一种可实现远程供水管网压力的管理系统

技术领域

本发明涉及阀门远程控制技术领域，具体地说是一种可实现远程供水管网压力的管理系统。

背景技术

进入21世纪以来，科技日新月异，自动化正朝智能化发展，需要安全而又复杂多变场景的自动驾驶技术眼看就要实现。然而基于流体的管网系统发展缓慢，尤其在关乎国际民生的供水管网方面，自动化程度很低，漏损率很高，对水资源造成很大浪费，且我国水源不丰富，更应节约水资源。近年来，国家对此也是相当关注，给以政策资金支持，提出了智慧水务发展方向，并给出了降低漏损目标10%以内。但是由于流体特性，特别对大直径供水管网，开发相应阀门，监控相应参数困难很大，成本很高。四五年来，虽取得一些发展，出现很多管网设备，系统也有不少，但大多只是理论支撑，不具备具体实施的现实情况，至今尚没有能很好解决的系统方案。

因此，开发了一种可以切实可行的，易于实现的，智能按需调整管网压力的压力管理系统。如此既能提高管网利用率，降低漏损、爆管率，高效供水，又能促进管网自动化发展，引领中国智慧水务，在管网系统智能化走向国际前列。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种可实现远程供水管网压力的管理系统，既能提高管网利用率，降低漏损、爆管率，高效供水，又能促进管网自动化发展。

为实现上述目的，设计一种可实现远程供水管网压力的管理系统，包括本地减压稳压阀监控模块、云端压力控制系统、客户端，各个区域的主水管上分别设有本地减压稳压阀监控模块，本地减压稳压阀监控模块内设有导阀控制器，其特征在于：所述的云端压力控制系统包括管网数据收集存储模块、压力需求点分析模块、客户端网站、压力主控模块、客户端管理模块、管网监控处理模块，管网数据收集存储模块通过物联网与主水管上的本地减压稳压阀监控模块连接，管网数据收集存储模块分别连接压力需求点分析模块及管网监控处理模块，压力需求点分析模块分别连接客户端网站及压力主控模块，并且客户端网站与压力主控模块之间相互连接，客户端网站连接客户端管理模块，压力主控模块连接管网监控处理模块；所述的压力主控模块、客户端管理模块及管网监控处理模块分别与客户端连接，所述的客户端内设有客户端服务手机APP及客户端服务电脑软件；所述的管理系统的工作模式包括时间-压力模式、流量-压力模式、智慧模式。

