CN218645707U - 一种地下管廊送排风装置以及智能环境监测系统 - Google Patents

Abstract

一种地下管廊送排风装置以及智能环境监测系统，该装置在两条地下管廊的两端的侧墙开洞并向外侧砌筑地下风道、向上方砌筑竖向风道，在其上方设风厅并加装SWF1‑9型送风机对地下风道持续送风；在每个地下管廊转角处设置GXF‑I‑8型单向射流通风机进行二次加压。通过监控终端时时监控地下管廊环境参数，确保地下管廊内部环境安全进而以保障管道表面干燥不易生锈腐蚀老化延长管道使用寿命，确保设置在地下管廊中的消防、空调供冷、热设备安全运行，同时确保工作人员现场检修的人身安全。

Description

一种地下管廊送排风装置以及智能环境监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测及其排风系统，尤其是涉及一种地下管廊送排风装置以及智能环境监测系统。

背景技术

国网未来城办公区设有地下消防管廊全长约290米、地下热力管廊全长约650米，于2013年建成投入使用。自2019年开始陆续发现管廊内管道设施因内部环境阴暗潮湿出现不同程度生锈、腐蚀、漏渗水情况，存在较大安全隐患。目前解决渗漏水方法主要是采取加大定期巡查力度、对问题部位管道进行临时堵漏、局部管道更换、除锈刷漆的方式来维护管道安全运行。由于管廊内部环境阴暗潮湿，易发生惰性气体聚集，不利于人员进入检修巡查。例行巡查维护需花费两小时临时架设加压送风设备，需要额外投人力、物力和时间。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明公开一种地下管廊送排风装置，其技术方案如下：

一种地下管廊送排风装置，其特征为：在两条地下管廊的两端的侧墙开洞并向外侧砌筑地下风道、向上方砌筑竖向风道，在其上方设风厅并加装SWF1-9型送风机对地下风道持续送风；在每个地下管廊转角处设置GXF-I-8型单向射流通风机进行二次加压。

优选为：送风机SWF1-9参数如下：风量：47488m³、风压：1110pa、功率：18.5kW、转速：1450rpm；所述单向射流通风机GXF-I-8参数如下：风量：34950m³/h、风压：790pa、功率：11kW、转速：1450rpm。

本发明还公开一种地下管廊智能环境监测系统,该监测系统设置在两条地下管廊不同位置；包括管廊环境参数信息的采集处理部分，环境参数信息远程传输部分，上位机监测管理PC端和移动端部分以及前述的地下管廊送排风装置；其特征为：所述采集处理部分采集管廊的参数信息经过控制器MCU数据处理后通过窄带物联网NB-IoT通信模块传输到环境参数信息远程传输部分的基站；所述基站通过云平台端口将采集数据上传到上位机监测管理PC端和移动端部分；所述控制器MCU控制所述地下管廊送排风装置的运转。

优选为：所述环境参数信息包括温湿度、烟雾、甲烷、一氧化碳、硫化氢参数。

优选为：温湿度的信号采集选用AM2305A温湿度传感器芯片，该AM2305A温湿度传感器芯片的SDA管脚设置上拉电阻后与控制器MCU模块单片机的I/O端口相连。

优选为：烟雾信号采集选用型号为MQ-2型烟雾传感器，该传感器输出端串联一个参考电阻，再经过一个同相比例放大电路后即可发送给控制器MCU模块中的ADC采集模块实现模数转换。

优选为：所述NB-IoT通信模块选择NB73型号芯片，该NB73型号芯片的SIM_CLK管脚、SIM_DAT管脚、SIM_RST管脚分别与SIM卡管脚对应连接。

有益效果

通过监控终端时时监控地下管廊环境参数，确保地下管廊内部环境安全进而以保障管道表面干燥不易生锈腐蚀老化延长管道使用寿命，确保设置在地下管廊中的消防、空调供冷、热设备安全运行，同时确保工作人员现场检修的人身安全。

