CN212178555U - 一种基于gprs时钟同步技术的管道泄漏监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，包括上位机以及均与上位机连接的多个数据采集终端，数据采集终端分别通信连接有压力变送器和流量计，数据采集终端包括PLC控制器，PLC控制器分别连接有GPRS授时器、上位通信模块和下位通信模块，上位通信模块通信连接上位机，下位通信模块分别通信连接压力变送器和流量计。通过GPRS授时器可以很好的解决不同数据采集终端的时间基准不同的问题，而且通过GPRS授时器可以自动定时校准，不需要人为校时，不依赖于远程通讯网络的通讯质量，同步的精度高，可以达到微秒级。

Description

一种基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统

技术领域

本实用新型涉及管道泄漏监控的技术领域，具体来说，涉及一种基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统。

背景技术

现有的管道泄漏监控系统通过数据采集终端采集数据，数据采集终端自带时钟芯片即数据采集终端配备内部时钟芯片，这样不同的数据采集终端可以通过统一校时实现时间同步，但此技术存在问题，即每个时钟都是存在误差的，两个不同的时钟芯片随着运行时间的增加，之间的时间误差会越来越大，如果定时人工校时，校时的周期不好确定，而且时钟同步精度也比较低。

为解决这一问题，目前有的管道泄漏监控系统开始采用上位机同步采集方式，即数据采集终端配套普通PLC控制器，只实现数据采集，通过上位机同时采集两台PLC控制器的数据，时间基准以上位机时间为基准，但由于网络通讯质量原因，两端PLC控制器返回的数据是存在延时或者丢包等情况的，因此实际上两端PLC控制器返回的数据是很难达到精准的同步的，由于在管道泄漏需要定位计算时,对两端PLC控制器采集数据时间同步要求比较高，若同步不好的话，必然会导致定位精度不高。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，其通过GPRS授时器实现数据采集终端的自动卫星校时，不需要人工干预校时，不依赖于远程通讯网络的通讯质量，管道泄漏的定位精度更高。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，包括上位机以及均与所述上位机连接的多个数据采集终端，所述数据采集终端分别通信连接有压力变送器和流量计，所述数据采集终端包括PLC控制器，所述PLC控制器分别连接有GPRS授时器、上位通信模块和下位通信模块，所述上位通信模块通信连接所述上位机，所述下位通信模块分别通信连接所述压力变送器和所述流量计。

进一步地，所述流量计包括测量管，所述测量管内可拆装地设置有节流元件，所述测量管通过轴向间隔排布的两根取压管连接差压变送器，所述节流元件位于两根所述取压管之间，所述差压变送器连接有控制器，所述控制器分别连接有温度变送器和通信模块，所述温度变送器包括温度传感器，所述温度传感器位于所述测量管内，所述通信模块通信连接所述下位通信模块。

进一步地，所述测量管通过保护套管固定连接仪表座，两根所述取压管位于所述保护套管内，所述控制器位于所述仪表座内。

进一步地，所述仪表座上设置有显示屏和按键，所述显示屏和所述按键均连接所述控制器。

进一步地，所述节流元件为喷嘴，所述喷嘴的一端为大口端，所述喷嘴的另一端为小口端，所述喷嘴的内径沿从所述大口端至所述小口端的方向逐渐变小，所述温度传感器靠近所述小口端设置。

进一步地，所述节流元件为孔板，所述孔板上开设有多个通孔。

进一步地，所述通信模块包括RS485模块和Zigbee模块。

进一步地，所述控制器还连接有振动传感器。

进一步地，所述上位通信模块包括光纤收发器、DTU模块、4G模块、WLAN模块中的一种或多种。

进一步地，所述下位通信模块包括RS485模块。

本实用新型的有益效果：通过GPRS授时器可以很好的解决不同数据采集终端的时间基准不同的问题，而且通过GPRS授时器可以自动定时校准，不需要人为校时，不依赖于远程通讯网络的通讯质量，同步的精度高，可以达到微秒级。

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是根据本实用新型实施例所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统的示意图；

图2是根据本实用新型实施例所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统的原理框图；

图3是根据本实用新型实施例所述的流量计的示意图；

图4是根据本实用新型实施例所述的流量计的局部剖视图；

图5是根据本实用新型实施例所述的流量计的原理框图。

图中：

1、测量管；2、保护套管；3、仪表座；4、显示屏；5、按键；6、取压管；7、孔板；8、通孔；9、法兰；10、数据采集终端；11、上位机；12、压力变送器；13、流量计；14、管道。

