一种燃气调压柜数字化监控系统及方法

技术领域

本申请涉及燃气管道检测技术领域，具体涉及一种燃气调压柜数字化监控系统及方法。

背景技术

燃气调压柜(也称天然气调压柜或燃气调压站)是燃气输送管道的关键设备，燃气调压柜的主要作用是调节和稳定系统压力，并且控制输气系统燃气流量，保护系统以免出口压力过高或过低。

燃气调压柜内设备众多，大部分燃气调压柜都是用本地显示仪表，少有远传功能，因此需要巡线人员每天去检查燃气调压柜，需要查看本地仪表显示数据是否正常，实时性非常差，一旦产生燃气泄漏，无法第一时间发现，造成重大安全隐患。

近些年来，由于燃气调压柜下游天然气管线泄漏，造成燃气在密闭空间聚集，燃气浓度不断升高，最终遇到明火或电火花产生爆炸事故，严重威胁到广大人民群众的生命和财产安全，如果能及时发现燃气泄漏，快速修复泄漏点，及时疏散人员，及时将聚集燃气的密闭空间打开，及时将燃气排散，可以防止事故发生，保护人民群众的生命和财产安全。

发明内容

本申请的目的是提供一种燃气调压柜数字化监控系统及方法。

本申请第一方面提供一种燃气调压柜数字化监控系统，包括：

主监控单元和多个子监控单元，所述主监控单元布置在主监控站，多个所述子监控单元依次布置于燃气管道沿线的各燃气调压柜，各所述子监控单元分别与所述主监控单元通信连接；

所述子监控单元，用于监控所在的燃气调压柜，采集监控数据，按照预设周期将所述监控数据发送到所述主监控单元；

所述主监控单元，用于根据接收到的各燃气调压柜中的监控数据生成监控结果，所述监控结果包括各燃气调压柜的状态信息。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的上述燃气调压柜数字化监控系统中，所述主监控单元还用于将所述监控结果发送给所述至少一个通信终端。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的上述燃气调压柜数字化监控系统中，所述子监控单元包括：显示控制模块以及与所述显示控制模块连接的多个监测模块；

所述显示控制模块，用于依次采集各所述监测模块对应的监控数据，若当前监测模块对应的监控数据满足报警条件且不满足过滤条件，则生成一条事件数据，并将事件数据存入事件缓冲区，计算事件缓冲区中第一条事件数据的存入时间和当前时间的差，当时间差超过预设时间差阈值时，将事件缓冲区中全部事件数据一起发送到所述主监控单元；若所述时间差没有超过预设时间差阈值，则继续进行下一个监测模块的数据采集；所述预设时间差阈值是所述显示控制模块采集一次所有监测模块的时间；

所述主监控单元，还用于根据接收到的各燃气调压柜中的事件数据生成报警信息。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的上述燃气调压柜数字化监控系统中，所述多个监测模块包括至少一个压力监测模块、至少一个差压监测模块、至少一个温度监测模块、至少一个流量监测模块、至少一个紧急切断阀监测模块、至少一个柜门开关监测模块和至少一个可燃气监测模块。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的上述燃气调压柜数字化监控系统中，所述多个监测模块通过协议总线接口与所述显示控制模块连接；所述协议总线接口采用5芯线设计，其中2芯用来供电，1芯用来控制通信使能，2芯用来通信。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的上述燃气调压柜数字化监控系统中，所述协议总线接口中用来通信的2芯分别支持RS485通信和IIC通信。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的上述燃气调压柜数字化监控系统中，所述主监控单元和所述多个子监控单元之间通过NBiot模块、4G模块或5G模块通信连接。

本申请第二方面提供一种燃气调压柜数字化监控方法，应用于第一方面所述的燃气调压柜数字化监控系统中，所述方法包括：

每个子监控单元监控所在的燃气调压柜，采集监控数据，按照预设周期将所述监控数据发送到主监控单元；

主监控单元根据接收到的各燃气调压柜中的监控数据生成监控结果，所述监控结果包括各燃气调压柜的状态信息。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的上述燃气调压柜数字化监控方法中，还包括：