附图说明

图1为地下管廊智能环境监测系统总体结构图；

图2为地下管廊智能环境监测系统硬件结构示意图；

图3为地下管廊智能环境监测系统温湿度传感器与微处理器电路原理图；

图4为烟雾传感器输出运算放大电路原理图；

图5为甲烷监测电路原理图；

图6为一氧化碳信号采集处理电路原理图；

图7为硫化氢信号采集处理电路原理图；

图8为NB-IoT模块与SIM卡接口电路原理图；

图9为地下管廊送排风装置结构示意图；

其中：1-5为单向射流通风机：GXF-I-8。

具体实施方式

一种地下管廊智送排风装置，其特征为：在两条管廊的两端进行地面开挖、将地下管廊侧墙开洞向外侧砌筑地下风道、向上方砌筑竖向风道、其上方设风厅加装SWF1-9型送风机对地下风道持续送风；在每个地下管廊转角处设置GXF-I-8型单向射流通风机进行二次加压。其中，热力管道井通风风机设备表：

送风机：SWF1-91台

风量：47488m³

风压：1110pa

功率：18.5kW

转速：1450rpm

单向射流通风机：GXF-I-85台

风量：34950m³/h

风压：790pa

功率：11kW

转速：1450rpm。

本发明还公开一种地下管廊智能环境监测系统,该监测系统设置在地下管廊不同的位置；包括管廊环境参数信息的采集处理部分，环境参数信息远程传输部分，上位机监测管理PC端和移动端部分；所述采集处理部分采集管廊的参数信息经过控制器MCU数据处理后通过无线通信技术窄带物联网传输到环境参数信息远程传输部分的基站；所述基站通过云平台端口将采集数据上传到上位机监测管理PC端和移动端部分。所述环境参数信息包括温湿度、烟雾、氧气、甲烷、硫化氢参数。