所述的时间-压力模式的具体流程如下：

S11，开始；

S12，由经验设定时间-压力参数进行模拟试验；

S13，客户端网站选择时间-压力模式；

S14，输入时间-压力参数；

S15，时间-压力模式启动的同时管网数据收集存储模块传输信号；

S16，压力主控模块发送控制信号给本地减压稳压阀监控模块；

S17，本地减压稳压阀监控模块内的导阀控制器接收信号；

S18，导阀控制器更改执行；

S19，导阀控制器对比压力值；

S110，导阀控制器启动内部电磁阀；

S111，电磁阀开启液控导阀进行调节工作；

S112，液控导阀控制减压稳压阀调节压力；

S113，管道满足压力需求后进行步骤（S19）；

S114，管网数据收集存储模块传输信号；

S115，压力需求点分析模块及导阀控制器开启数据传输；

S116，管网数据收集存储模块存储数据；

S117，管网监控处理模块处理数据；

S118，管网监控处理模块发送数据；

S119，客户端服务器显示管网信息。

所述的流量-压力模式的具体流程如下：

S21，开始的同时本地减压稳压阀监控模块内的电子流量计采集管网上的流量；

S22，导阀控制器接收流量信号后进行步骤（S28）；

S23，客户端网站选择流量-压力模式；

S24，流量-压力模式启动的同时管网数据收集存储模块传输信号；

S25，压力主控模块发送控制信号给本地减压稳压阀监控模块；

S26，本地减压稳压阀监控模块内的导阀控制器接收信号；

S27，导阀控制器更改执行；

S28，导阀控制器对比流量值；

S29，导阀控制器启动内部电磁阀；

S210，电磁阀开启液控导阀进行调节工作；

S211，液控导阀控制减压稳压阀调节阀门开度；

S212，管道满足流量需求后进行步骤（S21）；

S213，管网数据收集存储模块传输信号；

S214，压力需求点分析模块及导阀控制器开启数据传输；

S215，管网数据收集存储模块存储数据；

S216，管网监控处理模块处理数据；

S217，管网监控处理模块发送数据；

S218，客户端服务器显示管网信息。

所述的智慧模式的具体流程如下：

S31，开始；

S32准备区域流量、高度、距离信息；

S33，客户端网站选择智慧模式；

S34，将高度、流量、距离参数以及最低压力值输入并开启智慧模式；

S35，智慧模式启动的同时客户端网站生产基础数据及管网数据收集存储模块传输信号；

S36，压力需求点分析模块获取数据；

S37，压力需求点分析模块分析数据；

S38，压力主控模块发送控制信号给本地减压稳压阀监控模块；

S39，本地减压稳压阀监控模块内的导阀控制器接收信号；

S310，导阀控制器更改执行；

S311，导阀控制器对比压力值；

S312，导阀控制器启动内部电磁阀；

S313，电磁阀开启液控导阀进行调节工作；

S314，液控导阀控制减压稳压阀调节压力；

S315，管道满足压力需求后进行步骤（S311）；

S316，管网数据收集存储模块传输信号；

S317，压力需求点分析模块及导阀控制器开启数据传输；

S318，管网数据收集存储模块存储数据后进行步骤（S36）；

S319，管网监控处理模块处理数据；

S320，管网监控处理模块发送数据；

S321，客户端服务器显示管网信息；

S322，客户端发送数据异常控制信号；

S323，压力主控模块接收并发送异常控制信号后进行步骤（S39）。

所述的本地减压稳压阀监控模块包括信号天线、导阀控制器的控制及数据通信盒、导阀控制器的电磁阀盒、导阀控制器的电池盒、三通开关、液控导阀、减压稳压阀导向阀、减压稳压阀、管道、过滤器、三通接头、连接软管，相邻管道之间通过减压稳压阀连接，减压稳压阀的上部连接设有减压稳压阀导向阀的一端，减压稳压阀导向阀的另一端连接液控导阀的一端，液控导阀的另一端通过三通开关及软管分别连接导阀控制器的电磁阀盒及第一三通接头的第一端，第一三通接头的第二端连接减压稳压阀，第一三通接头的第三端通过过滤器连接第二三通接头的第一端，第二三通接头的第二端连接导阀控制器的控制及数据通信盒，第二三通接头的第三端连接导阀控制器的电磁阀盒；所述的导阀控制器的控制及数据通信盒与减压稳压阀及管道上的压力、流量传感器连接，导阀控制器的控制及数据通信盒的顶部连接信号天线；导阀控制器的控制及数据通信盒通过电线与导阀控制器的电磁阀盒连接，电线与导阀控制器的电磁阀盒通过电线与导阀控制器的电池盒连接。

所述的液控导阀包括阀体、锁紧螺母、上压盖、下压板、膜片、顶针，阀体的顶部连接上压盖形成腔体结构，并且位于阀体及上压盖之间设有膜片，上压盖的顶部连接上部锁紧螺母；位于膜片的底部设有下压板，膜片的顶部设有顶针的上端，顶针的下端贯穿膜片、下压板及阀体，并位于阀体的下方；所述的阀体的下部套设有3个下部锁紧螺母。

本发明同现有技术相比，提供一种可实现远程供水管网压力的管理系统，既能提高管网利用率，降低漏损、爆管率，高效供水，又能促进管网自动化发展。

附图说明

图1为本发明系统连接图。

图2为本发明系统布局图。

图3为本发明时间-压力模式流程图。

图4为本发明流量-压力模式流程图。

图5为本发明智慧模式流程图。

图6为本地减压稳压阀监控模块结构图。

图7为本地减压稳压阀监控模块结构主视图。

图8为液控导阀剖视图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，云端压力控制系统包括管网数据收集存储模块、压力需求点分析模块、客户端网站、压力主控模块、客户端管理模块、管网监控处理模块，管网数据收集存储模块通过物联网与主水管上的本地减压稳压阀监控模块连接，管网数据收集存储模块分别连接压力需求点分析模块及管网监控处理模块，压力需求点分析模块分别连接客户端网站及压力主控模块，并且客户端网站与压力主控模块之间相互连接，客户端网站连接客户端管理模块，压力主控模块连接管网监控处理模块；所述的压力主控模块、客户端管理模块及管网监控处理模块分别与客户端连接，所述的客户端内设有客户端服务手机APP及客户端服务电脑软件；所述的管理系统的工作模式包括时间-压力模式、流量-压力模式、智慧模式。