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1-5所示，根据本实用新型实施例所述的一种基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，包括上位机11以及均与所述上位机11连接的多个数据采集终端10，所述数据采集终端10分别通信连接有压力变送器12和流量计13，所述数据采集终端10包括PLC控制器，所述PLC控制器分别连接有GPRS授时器、上位通信模块和下位通信模块，所述上位通信模块通信连接所述上位机11，所述下位通信模块分别通信连接所述压力变送器12和所述流量计13。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述流量计13包括测量管1，所述测量管1内可拆装地设置有节流元件，所述测量管1通过轴向间隔排布的两根取压管6连接差压变送器，所述节流元件位于两根所述取压管6之间，所述差压变送器连接有控制器，所述控制器分别连接有温度变送器和通信模块，所述温度变送器包括温度传感器，所述温度传感器位于所述测量管1内，所述通信模块通信连接所述下位通信模块。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述测量管1通过保护套管2固定连接仪表座3，两根所述取压管6位于所述保护套管2内，所述控制器位于所述仪表座3内。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述仪表座3上设置有显示屏4和按键5，所述显示屏4和所述按键5均连接所述控制器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述节流元件为喷嘴，所述喷嘴的一端为大口端，所述喷嘴的另一端为小口端，所述喷嘴的内径沿从所述大口端至所述小口端的方向逐渐变小，所述温度传感器靠近所述小口端设置。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述节流元件为孔板7，所述孔板7上开设有多个通孔8。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述通信模块包括RS485模块和Zigbee模块。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述控制器还连接有振动传感器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述上位通信模块包括光纤收发器、DTU模块、4G模块、WLAN模块中的一种或多种。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述下位通信模块包括RS485模块。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

本实用新型所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统包括上位机11、数据采集终端10、压力变送器12和流量计13等。

上位机11为商用PC，上位机通过有线网络或无线网络连接两个数据采集终端（即RTU）10。上位机11用于将两个数据采集终端10发送来的数据进行对比。

每个数据采集终端10包括PLC控制器、GPRS授时器、上位通信模块、下位通信模块和电源模块等。PLC控制器的型号为SIEMENS S7-1200，其用于采集时间、流量数据和压力数据，并进行数据的处理和存储，GPRS授时器用于通过卫星同步获得标准时间，以使不同的数据采集终端10保持时间同步，同步精度可以达到1毫秒，甚至微妙级别，GPRS授时器的型号为M26FA-03-BT。上位通信模块包括光纤收发器、DTU模块、4G模块、WLAN模块中的一种或多种，上位通信模块通过有线网络或无线网络与上位机连接，从而可实现数据采集终端10与上位机11之间的远程数据通讯。光纤收发器的型号可以是FC-211AB。DTU模块的型号可以是SZ11-02。4G模块的型号可以是SIM7500X，WLAN模块可以是ESP-07S。下位通信模块包括RS485模块，RS485模块的型号为RSM485CHT，下位通信模块用于与压力变送器12和流量计13通信连接，主要用于与压力变送器12和流量计13的远程通讯。

每个数据采集终端10分别连接一个压力变送器12和一个流量计13构成一个测量点，其中一个测量点设置在管道14的首端，另一个测量点设置在管道14的末端。

本实用新型所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统主要通过实时监测管道14首末两端的压力和流量的变化来判断管道14是否出现泄露情况，当发生泄露时，泄露点会产生一个负压波，这个压力的变化通过介质按一定规律向两端传播，负压波传播过程衰减较小，可以传播相当远的距离，压力变送器12和流量计13能检测出负压波是否到达测量点，从而可测量出负压波通过上下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速度。

压力变送器12和流量计13均通过数据采集终端10来供电，压力变送器12的型号为MD-G201，流量计13包括测量管1、保护套管2和仪表座3等。

测量管1的两端固设有法兰9，用于与电泵油井的出油管连接。测量管1的内部设置有节流元件，用于形成压力差。节流元件的两端各设置一根取压管6，取压管6连接差压变送器。节流元件可通过螺钉或通过焊接固定连接在测量管1内，采用螺钉连接，使得节流元件可单独更换，便于后期维护。在螺钉连接时可在节流元件与测量管1之间设置密封圈，以提高整体的密封效果。