我们对管廊环境参数信息的采集处理部分进行说明。该部分包括采集节点、控制器MCU模块、电源模块、执行器；该采集节点包括各类数据参数采集传感器：温湿度传感器：选用型号为AM2305A,其已将温湿度传感器、信号处理、转换等集成于一芯片，具有良好的长期稳定性。AM2305A温湿度传感器既能够测量-40-125℃范围内的温度，其测量温度的精度是±0.2℃，分辨率是0.1℃，也能测量0-100％RH范围内的湿度,其测量湿度的精度是±2％RH，分辨率是0.1％RH，该传感器测量温度与湿度的测量范围满足了测量的需求。AM2305A温湿度传感器的数据格式采用的是单总线的方式，要想实现与微处理器的通讯，仅仅只要接地线、电源线和一根数据线。单总线通信方式直接输出的是湿度、温度及校验CRC等数字信息，这些数字信息都是经过温度补偿后的，所以无需对输出的信息再进行处理，而且也不用通过对湿度值进行温度补偿，就可以获取精确的温湿度值。控制器MCU模块与AM2305A的接口电路如图3所示，SDA上拉然后与控制器MCU模块单片机的I/O端口相连。烟雾传感器：选用型号为MQ-2型烟雾传感器，通过该型号采集的烟雾信号一般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大、滤波、电平调整，满足单片机对输入信号的要求，参见附图4所示，采用的烟雾传感器属于电阻型，因此只需串联一个参考电阻，再经过一个同相比例放大电路即可发送给ADC采集模块中实现模数转换。甲烷传感器：选用型号为郑州炜盛电子的MJC4/2.8J催化燃烧式气体传感器作为监测甲烷浓度的敏感元件，它的工作电压为2.8V，工作电流为90mA，具有低功耗、响应速度快、抗H2S中毒等特点。甲烷检测电路如图5所示，Ra为催化传感元件，Rb为补偿元件。在新鲜空气(无甲烷)中，Ra＝Rb，调整Rp使电桥平衡，输出端电压＝0；在有甲烷的环境中，Ra表面发生无焰催化燃烧引起温度上升，其阻值便随之增加，而Rb阻值不变，从而电桥失去平衡，输出端电压U>0。输出端电压U经放大电路调整为单片机能够检测到的标准信号后，送入单片机的输入输出管脚。当在甲烷浓度为0～4％的环境中进行检测时，甲烷检测电路输出电压非常小(mV级)，所以必须经过放大电路对该微小的电压信号进行放大，才能被单片机采样到，用运算放大器OP27作为信号的放大器。一氧化碳传感器：选用英国city公司的三电极元件4CM，4CM的典型灵敏度为65nA/ppm，响应时间不大于30s，标称最大测量量程为2000ppm。当一氧化碳扩散到传感器总，通过一层薄膜后在工作电极(S)引起反应。恒电位电路检测参考电极(R)的电压，电流输出给辅助电极(C)，使参考电极端与工作电极端之间的电压保持恒定。由于参考电极端无电流流进或流出，因此流出辅助电极端的电流流进工作电极端，该电流与通入的气体浓度成正比。对于一氧化碳气体，发生的是氧化反应，C端电流为负值，该电流通过高输入阻抗的电流放大电路，直接输出电压Vout供后续电路采集处理。信号检测电路如图6所示。假定待检测的一氧化碳浓度为P，4CM灵敏度为65nA/ppm，则有Vout＝65P*R4，从而得出浓度值P＝Vout/65R4。在信号检测电路中，由于4CM敏感元件内阻较大，输出电流为nA级别，因此要求偏置电路具有极低的输入失调电压，电流放大电路具有极高的输入阻抗，本发明选择高阻抗运算放大器OPA177G搭建偏置电路和放大电路，采用双极性晶体管输入方式，共模输入阻抗200GΩ，输出电压摆率较高，满足设计要求。此外，由于制造工艺的差异，4CM敏感元件灵敏度存在一致性问题，导致电路放大增益需要根据敏感元件的输出特性做调整，为解决该问题，使用可编程变阻器AD5271替代固定增益电阻R4，利用控制器MCU将AD5271设置为适当的电阻值，即可使用相同的电路结构和参数适应不同的敏感元件。硫化氢传感器：选用英国City公司生产的4系列三电极敏感元件。由于硫化氢敏感元件输出的是nA级别的电流信号，在检测时首先需对电流信号取样，再将电流信号转换为电压信号，最后通过运算放大电路对微弱的电压信号放大，供控制单元MCU模拟A/D转换采集，得到感应电极与负电极之间电流信号大小。图7为硫化氢敏感元件信号处理电路，A运放为负电极提供一个参考电平，B运放将电流信号转换成电压信号并放大；由于电流信号小，需选择偏置电流小的运放，如OP07系列运放。

NB-IoT无线通信模块：NB-IoT技术主要构建于蜂窝通信网络，具有低网络成本、低速率功耗、深覆盖的特点，是一种在全球较大范围被广泛应用的新兴通信技术。本发明NB-IoT无线通信模块选择的是NB73图8为NB73的接口电路图。NB73的电源输入范围是3.1V～4.2V，电压典型值是3.8V。Active模式下的发射电流为302mA，接受电流64.5mA，Idle模式电流为4.3mA，PSM模式下电流为5μA。通信模块除了选择了NB73之外还多加入了一个B0503S-2W模块和一个ADUM1201模块，其目的是为了隔离电器特性。ADUM1201芯片的ViB和VoA引脚各串联一个10K的电阻，其目的是为了使ADUM1201和NB73进行电平匹配，进而使数据采集控制器能够有效的进行与通信模块的通信；SIM卡芯片的SIM_CLK为SIM卡的时钟引脚，SIM_DAT为SIM卡的数据引脚，SIM_RST为SIM卡的复位引脚，这三个引脚分别和NB73相应的引脚相接。

