CN212560442U - 基于城镇燃气管道阴极保护的ai智能监测与调控设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于燃气传输领域，具体涉及基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，包括桩体、测量主控制板、电池单元、参比电极、极化试片及自腐蚀试片，桩体、参比电极、极化试片和自腐蚀试片埋设于地面下，测量主控制板和电池单元均设置于桩体内，测量主控制板上设置通讯单元、MCU控制器、ADC采集单元和信号采集调理电路。本实用新型的有益效果是：采用了自动化集成电路以及物联网技术实现多项阴极保护参数的远程自动测量，减小了阴保测量工的劳动强度，且保证准连数据的准确性；采用技术成熟的电子逻辑控制设计，测量参数全面，为阴极保护腐蚀评估提供了较完善的参考数据；地井式测试桩的设计增强了测试设备在地下环境的适用性。

Description

基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备

技术领域

本实用新型属于燃气传输领域，具体涉及基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备。

背景技术

埋地钢制管道的腐蚀保护对于管网安全运行有着重大意义，但随着管道使用年限增长、防腐层脱落、地质地貌环境的改变以及杂散电流干扰，都影响着阴极保护实际效果。因此有效的检测管道阴极保护系统中管线上的各项参数，及时掌握管道的运行保护状况显得尤为重要。随着社会飞速发展，现代化建设日新月异，电气化轨道、高压输电线及铁塔、信号基站、高速道路修建等等，使得埋地钢制管网运行环境复杂化、阴极保护参数波动加大、管道参数测量困难、腐蚀状况的分析与评估难度变大，传统人工定期测量检测的方式难以满足实际需求。

现有技术存在以下几个问题：

1、人工测量一般一个月或几个月测量一次，对于存在的异常参数、腐蚀危害难以及时发现并采取保护措施。

2 、人工测量测量断电电位需要机械开关配合，并且由于不同土质环境的土壤电阻率不一、难以准确读取真实断电电位值。

3、现有远传测试量设备通常只读取一个通电电位并不能反应管道的真实保护电位。

4、多数远传测量设备难以在信号差、潮湿、高腐蚀的地下环境中长期运行。

实用新型内容

为了弥补现有技术的不足，本实用新型提供基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备技术方案。

所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于包括桩体、测量主控制板、电池单元、参比电极、极化试片及自腐蚀试片，其中，桩体、参比电极、极化试片和自腐蚀试片埋设于地面下，测量主控制板和电池单元均设置于桩体内，测量主控制板上设置通讯单元、MCU控制器、ADC采集单元和信号采集调理电路。

所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于还包括设置于测量地井内的接线盒和设置于桩体内的绝缘接线板，测量主控制板与绝缘接线板电连接，绝缘接线板与接线盒电连接，接线盒分别与参比电极、极化试片、自腐蚀试片电连接。

所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于电池单元为可充电锂电池，桩体的顶部设置从地面露出的桩盖，桩盖下端设置太阳能板。

所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于电池单元包括锂电池组、太阳能充电单元和电源调理单元。

所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于桩体内设置通讯天线。

所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于桩体为地井式玻璃钢桩体。

所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于桩盖为钢化玻璃桩盖。

所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于通讯模块为4G通讯模块。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：采用了自动化集成电路以及物联网技术实现多项阴极保护参数的远程自动测量，减小了阴保测量工的劳动强度，且保证准连数据的准确性；采用技术成熟的电子逻辑控制设计，测量参数全面，为阴极保护腐蚀评估提供了较完善的参考数据；地井式测试桩的设计增强了测试设备在地下环境的适用性；地下测试桩接线端子经常存在腐蚀生锈、浸泡等现象，通过增加一个防水防腐蚀的接线盒解决了上述问题 ，增加了测量数据的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图所示，基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，包括桩体1、测量主控制板3、电池单元4、参比电极6、极化试片7及自腐蚀试片8，其中，桩体1、参比电极6、极化试片7和自腐蚀试片8埋设于地面下，测量主控制板3和电池单元4均设置于桩体1内，测量主控制板3上设置通讯单元2、MCU控制器15、ADC采集单元16、信号采集调理电路17和GPS单元19。

作为本实用新型的优化结构：本实用新型还包括设置于测量地井11内的接线盒12和设置于桩体1内的绝缘接线板13，测量主控制板3与绝缘接线板13电连接，绝缘接线板13与接线盒12电连接，接线盒分别与参比电极6、极化试片7、自腐蚀试片8电连接。其中，绝缘接线板13具体是与信号采集调理电路17电连接。测量地井11为检测现场原有的结构。

