率等参数。模拟量输入模块是一款将远程现场的模拟量信号采集至计算机的设备，其利用RS-485总线作为数据通信线路，提供模拟量转485功能，能够同时将八路模拟量输入至模块，并通过RS-485总线传输至计算机。其通信协议采用MODBUS RTU协议，与工业现场数据采集实现了统一对接，编程起来也很方便。

所述无线信号接收器为高频无线信号接收器，无线通讯使用高频信号是因为频率越高，可利用的频带宽度就越宽，高频信号指的是适合天线发射、传播和接收的射频信号，频率越高，可利用的频带宽度就越宽，信道容量就越大，而且可以减小或避免频道间的干扰。高频信号更适合电线辐射和接收，因为只有天线尺寸大小可以与信号波长相比拟时，才有较高的辐射效率和接收效率，这样，可以采用较小的信号功率，传播较远的距离，也可获得较高的接收灵敏度。

所述流量传感器5、压力变送器4和温度变送器6的数量为若干组，这样可以避免因为压力管道2太长造成检测到的数据不够准确，在压力管道2的不同位置设有流量传感器5、压力变送器4和温度变送器6，可以使监测数据更加精确、准确、全面，在遇到压力管道2爆裂或泄漏的情况时，使PLC控制系统7更加方便快速的作出处理，温度变送器6采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号0-5V/0-10V电压信号，RS485数字信号输出，压力变送器4感受压力的电器元件一般为电阻应变片，电阻应变片是一种将被测件上的压力转换成为一种电信号的敏感器件。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种，金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种，通常是将应变片通过特殊的黏合剂紧密地粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。

所述PLC控制系统7连接有备用蓄电池8，这样在遇到恶劣情况或者意外断电的情况时，也不影响PLC控制系统7的运行，使得PLC控制系统7能够长期、安全有效的运行，避免因为断电或者不可预料的灾祸时影响PLC控制系统7工作，造成不可估量和预计的损失。

所述压力变送器4为防爆压力变送器，防爆等级为EXdllCT6，防爆型压力变送器具有小体积、高稳定性、高灵敏度；防雷击﹑防射频干扰的特点，压力管道2输送的介质是易燃易爆气体的时候，可以提高压力变送器4的使用性能和使用寿命，所述温度变送器6为Pt100温度变送器，Pt100温度变送器用于Pt100铂电阻信号需要远距离传送、现场有较强干扰源存在或信号需要接入DCS系统时使用，所述流量传感器5为容积式流量传感器，容积式流量传感器具有计量精度高；安装管道条件对计量精度没有影响；可用于高粘度液体的测量；范围度宽；直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，总量，清晰明了，操作简便的优点。

所述介质输入管道上的电动阀3设于介质输入管道的前端，所述介质输出管道上的电动阀3设于介质输出管道与压力容器1的连接处，这样在压力管道2爆裂或泄漏的时候可以尽快的切断介质的流动通道，介质便不会继续喷涌和倒流。

图中1-2给出了本实用新型的第二种实施方式：一种压力管道智能保护系统，包括压力容器1、压力管道2和PLC控制系统7，所述压力管道2包括介质输入管道和介质输出管道，所述介质输入管道与压力容器1的进口端相连接，所述介质输出管道与压力容器1的出口端相连接，在所述介质输入管道和介质输出管道上均设有流量传感器5、压力变送器4、温度变送器6和电动阀3，流量传感器5用来监测介质输入管道和介质输出管道内的流量变化，并将所监测到的数据传送到PLC控制系统7，压力变送器4用来监测介质输入管道和介质输出管道内的压力变化，并将所监测到的数据传送到PLC控制系统7，温度变送器6用来监测介质输入管道和介质输出管道内的温度变化，并将所监测到的数据传送到PLC控制系统7，所述流量传感器5、压力变送器4、温度变送器6和电动阀3均与PLC控制系统7相连接，所述PLC控制系统7通过互联网与计算机主机和手机APP客户端相连接，PLC控制系统7通过互联网把数据传送给计算机，计算机通过数据的计算比较后，将信号回馈到相应的PLC控制系统7和App客户端。这样在工作人员不在现场的时候也可以实时监测控制，及时的了解压力管道2的安全情况，可以有效的预防安全事故的发生，若数据差值过小，计算机做出预警；若数据差值过大，启动介质输入控制电动阀3和介质输出控制电动阀3，介质输入控制电动阀3和介质输出控制电动阀3关闭，介质便不会继续喷涌和倒流，实现无人自动控制操作，大大降低了对人员的再次伤害。

所述PLC 控制系统7包括PLC 控制端、无线信号接收器和模拟量模块，PLC控制端设于压力容器1附近并通过无线信号接收器来收集压力变送器4、流量传感器5和温度变送器6所反馈的数据信号并将收集到的数据信号传送到模拟量模块进行数据处理和数据分析，从而实现对压力管道2的智能化控制，把保护动作时间设定在几十秒内或提前预警，有效遏制和缩短事故时间，确保人身、设备安全，减少经济损失，以发挥最大的经济效益。

