CN214948282U - 一种复杂管网泄漏检测及定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及管网泄漏检测及定位技术领域，特别涉及一种复杂管网泄漏检测及定位系统，包括数据采集模块、控制器模块和上位机模块；所述数据采集模块安装于复杂管网中，用于采集所述复杂管网的运行数据；所述控制器模块与所述数据采集模块、所述上位机模块电连接，用于获取所述数据采集模块采集的复杂管网的运行数据并传送至上位机模块；所述上位机模块用于根据所述控制器模块上传的复杂管网的运行数据进行复杂管网的泄漏定位和泄漏预警。实现对复杂管网中数据的采集、初步处理和进一步处理，进而实现对复杂管网进行泄漏预警和泄漏定位，大大提高了管网泄漏检测及定位效率，节约了大量人力。

Description

一种复杂管网泄漏检测及定位系统

技术领域

本实用新型涉及管网泄漏检测及定位技术领域，特别涉及一种复杂管网泄漏检测及定位系统。

背景技术

众所周知，由于管道所处的环境、敷设方式、施工方法和管理不善等原因，管网泄漏故障频发，造成大量的资源流失和能源浪费，影响供能质量，造成不必要的经济损失。现有的泄漏检测与定位技术主要是针对单一长直管道，出现泄漏时主要依靠人工进行检测及定位。这种方法在多环、多水源、多出流口的复杂管网的泄漏定位应用中具有一定的局限性，主要在于复杂管网中管路复杂多变，且不具有一致性，进而使得传统的泄漏检测及定位方法在应用时需要耗费较大的人力，不能远程操作，不便于迅速及时地发现泄漏问题，检测及定位效率较低。

中国专利CN102865459A公开了一种供热管网泄漏定位系统及定位方法，但是该方法中只能定位到相邻两个用水点之间管道，而无法具体到准确的泄漏点，还需要后续人工排查，因此应用范围较小。

因此，针对以上不足，本实用新型急需提供一种复杂管网泄漏检测及定位系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种复杂管网泄漏检测及定位系统，以解决现有技术中依靠人工进行复杂管网泄漏定位效率低且难度大的问题。

本实用新型提供的复杂管网泄漏检测及定位系统，包括数据采集模块、控制器模块和上位机模块；所述数据采集模块安装于复杂管网中，用于采集所述复杂管网的运行数据；所述控制器模块与所述数据采集模块、所述上位机模块电连接，用于获取所述数据采集模块采集的复杂管网的运行数据并传送至上位机模块；所述上位机模块用于根据所述控制器模块上传的复杂管网的运行数据进行复杂管网的泄漏定位和泄漏预警。

如上所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，进一步优选为，所述数据采集模块的数量包括压力传感器、流量传感器和数据采集板卡；所述压力传感器和所述流量传感器配套设置于复杂管网的管道连接处；所述数据采集板卡的数量为多个，且每个所述数据采集板卡均连接于所述控制器模块与多套所述压力传感器、流量传感器之间。

如上所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，进一步优选为，所述上位机模块包括：数据缓存模块，用于缓存控制器模块上传的复杂管网的运行数据；数据过滤模块，用于过滤数据缓存模块存储的复杂管网的运行数据，并将过滤后的复杂管网的运行数据传输至数据分析模块；数据分析模块，用于分析数据过滤模块处理后的复杂管网的运行数据，得到分析结果，并根据分析结果判断复杂管网是否发生泄漏；泄漏定位模块，用于在复杂管网发生泄漏时基于深度信念网络定位模型和复杂管网的运行数据定位复杂管网中的泄漏位置。

如上所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，进一步优选为，所述上位机模块还包括：报警模块，用于在所述数据分析模块判定复杂管网发生泄漏时发出警报；显示模块，用于显示所述泄漏定位模块得到的复杂管网泄漏位置。

如上所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，进一步优选为，所述控制器模块与所述上位机模块之间通过NB-IoT无线通信进行数据传输。

