智能楼栋燃气调压系统
技术领域
本发明涉及一种智能燃气调压箱，尤其涉及一种智能楼栋燃气调压系统。
背景技术
现有的普通楼栋燃气调压箱,其汇管中间下部连接有一紧急切断,当调压器出现故障超压时,紧急切断间实现预期的切断关闭,但其为全机械式的,不能在故障造成停气前掌握调压器的状况,一旦切断停气后,不管路程多远,只有到达现场才能恢复供气，给工作人员的日常管理带来很多不便，费人、费事、浪费财力物力。
过滤器内置于汇管内部，无法判断其是否堵塞或者损坏，靠经验维修维护，浪费大量人力物力。
现有的普通楼栋燃气调压箱,调压器直通会导致后端燃气计量表全部损坏。
现有的普通楼栋燃气调压箱,调压器后端爆管或者泄露，会导致源源不断的泄露或者二次事故发生。
现有的普通楼栋燃气调压箱,燃气供应抢险为盲目抢险或者定时管网巡查，浪费大量人力物力。
发明内容
针对上述现有技术的不足：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种本安型智能楼栋燃气调压箱，智能楼栋燃气调压箱本身24小时检测调压箱前后压力，管输气体压力出现异常MCU自动关阀，无需人力介入或者通过物联网执行介入，以最快的速度保护楼栋调压箱自身安全和后端燃气表安全。阀门关闭后，智能楼栋燃气调压箱可人工设定：是检测数据正常时自动打开阀门，或者通过网联网通讯打开阀门，智能楼栋燃气调压箱还可通过服务器，手机APP远程执行开阀和关阀。
通过监测智能楼栋燃气调压箱后端失压的时间判定是正常使用失压还是爆管泄露失压，正常失压不会关闭，爆管、泄露失压则会自动关闭。
通过监测过滤器前后压力变化来判定过滤器好坏，从而达到精准管理的目的。
通过监测智能楼栋燃气调压箱进气端、出气端的压力、温度变化从而得出楼栋箱的气体流量供应，为供应抢险提供精准指导。
通过抢险次数和抢险工作数据，给燃气公司调整管网，平衡管网供应提供科学指导。
本发明所提供的一种智能楼栋燃气调压系统，包括进气法兰、中压进气电动球阀、进气压力表、过滤器、调压器、输气管道、输出电动球阀、出口法兰、第一压力温度检测传感器、MCU处理器及两个阀门控制驱动单元，所述进气法兰的一端与外界燃气管道相连，另一端通过中压进气电动球阀后与过滤器的一端相连，所述进气压力表安装于中压进气电动球阀和过滤器之间，所述过滤器的另一端通过调压器后与输出电动球阀的一端相连，所述输出电动球阀的另一端与出口法兰相连，其中所述第一压力温度检测传感器连接于进气压力表处，以感测进气端中压管网的压力值及温度值；所述第一压力温度检测传感器还与MCU处理器相连，用于将感测到的压力值及温度值传输至MCU处理器进行运算，所述MCU处理器还与阀门控制驱动单元相连，所述两个阀门控制驱动单元分别与中压进气电动球阀及输出电动球阀相连，以对应控制所述中压进气电动球阀及输出电动球阀的开启或关闭；
所述第一压力温度检测传感器将感测到的压力值及温度值传输至MCU处理器，所述MCU处理器用于对所接收的压力值及温度值进行判断，若高于预设值范围或低于预设值范围，则向阀门控制驱动单元发送控制信号，以对应控制中压进气电动球阀及的关闭。
进一步的，所述调压系统还包括第二压力温度检测传感器，所述第二压力温度检测传感器连接于调压器前端内置过滤器后端，以感测过滤器后端的压力值及温度值；所述MCU处理器还用于将进气压力的压力值与过滤器出口处的压力值进行比较，若两者的压力值之间的差值超过预设值，则判断过滤器工作异常。
进一步的，所述调压系统还包括第三压力温度检测传感器，所述第三压力温度检测传感器连接于调压器的后端出口通路上，以感测调压器后端的压力值及温度值；所述MCU处理器还用于判断调压器后端的压力值，若高于、或者低于预设值，则向阀门控制驱动单元发送控制信号，以对应控制中压进气电动球阀及的关闭。
进一步的，所述调压系统还包括双向通信单元，所述双向通信单元与MCU处理器相连，用于将MCU处理器所接收的信号传输至后端数据平台。
进一步的，所述调压系统还包括电源单元，所述电源单元用于为处理器和整个高压系统供电。
进一步的，所述调压系统还包括显示单元，所述显示单元与MCU处理器相连，用于显示整个智能楼栋燃气调压系统的工作状态、进气球阀的开关状态及所检测到的工作压力及工作温度、电池供电剩余电量等。
