CN216700211U - 一种本质安全型燃气监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种本质安全型燃气监测系统，包括设于危险区域的现场本安仪表、设于安全区域的安全栅装置，以及与所述安全栅装置电连接的数据采集装置；所述安全栅装置包括与所述数据采集装置的通讯接口电连接的第一隔离栅模块、与所述数据采集装置的数字量输入接口电连接的第二隔离栅模块、与所述数据采集装置的数字量输出接口电连接的第三隔离栅模块、与所述数据采集装置的模拟量输入接口电连接的第四隔离栅模块。本实用新型能够对设于危险区域的现场本安仪表及设于安全区域的安全栅装置进行安全隔离，提高了对燃气监测的安全性及可靠性，满足了实际应用需求。

Description

一种本质安全型燃气监测系统

技术领域

本实用新型涉及燃气智能化监控技术领域，特别是涉及一种本质安全型燃气监测系统。

背景技术

随着上游输配管道长度的不断增加和下游用气需求量的持续攀升，我国的城市燃气行业规模不断扩大。城市燃气是城市能源结构和城市基础设施的重要组成部分，它为城市工业、商业和居民生活提供优质气体燃料，它的发展在城市现代化中起着极其重要的作用。提高城市燃气化水平，对于提高城市居民的生活质量、改善城市环境、提高能源利用率，具有十分重要的意义。

为实现燃气智能化监控和管理，就必须在燃气生产现场或燃气管道(危险区)安装传感器、仪表等本质安全型的仪器仪表，控制室的控制器或数据采集装置(一般在安全区)采集燃气现场的运行数据，实现对现场的监测与控制。然而，由于危险区域与安全区域的直接关联，当处于危险区域的电路或仪器出现故障时，可能产生高电压和大电流，容易导致处于安全区内的控制器或数据采集装置损坏，从而极大的影响了燃气监测系统的安全性。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够提高燃气监测的安全性及可靠性的本质安全型燃气监测系统。

一种本质安全型燃气监测系统，包括设于危险区域的现场本安仪表、设于安全区域的安全栅装置，以及与所述安全栅装置电连接的数据采集装置；所述安全栅装置包括与所述数据采集装置的通讯接口电连接的第一隔离栅模块、与所述数据采集装置的数字量输入接口电连接的第二隔离栅模块、与所述数据采集装置的数字量输出接口电连接的第三隔离栅模块、与所述数据采集装置的模拟量输入接口电连接的第四隔离栅模块。

另外，根据本实用新型提供的本质安全型燃气监测系统，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述第一隔离栅模块包括信号隔离单元及电源隔离单元。

进一步地，所述电源隔离单元包括依次连接的第一保险丝、第一稳压结构及第一限流电阻；其中，所述第一稳压结构包括三个相并联的第一稳压管。

进一步地，所述信号隔离单元包括相并联的第一隔离电路及第二隔离电路；所述第一隔离电路包括依次连接的第二保险丝、第二稳压结构及第二限流电阻，所述第二隔离电路包括依次连接的第三保险丝、第三稳压结构及第三限流电阻；其中，所述第二稳压结构包括三个相并联的第二稳压管，所述第三稳压结构包括三个相并联的第三稳压管。

进一步地，所述第二隔离栅模块包括依次连接的第四保险丝、第四稳压结构及第四限流电阻；其中，所述第四稳压结构包括三个相并联的第四稳压管。

进一步地，所述第三隔离栅模块包括依次连接的第五保险丝、第五稳压结构及第五限流电阻；其中，所述第五稳压结构包括三个相并联的第五稳压管。

进一步地，所述第四隔离栅模块包括依次连接的第六保险丝、第六稳压结构及第六限流电阻；其中，所述第六稳压结构包括三个相并联的第六稳压管。

进一步地，所述系统还包括与所述数据采集装置电连接看门狗电路。

进一步地，所述系统还包括设于所述现场本安仪表与数据采集装置之间的半双工收发器，所述半双工收发器的输入端与所述现场本安仪表的输出端电连接，所述半双工收发器的输出端与所述数据采集装置的输入端电连接。

