一种防爆智能计量柜系统

技术领域

本发明涉及智能计量柜技术领域，具体地，涉及一种防爆智能计量柜系统。

背景技术

在工商业燃气用户中，燃气安全事故时有发生，严重威胁人民生命财产安全。现有传统智能计量柜基本是由机械计量调压柜(入户控制球阀、过滤器、紧急切断阀、进出口管路)、智能工业燃气表、紧急切断阀控制箱、可燃气体泄漏报警器、可燃气体泄漏报警器控制箱、防爆轴流风机、防爆轴流风机控制箱等组成。其中智能工业燃气表做流量采集及计费，通过NB及2G模组与燃气平台进行远传通信，计费及表具阀门由平台调度及控制。可燃气体报警器则由可燃气体泄漏报警器控制箱控制，控制箱将可燃气体检测的浓度数值及报警信息上传到燃气平台，通过燃气平台二次分析后，再去控制其它控制箱，通过控制箱来间接控制设备如防爆轴流风机、紧急切断阀等，过程复杂，实时性差。

现有的智能计量柜系统有如下缺点：

1、现有智能计量柜系统同时存在智能工业燃气表、紧急切断阀控制箱、可燃气体泄漏报警器控制箱、防爆轴流风机控制箱等4类控制箱，且4类控制箱分别要与平台相连，设备与数据管理及数据协助之间复杂，相互之间实时性低，可靠性也得不得保证；

2、传统的智能计量柜因为控制箱众多，相互之间接口也不兼容，成套使用及安装接线复杂。

3、传统的智能计量柜因为设备种类众多成本较高，因为需要分开对4种控制器进行开发，即需要进行底层驱动开发，又需要对逻辑业务层进行开发，项目开发周期长，开发难度高等。

4、传统的智能计量柜因为设备众多，对安装空间要求高，因此也很难做到全局符合防爆设计的需求。

5、传统的智能计量柜选用NB模组或者2G模组作为通讯手段，数据的实时性和数据的传输速率都会严重受到影响，并且因为数据量少做不到数据分析、数据挖掘及智能推送，智能化程度较低，影响用户体验。

因此，从安全及智能管理的角度出发，一种计量准确、远程监控、智能报警、集成度高、结构简单、安装方便、系统全防爆的智能计量柜系统的开发迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种防爆智能计量柜系统，可实现远程抄表、压力检测、燃气泄漏报警检测及信号处理、紧急切断阀控制、泄漏强排风控制等功能，并且可通过通讯模块将采集到的数据和异常状况发送至云平台，实现远程监测。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种防爆智能计量柜系统，包括智能计量柜、智能控制模块及外设执行机构，所述智能计量柜设置有采集盒，所述智能控制模块包括MCU以及5G通讯模块，通过采集盒采集计量数据、温度压力数据、管道流量数据发送给智能控制模块，经过智能控制模块的MCU处理后控制所述外设执行机构，并将智能计量柜系统的实时采集数据及外设执行机构的执行情况信息通过5G通讯模块上传给燃气平台，燃气平台接收到智能计量柜系统的信息后，通过对数据解读、分析发送反馈指令给智能控制模块。

优选地，所述智能计量柜为5G智能计量柜，还包括入口温压一体传感器、调压器、入户控制球阀、Y型过滤器、紧急切断阀、工业计量表、出口温压一体传感器、燃气管道及箱体。

优选地，所述智能计量柜的外表面设置一个防爆接线盒，所述智能控制模块与智能计量柜之间通过两根电缆相连，1根用于连接智能控制模块输出给紧急切断阀的220V市电，另1根为连接智能控制模块与智能计量柜中采集盒的RS485通讯线。

优选地，所述智能控制模块为5G智能控制模块，还包括开关电源、阀门驱动及状态监测电路、RS485通讯接口电路、强排风系统控制及检测功能电路、泄漏报警检测信号电路。

优选地，所述开关电源用于将市电转换为DC24V电源，一方面给整个智能控制模块供电，另一方面为智能计量柜内的采集盒及外设执行机构供电。

优选地，所述阀门驱动及状态监测电路配合所述MCU进行对计量表具的阀门进行启闭及阀门开启与关闭的状态检测。

优选地，所述RS485通讯接口电路用于提供智能控制模块与智能计量柜采集盒之间的通信及供电桥梁，确保智能控制模块能实时感知智能计量柜中的一切采集数据及状态。

优选地，所述外设执行机构包括可燃气体探测器、防爆轴流风机以及防爆接线盒，所述可燃气体探测器、防爆轴流风机两者与智能控制模块之间的连接线需要配套防爆软管经所述防爆接线盒与所述智能控制模块相连。