进一步的，所述调压系统还包括蓝牙单元，所述蓝牙单元与MCU处理器相连，用于传输手持式电子设备与MCU处理器之间的数据，可通过持式电子设备读取楼栋调压箱各项工作数据和开关楼栋调压箱。
进一步的，所述调压系统还包括包括太阳能供电、充电单元，所述太阳能供电、充电单元用于为MCU处理器提供工作电压。
其中，所述中压进气电动球阀包括阀体组件及与阀体组件相连的电动执行器总成，所述阀体组件包括阀体、阀座、球体、法兰、阀盖及阀杆，所述阀盖位于阀体的底端，所述阀座设置于阀体内，所述球体设置于阀座内，所述法兰连接于阀体的下端且邻近阀盖的上方设置，所述电动执行器总成设置于阀体的侧面，且通过阀杆与球体相连，以通过阀杆带动球体的运动，进而实现中压进气电动球阀的开启或者关闭。
其中，所述输出电动球阀包括阀体组件及与阀体组件相连的电动执行器总成，所述阀体组件包括阀体、阀座、球体、法兰、阀盖及阀杆，所述阀盖位于阀体的底端，所述阀座设置于阀体内，所述球体设置于阀座内，所述法兰连接于阀体的下端且邻近阀盖的上方设置，所述电动执行器总成设置于阀体的侧面，且通过阀杆与球体相连，以通过阀杆带动球体的运动，进而实现输出电动球阀的开启或者关闭。
采用本技术方案所述的智能楼栋燃气调压系统，其工作时通过压力温度检测传感器检测出过滤器前端的压力和温度，经MCU处理器运算后传输给后端数据平台做管网运行分析用，有助于天然气公司调整前端天然气压力，有助于天然气公司调整、管理输差；还可以通过压力温度检测传感器检测出过滤器后端的压力和温度，经MCU处理器运算后传输给后端数据平台，后端数据平台通过判断过滤器前后端的压差变化，可以判定该过滤器是否应该更换或者维护；还可以通过压力温度检测传感器检测出过调压器出口端的压力和温度，经MCU处理器运算后传输给后端数据平台，后端数据平台可以根据调压器出口端的压力，判定是否需要安排抢险；还可以通过压力温度检测传感器检测出过滤器前端的压力和温度，当压力值大于设定值范围或者小于设定值范围时，所述MCU处理器发出关阀指令给阀门控制驱动单元，由阀门控制驱动单元驱动中压进气电动球阀以及输出电动球阀关阀。同时，当所述压力温度检测传感器检测出过滤器前端的压力和温度正常了，则MCU处理器可发出开阀信号给驱动模块以打开中压进气电动球阀及输出电动球阀。
附图说明
图1是本发明一种智能楼栋燃气调压系统的较佳实施方式的原理示意图。
图2是本发明一种智能楼栋燃气调压系统的较佳实施方式的结构示意图。
图3是图1中进气球阀的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1所示，其为本发明一种智能楼栋燃气调压系统的较佳实施方式的示意图。所述智能楼栋燃气调压系统的较佳实施方式包括进气法兰1、中压进气电动球阀2、进气压力表3、过滤器4、调压器5、输气管道6、输出电动球阀7、出口法兰8、三个压力温度检测传感器9、90及91、MCU处理器10、两个阀门控制驱动单元11及20、电压监测单元12、EPROM单元13、显示单元15、电源单元16、双向通信单元17及数据平台18。
所述进气法兰1的一端与外界燃气管道相连，另一端通过中压进气电动球阀2后与过滤器4的一端相连。所述进气压力表3安装于中压进气电动球阀2和过滤器4之间。所述过滤器4的另一端通过调压器5后与输出电动球阀7的一端相连，所述输出电动球阀7的另一端与出口法兰8相连。其中所述压力温度检测传感器9连接于进气压力表3处，以感测进气端中压管网的压力值及温度值；所述压力温度检测传感器90连接于输气管道6上，以感测出口处的压力值及温度值；所述压力温度检测传感器91连接于过滤器4与调压器5之间，以感测过滤器4后端的压力值及温度值。所述压力温度检测传感器9、90及91还均与MCU处理器10相连，用于将感测到的压力值及温度值传输至MCU处理器10进行运算。所述MCU处理器10还与阀门控制驱动单元11及20、电压监测单元12、EPROM单元13、显示单元16及双向通信单元17均相连。所述电源单元16与MCU处理器10相连，以为所有器件提供工作电源。