每个子监控单元中，显示控制模块依次采集各监测模块对应的监控数据；

若当前监测模块对应的监控数据满足报警条件且不满足过滤条件，则生成一条事件数据，并将事件数据存入事件缓冲区，计算事件缓冲区中第一条事件数据的存入时间和当前时间的差，当时间差超过预设时间差阈值时，将事件缓冲区中全部事件数据一起发送到主监控单元；若所述时间差没有超过预设时间差阈值，则继续进行下一个监测模块的数据采集；所述预设时间差阈值是所述显示控制模块采集一次所有监测模块的时间；

主监控单元根据接收到的各燃气调压柜中的事件数据生成报警信息。

在一种可能的实现方式中，本申请实施例提供的上述燃气调压柜数字化监控方法中，所述显示控制模块依次采集各监测模块对应的监控数据，包括：

显示控制模块控制当前监测模块通信使能，以使当前监测模块检测到通信使能后，取消低功耗模式进入采集模式，将采集的监控数据存入缓存；

显示控制模块向当前监测模块发送读取数据命令，以使当前监测模块接收到读取数据命令后，将缓存数据发送给显示控制模块；

显示控制模块将接收到的监控数据进行存储后，关闭当前监测模块的通信使能，当前监测模块进入低功耗模式；

依次类推直到显示控制模块读取完配置中全部路数的监测模块。

相对于现有技术，本申请具有如下有益效果：

本申请提供的燃气调压柜数字化监控系统，包括主监控单元和多个子监控单元，所述主监控单元布置在主监控站，多个所述子监控单元依次布置于燃气管道沿线的各燃气调压柜，各所述子监控单元分别与所述主监控单元通信连接；所述子监控单元用于监控所在的燃气调压柜，采集监控数据，按照预设周期将所述监控数据发送到所述主监控单元；所述主监控单元用于根据接收到的各燃气调压柜中的监控数据生成监控结果，所述监控结果包括各燃气调压柜的状态信息。相较于现有技术，本申请可以在主监控站对燃气管道上的燃气调压柜进行实时监控，无需巡线人员每天去检查燃气调压柜，因此一旦产生泄漏可以第一时间发现，报警响应快，并且功耗低，数据传输量小，同时数据完整性高。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本申请所提供的一种燃气调压柜数字化监控系统的示意图；

图2示出了本申请所提供的另一种燃气调压柜数字化监控系统的示意图；

图3示出了本申请所提供的子监控单元的示意图；

图4示出了本申请所提供的一种具体燃气调压柜数字化监控系统的示意图；

图5示出了本申请所提供的一种一种燃气调压柜数字化监控方法的流程图；

附图标记：

100、主监控单元；200、子监控单元；300、通信终端；210、显示控制模块；220、监测模块；21、第一个压力监测模块；22、第二个压力监测模块；23、差压监测模块；24、第一个温度监测模块；25、第二个温度监测模块；26、流量监测模块；27、紧急切断阀监测模块；28、第一个柜门开关监测模块；29、第二个柜门开关监测模块；30、可燃气监测模块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。

另外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1示出了本申请实施例提供的一种燃气调压柜数字化监控系统的示意图，如图1所示，该监控系统包括主监控单元100和多个子监控单元200，主监控单元100布置在主监控站，多个子监控单元200依次布置于燃气管道沿线的各燃气调压柜中，各子监控单元200分别与主监控单元100通信连接。

可选的，主监控单元100和多个子监控单元200之间可以通过NBiot模块、4G模块或5G模块通信连接。

子监控单元200用于监控所在的燃气调压柜，采集监控数据，按照预设周期将监控数据发送到主监控单元；主监控单元100用于根据接收到的各燃气调压柜中的监控数据生成监控结果，监控结果包括各燃气调压柜的状态信息。

具体的，燃气调压柜的监控数据可以包括压力值、差压值、温度值、流量值、可燃气浓度值、切断阀状态、柜门开关状态等。

本申请中，每个子监控单元200均按照预设周期将监控数据发送到主监控单元100，主监控单元100根据每个燃气调压柜的监控数据判断燃气调压柜的状态，得到每个燃气调压柜的状态信息，无需巡线人员每天去检查燃气调压柜。例如，当监控数据中有一项或多项异常时判断燃气调压柜异常，当监控数据全部正常时判断燃气调压柜正常。