如图3所示，时间-压力模式的具体流程如下：

S11，开始；

S12，由经验设定时间-压力参数进行模拟试验；

S13，客户端网站选择时间-压力模式；

S14，输入时间-压力参数；

S15，时间-压力模式启动的同时管网数据收集存储模块传输信号；

S16，压力主控模块发送控制信号给本地减压稳压阀监控模块；

S17，本地减压稳压阀监控模块内的导阀控制器接收信号；

S18，导阀控制器更改执行；

S19，导阀控制器对比压力值；

S110，导阀控制器启动内部电磁阀；

S111，电磁阀开启液控导阀进行调节工作；

S112，液控导阀控制减压稳压阀调节压力；

S113，管道满足压力需求后进行步骤（S19）；

S114，管网数据收集存储模块传输信号；

S115，压力需求点分析模块及导阀控制器开启数据传输；

S116，管网数据收集存储模块存储数据；

S117，管网监控处理模块处理数据；

S118，管网监控处理模块发送数据；

S119，客户端服务器显示管网信息。

如图4所示，流量-压力模式的具体流程如下：

S21，开始的同时本地减压稳压阀监控模块内的电子流量计采集管网上的流量；

S22，导阀控制器接收流量信号后进行步骤（S28）；

S23，客户端网站选择流量-压力模式；

S24，流量-压力模式启动的同时管网数据收集存储模块传输信号；

S25，压力主控模块发送控制信号给本地减压稳压阀监控模块；

S26，本地减压稳压阀监控模块内的导阀控制器接收信号；

S27，导阀控制器更改执行；

S28，导阀控制器对比流量值；

S29，导阀控制器启动内部电磁阀；

S210，电磁阀开启液控导阀进行调节工作；

S211，液控导阀控制减压稳压阀调节阀门开度；

S212，管道满足流量需求后进行步骤（S21）；

S213，管网数据收集存储模块传输信号；

S214，压力需求点分析模块及导阀控制器开启数据传输；

S215，管网数据收集存储模块存储数据；

S216，管网监控处理模块处理数据；

S217，管网监控处理模块发送数据；

S218，客户端服务器显示管网信息。

如图5所示，智慧模式的具体流程如下：

S31，开始；

S32准备区域流量、高度、距离信息；

S33，客户端网站选择智慧模式；

S34，将高度、流量、距离参数以及最低压力值输入并开启智慧模式；

S35，智慧模式启动的同时客户端网站生产基础数据及管网数据收集存储模块传输信号；

S36，压力需求点分析模块获取数据；

S37，压力需求点分析模块分析数据；

S38，压力主控模块发送控制信号给本地减压稳压阀监控模块；

S39，本地减压稳压阀监控模块内的导阀控制器接收信号；

S310，导阀控制器更改执行；

S311，导阀控制器对比压力值；

S312，导阀控制器启动内部电磁阀；

S313，电磁阀开启液控导阀进行调节工作；

S314，液控导阀控制减压稳压阀调节压力；

S315，管道满足压力需求后进行步骤（S311）；

S316，管网数据收集存储模块传输信号；

S317，压力需求点分析模块及导阀控制器开启数据传输；

S318，管网数据收集存储模块存储数据后进行步骤（S36）；

S319，管网监控处理模块处理数据；

S320，管网监控处理模块发送数据；

S321，客户端服务器显示管网信息；

S322，客户端发送数据异常控制信号；

S323，压力主控模块接收并发送异常控制信号后进行步骤（S39）。