本实施方式中，所述MCU处理器10中存储有进气预设压力/温度值及出口预设压力/温度值，其将所接收到的来自压力检测传感器9所感测到的进气中压管网的压力值与进气预设压力值进行比较，还用于将所接收到的来自压力检测传感器91所感测到的出口处的压力值与出口预设压力值进行比较，以判断两者的大小，并输出对应的控制信号。所述阀门控制驱动单元11及20用于接收来自MCU处理器10的控制信号，以对应控制中压进气电动球阀2及输出电动球阀7的开启或关闭。同时，所述MCU处理器10还将接收的信号通过双向通信单元17传输至后端数据平台，以供燃气公司查看，提供给管理者随时了解中压管网运行情况。
具体的，本实施方式中，所述压力温度检测传感器9感测到进气中压管网的压力值及温度值后，所述MCU处理器10用于对所接收的进气端的压力值及温度值进行判断，若高于预设值范围，则向阀门控制驱动单元11及20发送控制信号，以对应控制中压进气电动球阀2及输出电动球阀7的关闭，进而可以起到保护后端用户压力阀的作用；若低于预设值范围，则可能导致后端的调压器5在不饱和状态下工作，影响其精度及寿命，此时，所述MCU处理器10向阀门控制驱动单元11及20发送控制信号，以对应控制中压进气电动球阀2及输出电动球阀7的关闭，进一步使得所述调压器5处于非工作状态。同时，所述MCU处理器10还用于通过双向通信单元17将压力温度检测传感器9所感测到的压力值及温度值传输至后台数据平台，燃气管理公司通过对预设时间段内的压力值及温度值进行分析后得到管网的运行工作状况，可依据实际情况对输气压力值进行调整，比如当判断后端用气需求增大时，可以据实增加后端管道的数量等。
本实施方式中，所述压力温度检测传感器9与MCU处理器10结合，还肩负保护调压器5使用寿命功能，管网夏天、冬天用气通过量相差是10倍以上，管网夏天满负荷、冬天超负荷是目前所有天然气公司现实经营现状，天然气管网负荷体现在管网压力越来越低，以至于完全不能满足后端用户使用。调压器5在不饱和工作条件下会产生踹震显现，高频率的踹震会导致调压器5皮膜变形，以至于泄漏，所述压力温度检测传感器9与MCU处理器10结合，是在中压管网压力拉低至设定值时，在燃气公司抢险前关掉中压进气电动球阀，以减少调压器5不饱和工作时间和次数，从而延长调压器5的使用寿命。
所述MCU处理器10还用于将进气端处的压力值与过滤器4后端的压力值进行比较，若判断两者的压力值之间的差值超过预设值，则判断过滤器4工作异常，可能发生堵塞。同时，所述MCU处理器10还用于判断过滤器4后端的压力值，若高于预设值，则判断过滤器4工作异常。
所述MCU处理器10还用于将由所述压力温度检测传感器90感测到的调压器5的输出端的压力值与预设值范围进行比较，若判断调压器5的输出端的压力值高于预设值范围，则关闭中压进气电动球阀2及输出电动球阀7，以避免后端用户的燃气表被损坏。若判断调压器5的输出端的压力低于预设值范围，则需要进一步判断原因是否是爆管、泄漏等。同时，若所述MCU处理器10还判断指定时间段内的压力降低值，以判断是否为瞬间失压，即是属于事故失压还是正常失压，若是事故失压则需立即前往进行抢修。另外，所述MCU处理器10还用于在将输出电动球阀7关闭时判断调压器5的输出端的压力值的变化，进而判断输出电动球阀7是否发生泄漏，实现输出电动球阀7的自检功能。所述第压力温度检测传感器90还兼具调压器好坏自检功能，关掉输出电动球阀，可探测出调压器5是否出现微漏或者漏气现象。所述压力温度检测传感器90还兼具保护后端燃气计量表群的安全功能，燃气计量表工作最高压力是15kpa，调压器5一旦泄漏或者直通，将直接冲坏后端所有燃气表，所述压力温度检测传感器90与MCU处理器10结合，感应到压力超过设定值时，关掉中压进气电动球阀2，保护后端燃气表群的安全。所述压力温度检测传感器90还兼具后端燃气泄漏、爆管、火灾保护功能，后端管网瞬间失压和正常使用失压物理现象不同，通过失压时间可以判定是事故失压还是正常使用失压，所述压力温度检测传感器90与MCU处理器10结合，感应到压力低于设定值时，关掉中压进气电动球阀2，避免二次事故和财产损失。