如上所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，进一步优选为，所述控制器模块为cRIO-9063控制器，所述cRIO-9063控制器的机箱中包括XinLinxZynq-7000处理器和XC7Z020处理器。

如上所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，进一步优选为，所述数据采集板卡为NI 9205数据采集板卡。

如上所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，进一步优选为，所述上位机模块为基于LabVIEW的上位机模块。

如上所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，进一步优选为，所述复杂管网的管道连接处设有阀门和阀门井。

如上所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，进一步优选为，还包括移动设备，所述移动设备与所述上位机模块无线连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下的优点：

本实用新型的复杂管网泄漏检测及定位系统通过设置数据采集模块、控制器模块和上位机模块，实现对复杂管网中数据的采集、初步处理和进一步处理，进而实现对复杂管网进行泄漏预警和泄漏定位，且通过压力传感器、流量传感器和数据采集板卡，使得采集的数据灵敏度高、可靠性强，大大提高了管网泄漏检测及定位效率，节约了大量人力。

本实用新型通过对上位机模块和控制器模块的设置，使得本系统具有支持断点续传、缓存30分钟数据、查看实时数据、支持历史数据保存等功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型中杂管网泄漏检测及定位系统的模块连接示意图；

图2为本实用新型中数据采集板卡的示意图；

图3为本实用新型中cRIO-9063控制器的面板示意图；

图4为本实用新型中控制器模块的FPGA程序运行流程图；

图5为本实用新型中泄漏检测及定位原理示意图。

具体实施方式

如图1-5所示，本实施例所公开的复杂管网泄漏检测及定位系统，包括数据采集模块、控制器模块和上位机模块；所述数据采集模块安装于复杂管网中，用于采集所述复杂管网的运行数据；所述控制器模块与所述数据采集模块、所述上位机模块电连接，用于获取所述数据采集模块采集的复杂管网的运行数据并传送至上位机模块；所述上位机模块用于根据所述控制器模块上传的复杂管网的运行数据进行复杂管网的泄漏定位和泄漏预警。

进一步的，所述上位机模块为基于LabVIEW的上位机模块。

上述系统的定位原理如图1所示，LabVIEW上位机模块将设置的网络配置参数以及设置的采样信息传输至控制器模块，控制器模块接收到上位机模块的指令，将设置参数部署至RT(实时处理器)和FPGA(现场可编程门阵列)。上位机模块发送采集信号指令，控制器模块读取到指令之后，与之相连的数据采集模块实时采集复杂管网的运行数据，再经控制器模块传输给上位机模块，上位机模块对传输的复杂管网的运行数据进行泄漏定位和泄漏预警处理。

具体的，所述数据采集模块的数量包括压力传感器、流量传感器和数据采集板卡；所述压力传感器和所述流量传感器配套设置于复杂管网的管道连接处；所述数据采集板卡的数量为多个，且每个所述数据采集板卡均连接于所述控制器模块与多套所述压力传感器、流量传感器之间。

其中，压力传感器用于采集复杂管网压力数据，流量传感器用于采集复杂管网流量数据，通过压力传感器和流量传感器的综合使用，大大提高了泄漏检测的准确度，即使在漏点较小时也可实现准确地检测出漏点，提高了检测灵敏度。压力传感器和流量传感器均为高度封装装置，只需直接安装于管道中，安装方便，操作简单。优选的，本实施例中压力传感器的型号为RC9201，其量程为0～4MPa，准确度等级为0.5％FS，供电电压为24V，输出信号为4～20mA的电流信号。本实施例中，流量传感器的型号为BSK-LDE-LL4.0E1I1T1-900，其管径为DN900，量程为229-34350m³/h，准确度等级为0.5％，连接方式为法兰连接，显示器显示瞬时流量及累计流量等。