进一步地，所述安全栅装置中各隔离栅模块的输入与输出接线端子之间采用环氧树脂进行隔离，且外部导线连接后的接线端子之间，导线裸露带电部分之间的电气间隙不该小于7mm，导线裸露带电部分与接地金属导体之间的电气间隙不小于4mm。

根据本实用新型提出的本质安全型燃气监测系统，包括设于危险区域的现场本安仪表、设于安全区域的安全栅装置，以及与所述安全栅装置电连接的数据采集装置；所述安全栅装置包括与所述数据采集装置的通讯接口电连接的第一隔离栅模块、与所述数据采集装置的数字量输入接口电连接的第二隔离栅模块、与所述数据采集装置的数字量输出接口电连接的第三隔离栅模块、与所述数据采集装置的模拟量输入接口电连接的第四隔离栅模块。本实用新型能够对设于危险区域的现场本安仪表及设于安全区域的安全栅装置进行安全隔离，提高了对燃气监测的安全性及可靠性，满足了实际应用需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例中一种本质安全型燃气监测系统的结构示意图；

图2为图1中数据采集装置中控制器的的结构示意图；

图3为第一隔离栅模块中电源隔离单元的电路图；

图4为第一隔离栅模块中信号隔离单元的电路图；

图5为安全栅装置中第二隔离栅模块的电路图；

图6为安全栅装置中第三隔离栅模块的电路图；

图7为安全栅装置中第四隔离栅模块的电路图；

图8为安全栅装置与数据采集装置的接口示意图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图8所示，一种本质安全型燃气监测系统，包括设于危险区域的现场本安仪表、设于安全区域的安全栅装置，以及与所述安全栅装置电连接的数据采集装置。其中，所述现场本安仪表通过本安电缆与所述安全栅装置电连接，所述现场本安仪表用于对危险区域的燃气信息进行检测。

进一步地，所述数据采集装置包括设于机箱内的控制器，以及向所述控制器供电的电源。其中，所述机箱包括箱体及设于所述箱体上的耳扣。可以理解的通过所述耳扣的设计，以便于所述机箱的挂式安装。

其中，所述电源采用19Ah锂电池，电压为3.6V，直径34mm，长61.5mm的圆柱形，且其通过限流电阻、熔断器与电池浇封在一起，确保安全。

所述控制器包括MCU，以及与所述MCU电连接的数字量输入DI接口、数字量输出DO接口、模拟量输入AI接口、RS485 通信接口、NB-IOT无线通信模块等。其中，所述控制器作为数据采集装置的的核心单元，其电路板的尺寸为130mm*81mm；由于所述MCU采用电池供电，因此选择低功耗的MSP430F149IPM作为MCU。MSP430F149IPM是TI公司设计生产的超低功耗的16 位单片机，具有低电压、超低功耗、快速苏醒的特点，原理图如图2。

其中，所述MCU的UTXD0、URXDO管脚连接NB-IOT无线通信模块。发送数据时，从MSP430F149的UTXD0端口发出，接收数据时，从MSP430F149的URXD0接收。

进一步地，所述现场本安仪表与数据采集装置之间设有一半双工收发器，所述半双工收发器的输入端与所述现场本安仪表的输出端电连接，所述半双工收发器的输出端与所述数据采集装置的输入端电连接。其中，所述半双工收发器采用RS485收发器，型号为SCM3402ASI；所述现场本安仪表为RS485仪表。

发送数据时，信号从MSP430F149的UTXD1端口发出，输入 SCM3402ASI的RO端口，由TTL转换为485电平后，从A和B 两端口输出压差信号，分别与RS485仪表的AB端口连接；接收数据时，从AB间接收到的信号，连接到SCM3402ASI的AB端口。从RS485电平转换为TTL电平，然后从DI端口产生信号输出至 MSP430F149的URXD1端口。SCM3402ASI位金升阳生产的3.3V供电的低功耗半双工RS485收发器，包括一个驱动器和一个接收器，两者均可独立使能与关闭，当两者均禁用时，驱动器与接收器均输出高阻态，方便实现控制。