如图6，图7所示，本地减压稳压阀监控模块包括信号天线、导阀控制器的控制及数据通信盒、导阀控制器的电磁阀盒、导阀控制器的电池盒、三通开关、液控导阀、减压稳压阀导向阀、减压稳压阀、管道、过滤器、三通接头、连接软管，相邻管道1之间通过减压稳压阀2连接，减压稳压阀2的上部连接设有减压稳压阀导向阀3的一端，减压稳压阀导向阀3的另一端连接液控导阀4的一端，液控导阀4的另一端通过三通开关12及软管分别连接导阀控制器的电磁阀盒6及第一三通接头10的第一端，第一三通接头10的第二端连接减压稳压阀2，第一三通接头10的第三端通过过滤器9连接第二三通接头11的第一端，第二三通接头11的第二端连接导阀控制器的控制及数据通信盒5，第二三通接头11的第三端连接导阀控制器的电磁阀盒6；所述的导阀控制器的控制及数据通信盒5与减压稳压阀2及管道1上的压力、流量传感器连接，导阀控制器的控制及数据通信盒5的顶部连接信号天线8；导阀控制器的控制及数据通信盒5通过电线与导阀控制器的电磁阀盒6连接，电线与导阀控制器的电磁阀盒6通过电线与导阀控制器的电池盒7连接。

如图8所示，液控导阀4包括阀体、锁紧螺母、上压盖、下压板、膜片、顶针，阀体4-6的顶部连接上压盖4-2形成腔体结构，并且位于阀体4-6及上压盖4-2之间设有膜片4-4，上压盖4-2的顶部连接上部锁紧螺母4-1；位于膜片4-4的底部设有下压板4-5，膜片4-4的顶部设有顶针4-3的上端，顶针4-3的下端贯穿膜片4-4、下压板4-5及阀体4-6，并位于阀体4-6的下方；所述的阀体4-6的下部套设有3个下部锁紧螺母4-7。

本发明提出的一种智慧管网压力管理系统，为了更清晰的说明，其实施例分以下方式，系统布局仅代表可能的众多情形的一种情况。如图1所示，以主管路经减压稳压阀减压后分7条支管供不同场景使用。其中，左侧管路连接图构成本地硬件连接系统，右侧云端和客户端及导阀控制器和压力传感器内程序构成软连接系统，连接线代表数据传递。

本地减压稳压阀监控模块，即先导减压稳压阀、液控导阀、导阀控制器的组成的本地连接系统。其连接如图5，图6所示，根据图中所示：先导减压稳压阀安装在管道上，液控导阀用螺母固定在先导减压稳压阀的先导阀上，导阀控制器放置在减压阀一侧。导阀控制器的压力口、液控导阀进出水口、主阀取压口用快接软管连接。为方便维护和便与管理，导阀控制器做成组合模块；模块包含左侧的压力传感器、控制芯片、物联网卡等电子控制及数据通信盒，中间的多通道电磁阀盒，右侧的电池盒，三个控制盒用防呆电线插头连接。外接的天线能保证信号在恶劣环境中使用。

本发明所需的云端及服务端包含的8款或软件或网站或服务需要运行并连接互联网，并根据需要配置开启数据传输功能。本地导阀控制器需安装物联网卡并启动数据传输，并配置启用内部预控制程序，7支物联网压力传感器插物联网卡并启动数据传输。数据关联关系按图中连线所示，所隐含的减压稳压阀后端压力调节直接影响后端压力传感器处压力这一流体特性并未清晰明示，此关键闭环控制在此特别说明。

本发明实现的功能。启用本智慧管网压力管理系统，能对减压稳压阀后端压力按满足后端7只支路远端用户需求压力调整。此需求压力为全天24小时动态需求压力，且满足后端所有用户的用水需求的压力，其智能调整精确到最细1分钟间隔调整。管网参数显示将在客户端服务软件上显示，参数有减压稳压阀前后端压力、7只物联网压力传感器处压力、7只管路使用的流量，且压力、流量为稍微延时的数据，延时约5s实时情况。客户端服务软件上还显示有系统运行情况，异常报警情况。同时客户端服务软件有人工控制减压稳压阀的手动调节按钮，通过该按键能关闭或开启减压稳压阀，但启动该功能会暂停自动调节，直到关闭该选项才能恢复。这样通过报警，人工核实后紧急操作来处理突发情况变得很是方便。异常自动控制调节也可根据设置情形实现，为避免用户断水的突发性，开启此功能需要客户审慎考虑。特别的，客户端服务软件存有压力和流量这两个关键参数日运行图，并以图片的形式存储在本地设备上，方便客户对以往运行情况查询和分析。