数据采集板卡则用于采集多套压力传感器、流量传感器的数据并将其传递至控制器模块，以降低复杂管网中因管道众多而引起的线路繁杂的问题。具体的，如图2所示，数据采集板卡选用NI 9205，该板卡可以对模拟电压信号进行采集，可以设置32路单端或者16路差分模拟输入，其分辨率为16位，总采样率最高可达250KS/s，可以选择弹簧端子或者D-Sub连接，电压采集范围为±200mV、±1V、±5V和±10V可编程输入范围，该模块可以实现热插拔操作，提供±30V的过压保护和隔离，能够在-40℃到70℃的范围内稳定工作。

进一步的，本实施例中的控制器模块选用CompactRIO控制器，温度范围在-22℃到55℃内，湿度范围在10％RH-90％RH时均可正常工作，能够适应各种艰苦的测量环境，可以实现高速控制或信号处理、硬件算法加速、硬件可靠任务或独特定时和触发的应用等。本实验例选择了四槽的cRIO-9063作为控制器，在其基础上进行开发和研究。

如图3所示，cRIO-9063控制器在单个机箱中包括了XinLinxZynq-7000和XC7Z020两个处理器、1个FPGA和4个插槽。在该控制器包括：用于显示cRIO运行状态的LED灯；用于连接扩展机箱等其他设备的USB设备端口；用于数据传输等的RS-232串口；用于通讯和数据传输等的RI-45以太网口；可以连接外接大容量存储设备诸如U盘、固态硬盘等的USB主机端口；用于连接电源的电源连接器，可以对设备进行重启的重置按钮。

如图4所示，控制器模块的FPGA程序运行流程为：RT端向FPGA端写入采样间隔，当未开始采集时，程序一直处于等待状态主要在第一帧运行同时将9205-stop的值设置为False；当开始采集时，RT端会改变9205-start的值并将其传入FPGA端，第一帧中的While循环运行结束，进入第二帧，开始采集数据。进入第二帧以后，首先等待一个采样间隔，然后采集一次数据，并将数据存入FIFO，之后计算出实际的采样间隔，并将其传递到RT端。采集数据过程中，程序一直在第二帧中的While循环中循环运行，直至FPGA收到结束采样的信号，即9205-stop的值变为True，此时结束第二帧的运行并停止程序。

所述上位机模块为基于LabVIEW的上位机模块，包括：

数据缓存模块，用于缓存控制器模块上传的复杂管网的运行数据；

数据过滤模块，用于过滤数据缓存模块存储的复杂管网的运行数据，并将过滤后的数据传输至数据分析模块；

数据分析模块，用于分析数据过滤模块处理后的复杂管网的运行数据，得到分析结果，并根据分析结果判断复杂管网是否发生泄漏；

泄漏定位模块，用于在复杂管网发生泄漏时基于深度信念网络定位模型和复杂管网的运行数据定位复杂管网中的泄漏位置。

进一步的，所述上位机模块还包括：

报警模块，用于在所述数据分析模块判定复杂管网发生泄漏时发出警报；

显示模块，用于显示所述泄漏定位模块得到的复杂管网泄漏位置。

具体的，所述数据分析模块中泄漏分析及判断的原理为：对复杂管网的运行数据中的压力数据信号进行小波降噪、短时傅里叶变换、x轴和y轴对数变换后，得出压力信号时频域特征，若特征满足管网泄漏时整体的相位向后偏移、峰值变大、波动程度减小、线条高度上升等四个特征中的三个以上，则判断复杂管网发生了管网泄漏。

泄漏定位模块中存储有基于复杂管网建立的深度信念网络定位模型，一旦从数据分析模块获知复杂管网发生管网泄漏，则获取泄漏时压力传感器和流量传感器的数据并输入到基于复杂管网建立的深度信念网络定位模型，得到管网泄漏的具体位置。

报警模块和显示模块则用于发出预警信息并显示管网泄漏位置，进而及时准确地将泄漏管道位置在地图中相应位置显示并显示报警信息，从而便于用户及时定位漏点位置并及时处理，例如用户在收到报警信息后，就可以及时填写工单并发送给施工人员，使得施工人员及时进行漏点确认及开挖修复。