所述数据平台可独立运行，自成大数据管理中心，也可以与其它大数据管理平台无缝连接。服务器、预装APP软件的手机都可以实时看到调压系统的工作状况，也可以执行远程管理和控制。所述MCU处理器10有历史工作数据存储功能。所述MCU处理器10还有蓝牙通信功能，该功能是给燃气公司管理防呆使用，巡管线工作人员到了该巡查点只需使用手机蓝牙与调压系统通信一次，即完成到点打卡，也可通过手机通信读取所有工作数据和历史工作数据。所述MCU处理器10还有有显示功能，阀关、阀开、各项工作压力、温度数据都可以直观显示。所述MCU处理器10还具有通信功能，其可与服务器、手机完成双向通信。所述太阳能供电系统分弱光发电、强光发电两种，以适合智能楼栋箱全地形、全环境安装而不影响取电，从而解决干电池供电持续时间短的问题。
下面将对照图2对本发明所述的一种智能楼栋燃气调压系统的较佳实施方式进行更为详细的描述：
所述智能楼栋燃气调压系统包括进气管道、进气法兰1、中压进气电动球阀2、过滤器4、进气压力表3、调压器5、测压气阀30、输出电动球阀7、出口法兰8、出气管道、复位拉环、安全切断阀及智能模块盒，所述智能模块盒内设置有MCU处理器10、阀门控制驱动单元11及20、电压监测单元12、EPROM单元13、显示单元15、电源单元16、双向通信单元17。本实施方式中，所述智能模块盒采用分体式结构，其好处是安全分隔、不减少原有普通调压箱的性能，同时增加了全智能、大数据管理功能。
本实施方式中，综合考虑燃气调压器的功能需求、技术难度和设计成本后,所述MCU处理器10可采用型号为STM32L151R8T6的芯片，STM32L151R8T6芯片是32位基于ARM核心的带512K字节闪存的微控制器，其工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设，ARM的CortexTM-M3是32位的RISC处理器，提供额外的代码效率，在通常8和16位系统的存储空间上发挥了ARM内核的高性能。STM32L151R8T6包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C接口、3个SPI接口、2个I2S接口、1个SDIO接口、5个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口，完全符合燃气调压器设计的各方面要求。所述STM32L151R8T6芯片的供电电压为3.3V，可选用MD5333稳压芯片，MD5333稳压芯片是使用CMOS技术开发的低压差，高精度输出电压，超低功耗电流，正电压型电压稳压电路。MD5333芯片内置低通态电阻晶体管，因而输入输出压差低。MD5333芯片的最高工作电压可达10V，适合需要较高耐压的应用电路。
所述双向通信单元17采用BC26无线通信模组，BC26无线通信模组支持全球频段(B1/B2/B3/B4/B5/B8/B12/B13/B17/B18/B19/B20/B25/B26/B28/B66)，只需一颗模组，即可覆盖全球需求，而且BC26无线通信模组具有超小体积，尺寸仅为17.7x15.8x2.0mm。同时BC26无线通信模组还可提供丰富的外部接口(UART，SPI，ADC等)和网络协议栈(TCP/CoAP/MQTT等)，支持OpenCPU功能，同时，这款产品支持中国移动OneNET云平台、中国电信EasyIoT、华为OceanConnect物联网云平台，比传统的GPS模组省电80％以上。
为了满足该燃气调压器设计的各方面要求,优选所述阀门控制驱动单元11及20为型号DRV8837C的驱动模块，其具有性能稳定、控制方便.性价比高等优点,完全能够满足该燃气调压器设计的各方面要求。
所述EPROM单元采用HT24L32芯片。
本实施方式中，所述显示单元用于显示整个智能楼栋燃气调压系统的工作状态、中压进气电动球阀及输出电动球阀的开关状态、所检测到的工作压力及工作温度等参数。
工作时,燃气管路的正常进口压力范围为0.2MPa-0.4MPa,出口压力民用为3kpa，工业一般为5-20kpa,商业为10KPA左右，各压力温度检测传感器的监测值范围由天然气公司根据自身情况自行设定，当压力温度检测传感器监测到监测点的压力超出设定值时，所述智能楼栋燃气调压系统即可自动切断入口处的中压进气电动球阀2及出口处的输出电动球阀7。