优选地，所述强排风系统控制及检测功能电路用于MCU管理防爆轴流风机的启停以及用于检测防爆轴流风机工作是否正常。

优选地，所述泄漏报警检测信号电路则用于接收可燃气体探测器传递过来的燃气浓度信息及报警信息，确认是否有燃气泄漏的危险发生。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、本发明智能计量柜系统将多个控制箱及多个平台调整为一个控制箱及一个平台，即简化了平台的设计，又节省了整套产品的成本，整体成本降低30％以上；

2、本发明的智能控制模块与智能计量柜、外设执行机构之间均采用防爆接线盒连接，各模块可以分开接线后，再现场总装，极大地简化了现场接线；

3、本发明智能计量柜系统仅智能控制模块安装于用户室内，极大地节省了用户的安装空间，安装体积减小50％；

4、本发明智能计量柜系统选用5G通讯模块来实现远传通信，数据的实时性和数据的传输速率都会得到极大的保证，同时可实时监控燃气管网的用气安全，用户现场有危险产生时，能实时的检测到险情(可燃气体探测器检测浓度超标并报警)、切断危险源(关闭切断阀、关闭表内阀门)，及时处理险情及控制险情(打开防爆轴流风机排风)，确保用户的使用安全。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的防爆智能计量柜系统结构框图；

图2为本发明实施例提供的智能计量柜与智能控制模块接线示意图；

图3为本发明实施例提供的智能控制模块硬件架构图；

图4为本发明实施例提供的智能计量柜系统全防爆结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

具体地，本发明提供一种防爆智能计量柜系统，如图1所示，所述防爆智能计量柜系统包括智能计量柜1、智能控制模块2及外设执行机构3。

所述智能计量柜1为5G智能计量柜，包括入口温压一体传感器、调压器、入户控制球阀、Y型过滤器、紧急切断阀、工业计量表、出口温压一体传感器、采集盒、接线盒、燃气管道及箱体。本发明防爆智能计量柜系统的调压气路及调压管道与传统机械调压柜是一样的，在低压管网中，燃气管网中的燃气经入户控制球阀、过滤器、紧急切断阀、工业计量表后供用户使用。在中压管网中，进户燃气先经过调压器将中压调节到低压后，再经入户控制球阀、过滤器、紧急切断阀、工业计量表后供用户使用。

与传统机械调压柜所不同的是，本发明的5G智能计量柜1在计量柜里面引入了一个特有的采集盒，所述采集盒能通过系统中配置的进、出口温压一体传感器能实时的监测管网气路的压力。同时所述采集盒也可以实时采集计量表的计量数据及紧急切断阀的状态信息、控制工业计量表内置阀门的开关，真正的实现了计量柜端的统一数据采集及管理。

所述智能控制模块2采用5G智能控制模块，所述5G智能控制模块是整个智能计量柜系统的控制核心，起到对燃气用户现场所有设备的管控的作用，主要承担数据采集、数据存储、本地信息显示、开盖检测、报警管理、阀门控制、声光提示、紧急切断阀控制、防爆轴流风机控制、预付费管理、远传抄表等功能。

如图2所示，为降低5G智能计量柜与5G智能控制模块的接线难度，在5G智能计量柜的外表面增加了一个防爆接线盒，用于现场施工接线。所述5G智能控制模块与智能计量柜之间通过2根电缆相连，1根用于连接5G智能控制模块输出给紧急切断阀的220V市电，另1根为连接5G智能控制模块与5G智能计量柜中采集盒的RS485通讯线。燃气管道中的燃气流经皮膜表(工业计量表)后，经机电转换装置，产生计量脉冲，通过采集盒中的采集板进行计量数据采集。同时管道上面配套的温压一体传感器会采集燃气管道内的温度及压力数据。有流量计接入的情况下，采集盒中的采集板也会对燃气管道中的流量数据进行采集。采集盒在近端将采集到的计量数据、温度压力数据、管道流量数据在采集板中做数据处理，并组数据帧后，通过与5G智能控制模块的RS485通讯线将数据信息实时的传递给5G智能控制模块。经过5G智能控制模块内部的MCU处理后，将整个系统的实时采集的数据、系数状态及各外设的执行情况等信息通过5G通讯模块实时上传给燃气平台。燃气平台接收到5G智能计量柜系统的所有信息后，通过对数据解读、分析，最后给出决策指令反馈给5G智能终端，形成实时立体的监控。

如图3所示，所述5G智能控制模块2包括机壳、开关电源、继电器电路、控制器电源、MCU、5G通讯模块、显示屏、阀门驱动及状态监测电路、RS485通讯接口电路、强排风系统控制及检测功能电路、泄漏报警检测信号电路、开盖检测电路、按键功能电路。所述5G智能控制模块由1路220V市电输入，当外部220V市电输入后，5G智能控制模块通过2路继电器对输入的电源进行管控：市电经过第一继电器后给第1路后端的执行机构防爆轴流风机供电；市电经过第二继电器后给第2路紧急切断阀供电。同时市电会经过防爆接线盒后给第3路可燃气体探测器供电，市电经过开关电源处理、DCDC模块转化后变压为DC24V的电源给第4路计量柜内的采集盒及外设供电。