本实施例中LabVIEW上位机模块包括移动终端，移动终端可以是手机设备，以便于移动和随时随地监控管道的状态，便于管理。

进一步的，本实施例中的LabVIEW上位机模块和控制器模块之间的无线通信连接采用NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，窄带物联网)无线通信，无需人工巡检，可实现数据的高效传输。

进一步的，所述复杂管网泄漏检测及定位系统还包括移动设备，所述移动设备与所述上位机模块无线连接。所述移动设备用于远程接收泄漏预警和泄漏定位位置信号。

具体的，本实用新型还公开了上述复杂管网泄漏检测及定位系统的使用方法：

首先按照如上所述的连接方法构建复杂管网泄漏检测及定位系统，并连上电源通电。实际使用时，数据控制模块给所述数据采集模块发送数据采集指令，并指定数据采集频率；数据采集模块中的压力传感器、流量传感器采集管道连接处的压力值和流量值，多个所述压力传感器、流量传感器采集的数据上传至数据采集板卡，多个所述数据采集板卡将数据上传至数据控制模块和上位机模块，上位机模块根据采集的压力值和流量值带入复杂管网泄漏模型进行泄漏定位与计算，并在泄漏时定位泄漏位置并通过报警模块发出泄漏警报和通过显示模块给出泄漏位置。

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 (10)

1.一种复杂管网泄漏检测及定位系统，其特征在于，包括数据采集模块、控制器模块和上位机模块；所述数据采集模块安装于复杂管网中，用于采集所述复杂管网的运行数据；所述控制器模块与所述数据采集模块、所述上位机模块电连接，用于获取所述数据采集模块采集的复杂管网的运行数据并传送至上位机模块；所述上位机模块用于根据所述控制器模块上传的复杂管网的运行数据进行复杂管网的泄漏定位和泄漏预警。

2.根据权利要求1所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述数据采集模块的数量包括压力传感器、流量传感器和数据采集板卡；所述压力传感器和所述流量传感器配套设置于复杂管网的管道连接处；所述数据采集板卡的数量为多个，且每个所述数据采集板卡均连接于所述控制器模块与多套所述压力传感器、流量传感器之间。

3.根据权利要求2所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述上位机模块包括：

数据缓存模块，用于缓存控制器模块上传的复杂管网的运行数据；

数据过滤模块，用于过滤数据缓存模块存储的复杂管网的运行数据，并将过滤后的复杂管网的运行数据传输至数据分析模块；

数据分析模块，用于分析数据过滤模块处理后的复杂管网的运行数据，得到分析结果，并根据分析结果判断复杂管网是否发生泄漏；

泄漏定位模块，用于在复杂管网发生泄漏时基于深度信念网络定位模型和复杂管网的运行数据定位复杂管网中的泄漏位置。

4.根据权利要求3所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述上位机模块还包括：

报警模块，用于在所述数据分析模块判定复杂管网发生泄漏时发出警报；

显示模块，用于显示所述泄漏定位模块得到的复杂管网泄漏位置。

5.根据权利要求4所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述控制器模块与所述上位机模块之间通过NB-IoT无线通信进行数据传输。

6.根据权利要求5所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述控制器模块为cRIO-9063控制器，所述cRIO-9063控制器的机箱中包括XinLinxZynq-7000处理器和XC7Z020处理器。

7.根据权利要求6所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述数据采集板卡为NI 9205数据采集板卡。

8.根据权利要求7所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述上位机模块为基于LabVIEW的上位机模块。

9.根据权利要求8所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，其特征在于，所述复杂管网的管道连接处设有阀门和阀门井。

10.根据权利要求8所述的复杂管网泄漏检测及定位系统，其特征在于，还包括移动设备，所述移动设备与所述上位机模块无线连接。

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