其中，预设周期是指数据上传间隔，例如可以设置为1小时。

请参考图2，在本申请的一些实施方式中，上述燃气调压柜数字化监控系统中还可以包括至少一个通信终端300，通信终端300与主监控单元100通信连接，通信终端300可以是手机、平板电脑、PC电脑等。主监控单元100还用于将对子监控单元200的监控结果发送给至少一个通信终端300，也就是将各燃气调压柜的状态信息发送给通信终端300，用户可以在通信终端300上及时看到各燃气调压柜的状态信息。

实际应用中，主监控单元可以是一台服务器，服务器接收到子监控单元上传的监控数据后，将监控数据与系统配置参数值进行比较，根据系统配置参数值进行相应的报警、预警、提醒，通信终端进行报警内容显示、预警内容显示、提醒内容显示和声音提示，同时服务器也负责下发参数配置数据，其中包括子监控单元的数据采集间隔和上报间隔等。子监控单元接收服务器下发的参数配置数据，并根据参数配置数据进行相应配置。

请参考图3，在本申请的一些实施方式中，所述子监控单元200可以包括显示控制模块210以及与所述显示控制模块210连接的多个监测模块220。多个监测模块220可以包括至少一个压力监测模块、至少一个差压监测模块、至少一个温度监测模块、至少一个流量监测模块、至少一个紧急切断阀监测模块、至少一个柜门开关监测模块和至少一个可燃气监测模块。

具体的，所述多个监测模块通过协议总线接口与所述显示控制模块210连接；所述协议总线接口采用5芯线设计，其中2芯用来供电，1芯用来控制通信使能，2芯用来通信。所述协议总线接口中用来通信的2芯分别支持RS485通信和IIC通信。

具体的，每个子监控单元200的显示控制模块210用于给其他监测模块220供电，显示控制模块210在无外部供电的时候使用内部电池，在有外部供电的时候，不使用内部电池，内部电池不可充电，显示控制模块210可以读取其他监测模块数据，配置其他监测模块参数，控制其他监测模块进入省电模式，以及控制其他监测模块采集监控数据。

上述子监控单元中的各个模块都是经过特殊低功耗设计，典型应用的情况下，不使用外部供电，可以使用3年以上，在使用外部供电时，可接入传统4-20Ma压力变送器、温度变送器、差压变送器、可燃气变送器以及输出为4-20Ma的通用变送器。

显示控制模块210接收主监控单元100发送的配置文件对各监测模块220进行配置。配置文件中包含各个监测模块的读取数据间隔和类型，以及相应的低限阈值、低限报警使能、低限报警过滤条件、高限阈值、高限报警使能、高限报警过滤条件、高高限阈值、高高限报警使能、高高限报警过滤条件。高高限报警过滤条件有持续屏蔽时间CT和持续屏蔽斜率CK，通过过滤条件防止重复报警，减少通讯次数，降低功耗。

其中，持续屏蔽时间CT是指报警后一定时间内不再报警。持续屏蔽斜率CK是指报警后监控数据的变化速率小于速率阈值时不再报警，例如温度变化速率小于1摄氏度每秒。

值得一提的是，显示控制模块210可以设置有大容量存储单元，可以存储最近1年的监控数据，通过按键及屏幕进行历史数据查看。

监测模块220通过协议总线接口连接到显示控制模块210，显示控制模块210通过拨码开关进行通信接口配置，典型的显示控制模块210有16路协议总线接口，最多可扩展到256路协议总线接口，这里的路也称为通道。

因此，显示控制模块210还可以扩展接入其他监测模块，只需要兼容本系统的协议总线接口，不需要更改硬件，只需要软件配置，或者软件升级即可支持。

所述显示控制模块210用于依次采集各所述监测模块对应的监控数据，若当前监测模块对应的监控数据满足报警条件且不满足过滤条件，则生成一条事件数据，并将事件数据存入事件缓冲区，计算事件缓冲区中第一条事件数据的存入时间和当前时间的差，当时间差超过预设时间差阈值时，将事件缓冲区中全部事件数据一起发送到所述主监控单元100；若所述时间差没有超过预设时间差阈值，则继续进行下一个监测模块的数据采集；所述预设时间差阈值是所述显示控制模块采集一次所有监测模块的时间；