进一步地，所述系统还包括与所述数据采集装置30电连接看门狗电路。看门狗芯片选择TPL5010，它是毫微定时器是一款具有看门狗功能的低功耗定时器，非常适合电池供电应用中的系统唤醒。TPL5010的电流消耗仅为35nA，可替代集成的微控制器定时器执行相应功能，从而使微控制器处于较低功耗模式下。这一节能特性可以明显缩小电池尺寸。TPL5010提供100ms至 7200s的可选时间间隔，TPL5010不仅实现了看门狗功能，而且几乎没有增加功耗。TPL5010采用6引脚小外形尺寸晶体管 (SOT23)封装。看门狗芯片的RST输出连接MCU的复位脚RST，当看门监测到MCU有故障或死机现象时，RST脚输出电平使MCU 复位。NONE和WAKE是看门狗的控制脚。

进一步地，所述安全栅装置包括与所述数据采集装置的通讯接口电连接的第一隔离栅模块、与所述数据采集装置的数字量输入接口电连接的第二隔离栅模块、与所述据采集装置的数字量输出接口电连接的第三隔离栅模块、与所述据采集装置的模拟量输入接口电连接的第四隔离栅模块。

请参阅图3至图4，所述第一隔离栅模块包括信号隔离单元及电源隔离单元。所述电源隔离单元包括依次连接的第一保险丝、第一稳压结构及第一限流电阻；其中，所述第一稳压结构包括三个相并联的第一稳压管。所述信号隔离单元包括相并联的第一隔离电路及第二隔离电路；所述第一隔离电路包括依次连接的第二保险丝、第二稳压结构及第二限流电阻，所述第二隔离电路包括依次连接的第三保险丝、第三稳压结构及第三限流电阻。所述第二稳压结构包括三个相并联的第二稳压管，所述第三稳压结构包括三个相并联的第三稳压管。可以理解的，通过电源隔离单元的设置，以实现直流电源输入---直流电源输出隔离栅的功能，接收来自安全区的直流电源输入，隔离传输到危险区直流电源输出。通过所述信号隔离单元的设置，以实现RS485信号输入---RS485 信号输出隔离栅的功能，接收来自危险区的RS485信号输入，隔离传输到安全侧RS485信号输出。

请参阅图5，所述第二隔离栅模块包括依次连接的第四保险丝、第四稳压结构及第四限流电阻；其中，所述第四稳压结构包括三个相并联的第四稳压管。可以理解的，通过所述第二隔离栅模块的设置，以实现数字量输入信号的输入---数字量输入信号的输出隔离栅的功能，接收来自危险区的数字量输入信号的输入，隔离传输到安全区数字量输入信号的输出。

请参阅图6，所述第三隔离栅模块包括依次连接的第五保险丝、第五稳压结构及第五限流电阻；其中，所述第五稳压结构包括三个相并联的第五稳压管。可以理解的，通过所述第三隔离栅模块的设置，以实现数字量输出信号的输入---数字量输出信号的输出隔离栅的功能，接收来自危险区的数字量输出信号的输入，隔离传输到安全区数字量输出信号的输出。

请参阅图7，所述第四隔离栅模块包括依次连接的第六保险丝、第六稳压结构及第六限流电阻；其中，所述第六稳压结构包括三个相并联的第六稳压管。可以理解的，通过所述第四隔离栅模块24的设置，以实现模拟量输入信号的输入---模拟量输入信号的输出隔离栅的功能，接收来自危险区的模拟量输入信号的输入，隔离传输到安全区模拟量输入信号的输出。

进一步地，所述安全栅装置中各隔离栅模块的输入与输出接线端子之间采用环氧树脂进行隔离，且外部导线连接后的接线端子之间，导线裸露带电部分之间的电气间隙不该小于7mm，导线裸露带电部分与接地金属导体之间的电气间隙不小于4mm。