节流元件可以是喷嘴也可以是孔板7，孔板7为多孔结构可以均衡流场，使得测量更稳定，抗干扰能力更强。喷嘴由一段锥形管制成。

取压管6位于保护套管2内，保护套管2同时用于走线，温度传感器、振动传感器等连接线均从保护套管2中穿过。

控制器分别连接差压变送器、温度变送器、振动传感器、显示屏4、按键5和通信模块。控制器包括单片机和存储器，单片机采用STM32系列单片机，如STM32F429。控制器位于仪表座3内。存储器用于存储瞬时流量数据，以供单片机累加后获得累计流量数据，存储器的型号采用CY7C026系列。

差压变送器为压阻式差压变送器，型号采用QY318系列，测量范围为0-100kPa，静压范围为0-6MPa。差压变送器测量出液体通过节流元件后的压力差后传输给控制器，控制器计算得到瞬时流量数据。

温度变送器用于测量液体的温度，其包括温度传感器，温度传感器采用贴片式温度传感器，型号为RH-8138，可与管壁贴合，以减少测量误差。

振动传感器用于测量管道的振动，以减少机械振动引起的误差。振动传感器为贴片式，可安装在测量管1上，振动传感器的型号采用BL600系列。

显示屏4为LCD显示屏，其型号为LH24080A。

通信模块包括RS485模块和Zigbee模块，RS485模块的数量可以是多个，可用于连接数据采集终端10、摄像头或其他设备，以实现跟数据采集终端10、摄像头或其他设备的通信，RS485模块的型号为RSM485CHT。Zigbee模块用于与数据中心无线连接，可把摄像头拍到的现场的图像资料和数据传送到数据中心。Zigbee模块的型号为SZ05-L-PRO-3。

流量计在具体使用时，将测量管1安装在管道14上，液体通过测量管1时，差压变送器、温度变送器、振动传感器等传感器将测量到的模拟信号通过AD转换模块转换成数字信号后传送给单片机，单片机通过显示屏4将差压、油温、瞬时流量和累计流量显示出来，并通过通信模块传输给数据采集终端10。

综上，借助于本实用新型的上述技术方案，利用管道首末两端的GPRS授时器的毫秒级同步可实现管道首端和末端的时间的同步性，能够达到同时刻比较首端和末端的介质压力、温度、瞬时流量和累计流量的变化情况，从而很好的解决了不同数据采集终端的时间基准不同的问题，而且通过GPRS授时器可以自动定时校准，不需要人为校时，不依赖于远程通讯网络的通讯质量，同步的精度高，可以达到微秒级。

以上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 (10)

1.一种基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，包括上位机（11）以及均与所述上位机（11）连接的多个数据采集终端（10），所述数据采集终端（10）分别通信连接有压力变送器（12）和流量计（13），所述数据采集终端（10）包括PLC控制器，其特征在于，所述PLC控制器分别连接有GPRS授时器、上位通信模块和下位通信模块，所述上位通信模块通信连接所述上位机（11），所述下位通信模块分别通信连接所述压力变送器（12）和所述流量计（13）。

2.根据权利要求1所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，其特征在于，所述流量计（13）包括测量管（1），所述测量管（1）内可拆装地设置有节流元件，所述测量管（1）通过轴向间隔排布的两根取压管（6）连接差压变送器，所述节流元件位于两根所述取压管（6）之间，所述差压变送器连接有控制器，所述控制器分别连接有温度变送器和通信模块，所述温度变送器包括温度传感器，所述温度传感器位于所述测量管（1）内，所述通信模块通信连接所述下位通信模块。

3.根据权利要求2所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，其特征在于，所述测量管（1）通过保护套管（2）固定连接仪表座（3），两根所述取压管（6）位于所述保护套管（2）内，所述控制器位于所述仪表座（3）内。

4.根据权利要求3所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，其特征在于，所述仪表座（3）上设置有显示屏（4）和按键（5），所述显示屏（4）和所述按键（5）均连接所述控制器。

5.根据权利要求2所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，其特征在于，所述节流元件为喷嘴，所述喷嘴的一端为大口端，所述喷嘴的另一端为小口端，所述喷嘴的内径沿从所述大口端至所述小口端的方向逐渐变小，所述温度传感器靠近所述小口端设置。

6.根据权利要求2所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，其特征在于，所述节流元件为孔板（7），所述孔板（7）上开设有多个通孔（8）。

7.根据权利要求2所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，其特征在于，所述通信模块包括RS485模块和Zigbee模块。

8.根据权利要求2所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，其特征在于，所述控制器还连接有振动传感器。

9.根据权利要求1所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，其特征在于，所述上位通信模块包括光纤收发器、DTU模块、4G模块、WLAN模块中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的基于GPRS时钟同步技术的管道泄漏监控系统，其特征在于，所述下位通信模块包括RS485模块。

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