机壳为整个5G智能控制模块的外壳，起到给5G智能控制模块内部的电路板、开关电源等安装固定的容器，同时确保产品的IP65防护等级设计。

开关电源起到将市电转换为DC24V电源，一方面给整个5G智能控制模块供电，另一方面为计量柜内的采集盒及外设执行机构供电。

继电器电路具备弱电小信号控制强电大信号的作用，通过5G智能控制模块中MCU的控制指令来控制继电器关断达到启停防爆轴流风机及紧急切断阀的目的。

控制器电源则为整个5G智能控制模块供电。

MCU为系统的控制中心，一方面接收来自计量柜的采集数据，做燃气的计费管理，温度压力监测，另一方面管理系统的状态，接收来自可燃气体探测器的泄漏报警信息，若有报警信息会第一时间关闭紧急切断阀，开启防爆轴流风机，并上报报警信息到平台，确保现场得到安全处理，避免燃气事故的发生。MCU会将收集到的系统信息及状态通过5G通讯模块上传到燃气公司平台，实现远传功能。

5G通讯模块则为整个系统通讯核心，能实时的将MCU控制端的信息，通过基站传递到燃气公司平台，确保5G智能计量柜系统的海量数据能无缝的传递到燃气系统平台，有力的支撑了燃气平台系统的数据分析、数据挖掘等项目的开展。

系统配套的显示屏为128*64像素的显示屏，在具备低功耗的基础上，能实时的将5G智能计量柜的累计气量，当前剩余金额，表号，系统时间，阀门开关状态，风机启停状态，紧急切断阀切断状态，备用电池电量及各类报警信息(开盖报警、泄漏报警、剪线报警、市电断电报警、余额不足、欠费等)直观的告知用户。

阀门驱动及状态监测电路则配合MCU进行对计量表具的阀门进行启闭及阀门开启与关闭的状态检测。

RS485通讯接口电路则承担起5G智能控制模块与计量柜采集盒之间的通信及供电桥梁，确保5G智能控制模块能实时感知计量柜中的一切采集数据及状态。

强排风系统控制及检测功能电路一方面用于MCU管理防爆轴流风机的启停，另一方面用于检测防爆轴流风机工作是否正常。

泄漏报警检测信号电路则用于接收可燃气体探测器传递过来的燃气浓度信息及报警信息，方便MCU感知厨房环境，确认是否有燃气泄漏的危险发生。

开盖检测电路则用于确保5G智能终端设备的安全，当有非法的开盖操作时，能第一时间产生报警信息，提醒用户停止非法操作，同时会将开盖报警的信息传递给燃气平台，通知燃气公司派遣人员进行现场检修。

按键功能电路则起到切换显示屏显示界面、取消声光报警信息、主动上报、手动切断紧急切断阀、手动开启防爆风机、手动关闭防爆风机等功能。

如图4所示，所述外设执行机构3包括可燃气体探测器、防爆轴流风机以及防爆接线盒。在本实施例中，对整个5G智能计量柜系统进行了区域的划分，其中5G智能计量柜、柜内设备及柜体周围4.5m区域为国家防爆标准规定的I区，也就是俗称的危险区。防爆轴流风机及可燃气体探测器因为处于工商业用户厨房中，为国家防爆标准规定的II区环境，也为危险区。5G智能控制模块因为安装于远离厨房及计量柜的远端，不受燃气环境的影响，划分为安全区。除设备本身外，对应的连接线及连接接头均需要满足相关的防爆要求，所述温压传感器、工业计量表、流量计与采集盒之间的连接线均需要放置于不锈钢波纹软管(防爆软管)中，同时对应连接头为防爆接头，确保系统走线间符合防爆要求。紧急切断阀及采集盒的对外连接线缆也需要配套防爆软管经防爆接头进防爆接线盒。同时防爆接线盒中，需做好强电、弱电的隔离。两根线缆接独立的端子排后各自对外的防爆接头与5G智能控制模块连接。且两根线在出危险区前均需要配套防爆软管确保传输环境的安全。

可燃气体探测器、防爆轴流风机两者与5G智能控制模块之间的连接线也需要配套防爆软管经防爆接线盒，出危险区后，才可与5G智能控制模块相连。

综上所述，本发明的防爆智能计量柜系统从国家防爆标准出发，根据设备的使用环境，从实际场景中对设备使用环境进行分区防爆设计，真正的做到了整套系统设备的全防爆，确保产品使用的安全性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。