可以理解的，所述安全栅装置中各隔离栅电路的作用为安装于隔离场所，接收来自危险区的信号，输出隔离信号到隔离区或危险区。由于隔离栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口，因此无论控制室设备处于正常或故障状态，隔离栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本质隔离的。

本实用新型提出的本质安全型燃气监测系统，包括设于危险区域的现场本安仪表、设于安全区域的安全栅装置，以及与所述安全栅装置电连接的数据采集装置；所述安全栅装置包括与所述数据采集装置的通讯接口电连接的第一隔离栅模块、与所述数据采集装置的数字量输入接口电连接的第二隔离栅模块、与所述据采集装置的数字量输出接口电连接的第三隔离栅模块、与所述据采集装置的模拟量输入接口电连接的第四隔离栅模块。本实用新型能够对设于危险区域的现场本安仪表及设于安全区域的安全栅装置进行安全隔离，提高了对燃气监测的安全性及可靠性，满足了实际应用需求。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种本质安全型燃气监测系统，其特征在于，包括设于危险区域的现场本安仪表、设于安全区域的安全栅装置，以及与所述安全栅装置电连接的数据采集装置；所述安全栅装置包括与所述数据采集装置的通讯接口电连接的第一隔离栅模块、与所述数据采集装置的数字量输入接口电连接的第二隔离栅模块、与所述数据采集装置的数字量输出接口电连接的第三隔离栅模块、与所述数据采集装置的模拟量输入接口电连接的第四隔离栅模块。

2.根据权利要求1所述的本质安全型燃气监测系统，其特征在于，所述第一隔离栅模块包括信号隔离单元及电源隔离单元。

3.根据权利要求2所述的本质安全型燃气监测系统，其特征在于，所述电源隔离单元包括依次连接的第一保险丝、第一稳压结构及第一限流电阻；其中，所述第一稳压结构包括三个相并联的第一稳压管。

4.根据权利要求2所述的本质安全型燃气监测系统，其特征在于，所述信号隔离单元包括相并联的第一隔离电路及第二隔离电路；所述第一隔离电路包括依次连接的第二保险丝、第二稳压结构及第二限流电阻，所述第二隔离电路包括依次连接的第三保险丝、第三稳压结构及第三限流电阻；其中，所述第二稳压结构包括三个相并联的第二稳压管，所述第三稳压结构包括三个相并联的第三稳压管。

5.根据权利要求1所述的本质安全型燃气监测系统，其特征在于，所述第二隔离栅模块包括依次连接的第四保险丝、第四稳压结构及第四限流电阻；其中，所述第四稳压结构包括三个相并联的第四稳压管。

6.根据权利要求1所述的本质安全型燃气监测系统，其特征在于，所述第三隔离栅模块包括依次连接的第五保险丝、第五稳压结构及第五限流电阻；其中，所述第五稳压结构包括三个相并联的第五稳压管。

7.根据权利要求1所述的本质安全型燃气监测系统，其特征在于，所述第四隔离栅模块包括依次连接的第六保险丝、第六稳压结构及第六限流电阻；其中，所述第六稳压结构包括三个相并联的第六稳压管。

8.根据权利要求1所述的本质安全型燃气监测系统，其特征在于，所述系统还包括与所述数据采集装置电连接看门狗电路。

9.根据权利要求1所述的本质安全型燃气监测系统，其特征在于，所述系统还包括设于所述现场本安仪表与数据采集装置之间的半双工收发器，所述半双工收发器的输入端与所述现场本安仪表的输出端电连接，所述半双工收发器的输出端与所述数据采集装置的输入端电连接。

10.根据权利要求1所述的本质安全型燃气监测系统，其特征在于，所述安全栅装置中各隔离栅模块的输入与输出接线端子之间采用环氧树脂进行隔离，且外部导线连接后的接线端子之间，导线裸露带电部分之间的电气间隙不该小于7mm，导线裸露带电部分与接地金属导体之间的电气间隙不小于4mm。

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