作为本实用新型的优化结构：电池单元4为可充电锂电池，桩体1的顶部设置从地面露出的桩盖9，桩盖9下端设置太阳能板10。

作为本实用新型的优化结构：电池单元4包括锂电池组400、太阳能充电单元401和电源调理单元402。

作为本实用新型的优化结构：桩体1内设置通讯天线18。

作为本实用新型的优化结构：桩体1为地井式玻璃钢桩体，地井式玻璃钢桩体方便工作人员观察。

作为本实用新型的优化结构：桩盖9为钢化玻璃桩盖，钢化玻璃桩盖方便工作人员观察，同时便于太阳能板10工作。

作为本实用新型的优化结构：通讯模块2为4G通讯模块，此外也可以选用5G通讯模块。

本实用新型的电路结构为：太阳能板10与电池单元4电连接，电池单元4为测量主控制板3供电，通讯天线18、通讯模块2、MCU控制器15、ADC采集单元16、信号采集调理电路17、绝缘接线板13、接线盒12依次电连接，MCU控制器15与GPS单元19电连接，接线盒12分别与参比电极6、极化试片7、自腐蚀试片8及管道14电连接。

在本实用新型中，ADC采集单元16为32位高精度ADC，支持双极性输入、毫秒级离散信号采样，通过高阻抗调理电路可测量交直流电压信号、电流信号。通讯单元2支持GPRS,4G信号自动切换，优先4G频段传输，当4G信号不够强时设备可以切换成GPRS(2G)传输，增强了设备在户外信号偏弱地区的适用性。

本实用新型按照系统设置自动测量管道14沿线七个阴极保护参数，并利用 4G 网路进行数据远传。本实用新型的桩体1采用类似地灯的结构并埋置在地面以下，不占据地面空间，对于在人行道上的测试点尤为适用。本实用新型的桩盖9可以通过松懈螺丝打开，方便人工测量及采集数据核对，钢化玻璃盖具备一定强度，同时不影响下面太阳能板10接收太阳能。本实用新型的接线盒5，具备防水防腐蚀功能，保证在地下环境里参比电极6、极化试片7、管道14的接线端子不被水浸泡或腐蚀氧化，保证阴极参数测量的可靠性。本实用新型的桩体1采用模块化式设计，其外观、安装、接线完全符合国标 GB T 21448-2017 《埋地钢质管道阴极保护技术规范》。

本实用新型中的太阳能板10、电池单元4、通讯模块2、MCU控制器15、GPS单元19、ADC采集单元16、信号采集调理电路17、通讯天线18、参比电极6、极化试片7、自腐蚀试片8、接线盒12、绝缘接线板13均为公知技术。

通过本实用新型能够实现下述阴极保参数的测量：

1.通电保护电位

2.交流电位

3.断电电位

4.自然电位

5.管地电流密度

6.阳极开路电位（采用牺牲阳极保护方式的阴极保护系统）

7.阳极输出电流（采用牺牲阳极保护方式的阴极保护系统）

测量逻辑原理如下：

1 通电保护电位

MCU控制器15触发通电电位控制逻辑，管道 14 接入ADC采集单元16的正极，参比电极 6接入ADC采集单元16的负极。测量正负极之间的电压，多次测量其电压值数据，通过积分求得平均电压，即该点阴极保护系统的通电电位值。

2交流电位

MCU控制器15触发测量挡位由直流挡位换成交流挡位，其他连接方式与通电电位的电路连接方式一样。

3断电电位

MCU控制器15触发断电电位控制逻辑，断开待测试的管道14与极化试片7的连接，极化试片7与ADC采集单元16的正极连接，参比电极6与ADC采集单元16的负极连接。连续测量正负极之间的电位值，并记录存储，通过软件法算求得管道断开后极化试片7的最负电位值即为断电电位值，该过程还可以记录极化试片7去极化变化曲线。

4自然电位

MCU控制器15触发自然电位控制逻辑，自腐蚀试片8与ADC采集单元16的正极连接，参比电极6与ADC采集单元16的负极连接。ADC采集单元16测得正负极之间的电位，以此模拟管道的自然电位。