本发明运行设置。系统管理员利用客户端管理软件创建客户账号，客户利用账号登陆客户端网站。每个账号拥有专属的网络可视操作界面，页面内进行使用设置。设置具体为以下几点：设备的绑定。绑定以设备号来实现，每个设备有一个专属的序列号。本例中导阀控制器、7只压力传感器有专属序列号需要绑定。

设备属性设置，配置设备的初始化，如物联网卡号、采样周期、数据发送周期、工况基础参数、异常报警方式、压力限制参数等。运行模式包含模式选择和模式属性设置，保存启用。

本发明运行以“智慧模式”，如图5所示，启动准备，根据本实例物联网传感器安装位置，需要准备末端分区用户最大流量、区域使用最大高度、以及输送最大距离，然后输入客户端网站即可启动“智慧模式”。

系统启动后，数据收集存储软件会发送数据开始收集命令，末端7只物联网压力传感器接收命令后开始传输压力数据，导阀控制器接收命令后会传输前后端压力、流量计流量值，数据收集存储软件接收并存储数据。

压力控制方面，稳态获取，压力需求分析软件获取网站输入的流量、高度、距离参数计算满足7个用户区需求的各个最小压力，同时调取数据收集存储软件存储的数据，进行运算得出需求的最低压力；然后以此最低压力为基准，比较采集的末端压力数据，生成压力控制数据，并通知云端主控软件；云端主控获取压力控制数据，整合成减压阀控制命令并发送控制信号，导阀控制器接收信号更改本地控制程序控制液控导阀动作，液控导阀调节减压稳压阀后端压力，进而远端物联网传感器处压力获得改变直到相等；这时压力需求分析软件获取减压稳压阀后端压力并进行稳态存储；调节随着时间进行，记录一周运行数据，压力需求分析软件计算每天各个时段的稳态减压稳压阀后端压力值并按压力对时段划分，生成整合的时间-压力数据。二稳态控制，云端主控向压力需求分析软件获取时间-压力数据，生产按时间-压力控制的控制信号，导阀控制器接收信号更改本地控制程序改为按时间-压力模式执行，导阀控制器比较减压稳压阀后端压力调节液控导阀，液控导阀调节减压稳压阀满足后端压力需求。三稳态运行时，压力需求分析软件分析收集的数据并记录偏离最小压力值，每隔7天修正时间-压力数据，进行稳态调控，以修正不同使用情形。

管网监控方面，管网监控处理软件调取数据收集存储软件的数据，进行图形处理、流量计算、异常计算，处理后数据发送到客户端软件上，手机APP和客户端服务电脑软件进行显示管网信息。如果出现异常，可以利用客户端向云端主控发送异常控制数据，由云端主控生成压力控制信号控制管网压力。

多台本地减压稳压阀联合区域实施结构布局如图2所示。泵站之后，主管道每个支路和细分压力区安装本地管网减压稳压阀控制子系统，用户端不利重要节点部署物联网压力传感器。通过不利点数据对比形成稳态时间-压力，控制本地精准的调压系统，实现大区域管网压力管控。

多级联合控制功能，前二支路形成二级本地管网减压稳压阀控制子系统，前级通过获取末级前端需求压力，并整合管控区域压力需求来实现双路最小压力需求。

更全面的监测控制功能，通过本部署，实现全区域压力监察，分段流量计算，各支路压力按需求控制。

兼容的联合系统功能，能够兼容水务系统的SCADA系统软件一起使用，像水厂监测系统、二次供水监测系统、泵站监测系统，是通过组网+SCADA来实现的，像大部地区水司做的DMA分区都是智慧水务的一部分，对城市管网部分区域内进行实时监测管控，结合本智慧管网压力管理系统对区域供水实现更广泛的压力管理。通过智慧压力管理系统的客户端显示管网数据信息；水厂自动控制、远程手动控制来实现管控的多钟需求。有效解决在失效情况下的安全压力管控措施。

智慧压力管理系统可对管网的压力精细化实时调节，从而反馈信息给供水泵站调度系统，来实现整个供水管网的压力管控。更多节点系统的安装，更细分的管控区域，实现了远程监测与控制，根据不利点压力数据采集、分析，调控减压稳压阀控制管网压力，使得自适应智慧压力控制能够切实可行，可靠实现。