工作过程如下：本发明管廊中各种传感器时时采集环境中的参数信息，并将其采集的参数信息进行前期处理后传输到采集节点中心的控制器MCU中进行数据处理，将处理后的数据经过NB-IoT无线通信模块上传到基站，并最终通过云平台的API接口上传到移动终端以及PC端，当终端接收现场采集信号后，如果采集信号超过设定阈值，则发送控制命令下传到采集节点中心，通过控制器MCU触发执行器(如单向射流通风机、送风机等)运转，从而降低管廊中潜在危险的发生。

当然，本发明另一个实施例也可以通过采集节点中心的控制器MCU现场操控现场执行器，同时将采集现场数据通过NB-IoT无线通信模块上传到基站，并最终通过云平台的API接口上传到移动终端以及PC端，如果需要终端远程操控，可以开启“双控”模式，即不需要远程控制时候，可现场实施监控并控制执行器；当需要远程控制时候，终端发出切断现场控制指令，通过移动终端或PC端远程控制现场执行器。

本发明通过对地下管廊加装机械送、排风设备及内部环境监测系统，实现有效控制地下管廊空气质量，确保地下管廊内部环境干燥，防止地下管廊管道、阀门、压力表等各类附属设施因管廊内部环境潮湿生锈腐蚀老化,延长地下管廊内部管道、阀门等设施使用寿命，降低内部设施维修更换频次，减少维修费用节约每米2500元左右。

本发明在国网未来城办公区投入使用，极大地提高了管道使用寿命，也提高了作业人员人身安全保障。同时预计全年可节约工时72小时，节省人力144人次。由于减少了地下管廊内惰性气体积聚，避免了维护人员进入有害气体中毒及可燃气体爆燃情况的发生。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种地下管廊送排风装置，其特征为：在两条地下管廊两端的侧墙开洞并向外侧砌筑地下风道、向上方砌筑竖向风道，在其上方设风厅并加装SWF1-9型送风机对地下风道持续送风；在每个地下管廊转角处设置GXF-I-8型单向射流通风机进行二次加压。

2.根据权利要求1所述的一种地下管廊送排风装置，其特征为：送风机SWF1-9参数如下：风量：47488m³、风压：1110pa、功率：18.5kW、转速：1450rpm；所述单向射流通风机GXF-I-8参数如下：风量：34950m³/h、风压：790pa、功率：11kW、转速：1450rpm。

3.一种地下管廊智能环境监测系统,多个所述环境监测系统设置在两条地下管廊不同位置；包括管廊环境参数信息的采集处理部分，环境参数信息远程传输部分，上位机监测管理PC端和移动端部分以及权利要求1所述的地下管廊送排风装置；其特征为：所述采集处理部分采集管廊的参数信息经过控制器MCU数据处理后通过窄带物联网NB-IoT通信模块传输到环境参数信息远程传输部分的基站；所述基站通过云平台端口将采集数据上传到上位机监测管理PC端和移动端部分；所述控制器MCU控制所述地下管廊送排风装置的运转。

4.根据权利要求3所述的地下管廊智能环境监测系统，其特征为：所述环境参数信息包括温湿度、烟雾、甲烷、一氧化碳、硫化氢参数。

5.根据权利要求4所述的地下管廊智能环境监测系统，其特征为：温湿度的信号采集选用AM2305A温湿度传感器芯片，该AM2305A温湿度传感器芯片的SDA管脚设置上拉电阻后与控制器MCU模块单片机的I/O端口相连。

6.根据权利要求4所述的地下管廊智能环境监测系统，其特征为：烟雾信号采集选用型号为MQ-2型烟雾传感器，该传感器的输出端串联一个参考电阻，再经过一个同相比例放大电路后即可发送给控制器MCU模块中的ADC采集模块实现模数转换。

7.根据权利要求4所述的地下管廊智能环境监测系统，其特征为：所述NB-IoT通信模块选择NB73型号芯片，该NB73型号芯片的SIM_CLK管脚、SIM_DAT管脚、SIM_RST管脚分别与SIM卡管脚对应连接。

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