另外，本实施方式中还可包括蓝牙单元，所述蓝牙单元与处理器10相连，可用于工作人员到工作岗位报到打卡的管理。工作人员通过手机与智能楼栋燃气调压系统蓝牙通信一次，通讯数据通过无线网络直接传到电脑服务器，电脑自动完成确认工作人员到了现场。同时，管理人员也可以现场用手机开、关智能楼栋燃气调压系统的中压进气电动球阀、输出电动球阀、现场读取工作数据等。
进一步的，本实施方式还可包括太阳能供电、充电单元，所述太阳能供电、充电单元可采用全环境太阳能供电系统。所述智能楼栋燃气调压系统的使用场地星罗分布，智能模块完全取用市电供电是不可能完成的任务，靠直流电供电无法持续、持久供应，只能减少智能模块工作次数，或者智能模块一工作完就自动关机，通过结合太阳能供电、充电系统完美的解决了这个问题。
请继续参考图3所示，所述中压进气电动球阀2及输出电动球阀7均包括阀体组件及与阀体组件相连的电动执行器总成26，所述阀体组件包括阀体20、阀座21、球体22、法兰23、阀盖24、阀杆25。所述阀盖24位于阀体20的底端，所述阀座21设置于阀体20内，所述球体22设置于阀座21内，所述法兰23连接于阀体20的下端且邻近阀盖24的上方设置。所述电动执行器总成26设置于阀体20的侧面，且通过阀杆25与球体22相连，以通过阀杆25带动球体22的运动，进而实现中压进气电动球阀2及输出电动球阀5的开启或者关闭。本实施方式中，所述电动执行器总成26至少包括执行电机及可控制执行电机动作的控制器，所述执行电机的传动轴与阀杆25相连接，所述控制器与阀门控制驱动单元11相连，用于接收来自阀门控制驱动单元11的驱动信号。当然，阀杆25也可以通过手动调节，即阀杆25靠电动执行器总成26的一端凸出电动执行器总成26，操作人员可手动转动阀杆25凸出电动执行器总成26的一端，以通过阀杆25的转动带动球体22运动，实现中压进气电动球阀2或输出电动球阀5的开启或者关闭。
本发明所述的实施方式中，所述智能楼栋燃气调压系统中的智能模块盒与其他组件为分体结构,所述智能模块盒可固定在楼栋调压箱的箱体上面，所述智能模块盒通过线缆与其他组件进行电性能连接，所述智能模块盒采用密封式箱体设计，前面设门可以开关，以便进行维修。
本实施方式中，图2中所示出的智能模块盒可根据实际需要设置于整个智能楼栋燃气调压系统的上端，其位置不限制本发明的保护范围。
采用本技术方案所述的智能楼栋燃气调压系统，其工作时通过压力温度检测传感器检测出过滤器前端的压力和温度，经MCU处理器10运算后传输给后端数据平台做管网运行分析用，有助于天然气公司调整前端天然气压力，有助于天然气公司调整、管理输差；还可以通过压力温度检测传感器检测出过滤器后端的压力和温度，经MCU处理器10运算后传输给后端数据平台，后端数据平台通过判断过滤器前后端的压差变化，可以判定该过滤器是否应该更换或者维护；还可以通过压力温度检测传感器检测出过调压器出口端的压力和温度，经MCU处理器10运算后传输给后端数据平台，后端数据平台可以根据调压器出口端的压力，判定是否需要安排抢险；还可以通过压力温度检测传感器检测出过滤器前端的压力和温度，当压力值大于设定值时，所述MCU处理器发出关阀指令给阀门控制驱动单元，由阀门控制驱动单元驱动中压进气电动球阀关阀及输出电动球阀关阀。同时，当所述压力温度检测传感器检测出过滤器前端的压力和温度正常了，则MCU处理器可发出开阀信号给驱动模块以打开中压进气电动球阀及输出电动球阀。
本发明的设计灵感来自于河蚌的自然生存，其在遇到环境变化时会闭合以寻求自我保护，当环境正常时即会自动打开以享受大自然的美丽。本发明即是结合全环境太阳能供电充电系统，解决现实中物联网技术模块耗电大难持续工作问题，有效形成智能楼栋调压箱的生态系统。同时，本发明所述的智能楼栋调压箱还能无缝对接大数据平台，有效解决智慧城市燃气最后一块短板。本发明所述的智能楼栋调压箱不仅能实时自己保障自身安全，也能保障调压箱后面一系列设备安全，包括所有后端用户的燃气表，本智能楼栋调压箱能进行自我体检，自检调压器的好坏，还能有效降低调压箱后端管网泄露、火灾等事故损失和二次伤害。同时，其还能在线实时监测过滤器是否堵塞，对设备运行实现精准管理，节约大量人力物力。
以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