所述主监控单元100还用于根据接收到的各燃气调压柜中的事件数据生成报警信息，然后可以将报警信息发送给通信终端300，以使用户及时得知报警信息。

为了便于理解，图4给出了一种具体的燃气调压柜数字化监控系统的示意图，如图4所示，子监控单元200包括显示控制模块210，第一个压力监测模块21、第二个压力监测模块22，差压监测模块23，第一个温度监测模块24，第二个温度监测模块25，流量监测模块26，紧急切断阀监测模块27，第一个柜门开关监测模块28，第二个柜门开关监测模块29，可燃气监测模块30，3台通信终端设备300。

基于图4所示燃气调压柜数字化监控系统，一种具体监测步骤如下：

S1：配置显示控制模块210的数据采集顺序，具体顺序为压力监测模块21，压力监测模块22，差压监测模块23，温度监测模块24，温度监测模块25，流量监测模块26，紧急切断阀监测模块27，柜门开关监测模块28，柜门开关监测模块29，可燃气监测模块30。配置显示控制模块210数据采集间隔为1分钟，数据上传间隔为1小时，此时显示控制模块210会采集满60次进行数据上传。

S2：配置成功后，显示控制模块210控制压力监测模块21通信使能，压力监测模块21检测到控制使能后，取消低功耗模式进入采集模式，开始采集压力值数据，将采集数据放入缓存，显示控制模块210控制发送读取数据命令，压力监测模块21接收到读取数据命令后，将缓存数据发送给显示控制模块210，显示控制模块210将接收到的数据进行存储后，关闭控制使能，然后与报警阈值进行比较，不符合报警条件，显示控制模块210控制压力监测模块22通信使能，压力监测模块22检测到控制使能后，取消低功耗模式进入采集模式，再次采集压力值数据，将采集数据放入缓存，显示控制模块210控制发送读取数据命令，压力监测模块22接收到读取数据命令后，将缓存数据发送给显示控制模块210，显示控制模块210将接收到的数据进行存储后，关闭控制使能，然后与报警阈值进行比较，不符合报警条件，显示控制模块210继续进行下一个监测模块的数据采集，以此类推直到采集完可燃气监测模块30，显示控制模块210进入低功耗模式，1分钟后进入工作模式，显示控制模块210先采集压力监测模块21的监控数据，然后采集压力监测模块22的监控数据直到采集完可燃气监测模块30后进入低功耗模式，1分钟后进入工作模式，直到采集满60次后，显示控制模块210将监控数据进行压缩，上传到主监控单元100。显示控制模块210通过对监控数据的缓存压缩，减少了数据传输量，同时保证了监控数据的完整性。

基于图4所示燃气调压柜数字化监控系统，另一种具体监测步骤如下：

S10：配置显示控制模块210的数据采集顺序，具体顺序为压力监测模块21，压力监测模块22，差压监测模块23，温度监测模块24，温度监测模块25，流量监测模块26，紧急切断阀监测模块27，柜门开关监测模块28，柜门开关监测模块29，可燃气监测模块30。配置显示控制模块210数据采集间隔为1分钟，数据上传间隔为1小时，此时显示控制模块210会采集满60次进行数据上传。

S2：配置成功后，显示控制模块210控制压力监测模块21通信使能，压力监测模块21检测到控制使能后，取消低功耗模式进入采集模式，采集压力值数据，将采集数据放入缓存，显示控制模块210控制发送读取数据命令，压力监测模块2接收到读取数据命令后，将缓存数据发送给显示控制模块210，如果显示控制模块210没有收到数据，会尝试再次发送读取数据命令，最多重试3次，显示控制模块210将接收到的数据进行存储后，关闭控制使能，然后与报警阈值进行比较，如果符合报警条件，进行过滤条件判断，如果不满足过滤条件，会产生一条事件数据，并将事件数据放入事件缓冲区，计算事件缓冲区中第一条事件数据的存入时间和当前时间的差，当时间差超过预设时间差阈值时，当时间差超过预设时间差阈值T，就会立即将事件缓冲区全部事件一起发送到主监控单元100，没有超过设定的阈值T继续进行下一个监测模块的数据采集。