所述无线信号接收器为高频无线信号接收器，无线通讯使用高频信号是因为频率越高，可利用的频带宽度就越宽，高频信号指的是适合天线发射、传播和接收的射频信号，频率越高，可利用的频带宽度就越宽，信道容量就越大，而且可以减小或避免频道间的干扰。高频信号更适合电线辐射和接收，因为只有天线尺寸大小可以与信号波长相比拟时，才有较高的辐射效率和接收效率，这样，可以采用较小的信号功率，传播较远的距离，也可获得较高的接收灵敏度。

所述流量传感器5、压力变送器4和温度变送器6的数量为若干组，这样可以避免因为压力管道2太长造成检测到的数据不够准确，在压力管道2的不同位置设有流量传感器5、压力变送器4和温度变送器6，可以使监测数据更加精确、准确、全面，在遇到压力管道2爆裂或泄漏的情况时，使PLC控制系统7更加方便快速的作出处理，温度变送器6采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号0-5V/0-10V电压信号，RS485数字信号输出，压力变送器4感受压力的电器元件一般为电阻应变片，电阻应变片是一种将被测件上的压力转换成为一种电信号的敏感器件。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种，金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种，通常是将应变片通过特殊的黏合剂紧密地粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。

所述压力变送器4为防爆压力变送器，防爆等级为EXdllCT6，防爆型压力变送器具有小体积、高稳定性、高灵敏度；防雷击﹑防射频干扰的特点，压力管道2输送的介质是易燃易爆气体的时候，可以提高压力变送器4的使用性能和使用寿命，所述温度变送器6为Pt100温度变送器，Pt100温度变送器用于Pt100铂电阻信号需要远距离传送、现场有较强干扰源存在或信号需要接入DCS系统时使用，所述流量传感器5为容积式流量传感器，容积式流量传感器具有计量精度高；安装管道条件对计量精度没有影响；可用于高粘度液体的测量；范围度宽；直读式仪表无需外部能源可直接获得累计，总量，清晰明了，操作简便的优点。

所述介质输入管道上的电动阀3设于介质输入管道的前端，所述介质输出管道上的电动阀3设于介质输出管道与压力容器1的连接处，这样在压力管道2爆裂或泄漏的时候可以尽快的切断介质的流动通道，介质便不会继续喷涌和倒流。

工作原理：根据介质输入压力、温度、流量与介质输出压力、温度、流量平衡的原理，当出现压力容器或者管道爆裂或泄漏时，介质输入压力会大于介质输出压力，介质输出流量小于介质输入流量，输入与输出失去平衡，这时设置在介质输入管道和介质输出管道上传感器会把这一信号汇总PLC，PLC通过互联网把数据传送给计算机。计算机通过数据的计算比较后，将信号回馈到相应的PLC和App客户端。若数据差值过小，计算机做出预警；若数据差值过大，启动介质输入控制电动阀和介质输出控制电动阀，介质输入控制电动阀和介质输出控制电动阀关闭，介质便不会继续喷涌和倒流。

上述实施例对本实用新型做了详细说明。当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述例子，相关技术人员在本实用新型的实质范围内所作出的变化、改型、添加或减少、替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种压力管道智能保护系统，其特征在于：包括压力容器、压力管道和PLC控制系统，所述压力管道包括介质输入管道和介质输出管道，所述介质输入管道与压力容器的进口端相连接，所述介质输出管道与压力容器的出口端相连接，在所述介质输入管道和介质输出管道上均设有流量传感器、压力变送器、温度变送器和电动阀，所述流量传感器、压力变送器、温度变送器和电动阀均与PLC控制系统相连接，所述PLC 控制系统通过互联网与计算机主机和手机APP客户端相连接。

2.根据权利要求1所述的压力管道智能保护系统，其特征在于：所述PLC 控制系统包括PLC 控制端、无线信号接收器和模拟量模块。

3.根据权利要求2所述的压力管道智能保护系统，其特征在于：所述模拟量模块为S7-200模拟量模块。

4.根据权利要求2所述的压力管道智能保护系统，其特征在于：所述无线信号接收器为高频无线信号接收器。

5.根据权利要求1所述的压力管道智能保护系统，其特征在于：所述流量传感器、压力变送器和温度变送器的数量为若干组。

6.根据权利要求1所述的压力管道智能保护系统，其特征在于：所述PLC控制系统连接有备用蓄电池。

7.根据权利要求1所述的压力管道智能保护系统，其特征在于：所述压力变送器为防爆压力变送器，防爆等级为EXdllCT6，所述温度变送器为Pt100温度变送器,所述流量传感器为容积式流量传感器。

8.根据权利要求1所述的压力管道智能保护系统，其特征在于：所述介质输入管道上的电动阀设于介质输入管道的前端，所述介质输出管道上的电动阀设于介质输出管道与压力容器的连接处。