5 管地直流电流密度

MCU控制器15触发阳极输出电流控制逻辑，将极化试片7接入ADC采集单元16正极，待测试的管道 14 接入ADC采集单元16负极。若采用牺牲阳极保护方式还需将阳极与管道14连接。测试模式改为电流模式，测得电流值即管地电流。根据相应公式计算代入极化试片截面积算出管地直流电流密度。

6阳极开路电位

MCU控制器15触发阳极开路电位控制逻辑，断开阳极与管道14的连接，并接入采集单元16的正极，参比电极6接入采集单元16的负极，测得阳极与参比电极6之间的电位，即阳极开路电位。

7阳极（组）输出电流

MCU控制器15触发阳极输出电流控制逻辑，断开阳极与管道14的连接，并接入并接入采集单元16的正极，管道14接入采集单元16的负极。测试模式改为电流模式，测得电流值为阳极输出电流。

本实用新型还通过通讯模块2连接另外配备的云端服务器，云端服务器中具有AI智能控制模块，本实用新型的AI智能阴极保护测试评估及智能控制逻辑如下：

1）线路终端日常采集通断电电位，每小时采集一组数据。

2）系统根据日常采集通断电电位，进行阴极保护效果评价，如果管道断电电位满足标准要求，系统自动形成阴极保护效果评价报告，如果日常采集的断电电位不满足标准要求时。终端自动启动24小时连续监测模式，监测期间每15秒采集一组数据。

3）根据夜间和白天时间段的采集数据，分别进行评估。当夜间断电电位合格时，采用24小时白天和夜间的数据综合进行阴极保护效果评估。当夜间断电电位不合格时，直接进入AI智能控制模块，恒电位仪自动开始调节。当24小时阴极保护效果评估不合格，进入AI智能控制模块，进行恒电位仪自动调节模式。

4）日常阴极保护效果评估或24小时阴极保护效果评估合格，形成阴极保护效果评估报告。

5）AI智能控制调节后，阴极保护效果合格，形成阴极保护效果评估保护，阴极保护效果不合格，形成问题保护和整改意见。

在上述步骤2）中阴极保护效果评估不合格时的具体控制流程如下：

S1）判断欠保护或过保护，欠保护进入步骤S2），过保护进入步骤S3）；

S2）评估欠保护程度并分析欠保护点与阴极站相对位置关系，然后确定调节阴保站位置和阴保站的数量并确定阴保站调节的幅度，再执行调节控制，若达到极限，则发送警报，若没有达到极限，则重新进行阴极保护效果评估，若合格，则形成评价报告，若不合格，则重回步骤S1）；

S3）进行评估过保护程度并分析过保护点与阴极站相对位置关系，然后确定调节阴保站位置和阴保站的数量并确定阴保站调节的幅度，再执行调节控制，若达到极限。则发送警报，若未达到极限，则重新进行阴极保护效果评估，若合格，则形成评价报告，若不合格，则重回步骤S1）。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于包括桩体（1）、测量主控制板（3）、电池单元（4）、参比电极（6）、极化试片（7）及自腐蚀试片（8），其中，桩体（1）、参比电极（6）、极化试片（7）和自腐蚀试片（8）埋设于地面下，测量主控制板（3）和电池单元（4）均设置于桩体（1）内，测量主控制板（3）上设置通讯单元（2）、MCU控制器（15）、ADC采集单元（16）和信号采集调理电路（17）。

2.根据权利要求1所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于还包括设置于测量地井（11）内的接线盒（12）和设置于桩体（1）内的绝缘接线板（13），测量主控制板（3）与绝缘接线板（13）电连接，绝缘接线板（13）与接线盒（12）电连接，接线盒（12）分别与参比电极（6）、极化试片（7）、自腐蚀试片（8）电连接。

3.根据权利要求1所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于电池单元（4）为可充电锂电池，桩体（1）的顶部设置从地面露出的桩盖（9），桩盖（9）下端设置太阳能板（10）。

4.根据权利要求3所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于电池单元（4）包括锂电池组（400）、太阳能充电单元（401）和电源调理单元（402）。

5.根据权利要求1所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于桩体（1）内设置通讯天线（18）。

6.根据权利要求1-5中任一所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于桩体（1）为地井式玻璃钢桩体。

7.根据权利要求1-5中任一所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于桩盖（9）为钢化玻璃桩盖。

8.根据权利要求1-5中任一所述的基于城镇燃气管道阴极保护的AI智能监测与调控设备，其特征在于通讯单元（2）为4G通讯单元。

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