S3：显示控制模块210控制压力监测模块22通信使能，压力监测模块22检测到控制使能后，取消低功耗模式进入采集模式，再次采集压力值数据，将采集数据放入缓存，显示控制模块210控制发送读取数据命令，压力监测模块22接收到读取数据命令后，将缓存数据发送给显示控制模块210，显示控制模块210将接收到的数据进行存储后，关闭控制使能，然后与报警阈值进行比较，如果符合报警条件，进行过滤条件判断，如果不满足过滤条件，会产生一条事件数据，并将事件数据放入事件缓冲区，计算事件缓冲区中第一条事件数据的存入时间和当前时间的差，当时间差超过预设时间差阈值时，当时间差超过预设时间差阈值T，就会立即将事件缓冲区全部事件一起发送到主监控单元100，没有超过设定的阈值T继续进行下一个监测模块的数据采集，以此类推直到采集完可燃气监测模块30。通常情况下，采集一个监测模块的时间不会超过200ms，阈值T是采集一次所有监测模块时间，这里有10个监测模块，阈值T设置为2秒，当所有监测模块的数据都符合报警条件，显示控制模块210可能会有10条事件数据产生，显示控制模块210定时计算事件缓冲区第一条事件数据的时间和当前时间的差，当事件差大于阈值T时，时间距离第一个事件的时间大约为2秒，显示控制模块210发送全部事件数据到主监控单元100，主监控单元100系统进行报警，并通知给通信终端300。

本申请中，整个监控系统在数据采集、数据存储功耗相对较低，数据传输功耗最大，除此之外的时间均处于低功耗模式下，通过这种方法大大地减少了数据传输的频率，减少了设备在高功耗的工作时长，当采集数据值符合报警条件，系统还可以快速响应，并把监控数据及时发送到主监控单元及通信终端，保证了系统的时效性，同时增加了电池的使用时长。

实施例二

请参阅图5，本申请提供一种燃气调压柜数字化监控方法，包括：

S101、每个子监控单元监控所在的燃气调压柜，采集监控数据，按照预设周期将所述监控数据发送到主监控单元；

S102、主监控单元根据接收到的各燃气调压柜中的监控数据生成监控结果，所述监控结果包括各燃气调压柜的状态信息。

本申请的一些实施方式中，所述方法还包括：

每个子监控单元中，显示控制模块依次采集各监测模块对应的监控数据；

若当前监测模块对应的监控数据满足报警条件且不满足过滤条件，则生成一条事件数据，并将事件数据存入事件缓冲区，计算事件缓冲区中第一条事件数据的存入时间和当前时间的差，当时间差超过预设时间差阈值时，将事件缓冲区中全部事件数据一起发送到主监控单元；若所述时间差没有超过预设时间差阈值，则继续进行下一个监测模块的数据采集；所述预设时间差阈值是所述显示控制模块采集一次所有监测模块的时间；

主监控单元根据接收到的各燃气调压柜中的事件数据生成报警信息。

本申请的一些实施方式中，所述显示控制模块依次采集各监测模块对应的监控数据的步骤，具体包括：

显示控制模块控制当前监测模块通信使能，以使当前监测模块检测到通信使能后，取消低功耗模式进入采集模式，将采集的监控数据存入缓存；

显示控制模块向当前监测模块发送读取数据命令，以使当前监测模块接收到读取数据命令后，将缓存数据发送给显示控制模块；

显示控制模块将接收到的监控数据进行存储后，关闭当前监测模块的通信使能，当前监测模块进入低功耗模式；

依次类推直到显示控制模块读取完配置中全部路数的监测模块。

本申请实施例提供的燃气调压柜数字化监控方法，可以在主监控站对燃气管道上的燃气调压柜进行实时监控，无需巡线人员每天去检查燃气调压柜，因此一旦产生泄漏可以第一时间发现，报警响应快，并且功耗低，数据传输量小，同时数据完整性高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。