CN107228729A - 基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器 - Google Patents

Abstract

如附图1所示，本发明所述基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器是一种基于对待检测管路主动制造预压力，采集并分析管路中流体的力学状况数据，并依此判断管路末端阀门状态的阀门状态传感器。所述末端阀门状态传感器主要由①微功率预压泵、②传感变送装置（包括但不限于流量变送器、压力变送器及其他任何可以检测、采集管路中流体的力学数据的单一变送器或若干变送器组合装置）和③微控制器和必要附件等组成。

Description

基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种利用动态分析管路中流体的力学参数实现检测末端阀门状态的传感器。

背景技术

工农业生产、日常生活中很多领域都需要检测末端阀门的状态，以实现自动控制循环泵或增压泵启动或停止的目的。现有末端阀门状态的检测装置依靠管路静压力工作，所谓静压力就是管路的输入输出口液面之间存在高度差形成的压强差。以静压力为技术前提的末端阀门状态检测装置分为“流量式”和“压强式”两种：所谓“流量式”就是利用末端阀门打开后，管路内液体在压强梯度力的驱动下排出，管路流量增大，当管路上的流量传感器检测到流量增大到一定的时候，控制总成即发出“末端阀门被打开”的信号，控制总成随即打开泵的一种末端阀门状态检测方式；所谓“压强式”就是末端阀门打开后，由于液体流速增大，导致管路压力由于伯努利原理降低，当管路上的压力传感器检测到压力降低到设定阈值时，控制总成即发出“末端阀门被打开”的信号的一种末端阀门状态检测方式。综上所述，无论是“流量式”还是“压强式”检测，其检测末端阀门状态的前提都是这个管路无论泵是否启动，都存在可使液体从输入口往输出口流动的驱动力，即静压力，若不存在充分的静压力，这些检测装置将无法发挥作用。“压强式”和“流量式”检测这种需要一定静压力的检测方式，存在两个非常严重的问题：一是管路上必须具有可以形成静压力的条件，具体到实际中就是，管路的输入和输出口液面之间必须具有足够的正高度差（即输入口液面充分高于输出口液面），否则无法进行检测,这个前提条件极大地限制了这两种检测方法的适用范围，因为在很多时候，液体的输入口和输出口液面之间并不具备形成高度差的条件，有时甚至输入口液面比输出口的位置还要低，不仅没有正高差，反而形成了负高差，例如大多数高层楼房的消防水池一般建在地面，因此消防水的输入口就比需要消防水的输出口位置低很多，楼层高的甚至低上百米，对于这种情况，现有的末端阀门检测装置就不能有效工作。其二是现有检测装置仅依靠阈值判断检测，在管路有少量渗漏的时候，必然会导致***“抖动”，这是因为渗漏使管路压强不断降低，当管路压强因持续渗漏而导致压强降低到启动阈值时，控制装置就会误以为末端水阀已被打开，从而命令泵启动，由于这时末端阀门事实上并未打开，泵启动后管路压强迅速增大，控制***检测到压强达到阈值以上时，立刻令泵关闭，泵关闭之后，由于渗漏并未停止，因此，管路上的压强将再次降低并导致泵再次启动，如此往复不停让泵处于“启动-停止-启动-停止…”的异常循环状态，这种频繁的启动停止不仅带来电能浪费、噪声污染、电网冲击等一系列问题，甚至产生引发过压***等事故。因此，设计一种不需要管路静压力即可工作的末端阀门状态检测装置在减少事故、提高设备便利性和节能环保方面均具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有末端阀门检测技术方案中须要在管路输入口和输出口液面之间有一个落差形成静压力才能检测以及这种检测容易被渗漏等现象干扰形成“抖动”的问题，提供一种无需静压力驱动、不易受到渗漏等外界因素干扰的新型阀门状态传感器。所述新型阀门状态传感器的基本原理是，通过受控预压装置（预压泵等）间歇性的给管路制造一个可以影响管路中流体的力学状态的预压驱动力，通过数据分析技术对管路中流体的力学状态进行实时分析和判断，进而实现对末端阀门状态（开启/关闭）的检测。根据这一原理，本发明开发了基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器这一全新的传感装置。所述传感装置的结构主要包括：①微功率预压泵，②传感变送装置（包括但不限于流量传感器、压力传感器及其他任何可以检测管路中流体的力学状况的单一传感器或若干传感器组合装置）和③可编程控制器三个部分，上述各个部分按图1所示连接构成一个有机整体，构成的有机整体按照设计的工作逻辑运行，实现检测，其基本工作逻辑为：所述微功率预压泵在可编程控制器的控制下给管路制造预压力，所述传感变送装置实时检测所述管路上的流体的力学状况并将数据传输给所述可编程控制器进行分析，由于末端阀门在关闭和开启的状态下，所述管路中流体的力学状况显著不同（以管路中的压强为例，主泵未启动，末端阀门关闭时，压强数据将随所述微功率预压泵的启动/停止同步升高、降低；主泵未启动，末端阀门开启时，由于微功率预压泵流量较低，管路中的压强将始终接近于0；主泵启动后，末端阀门关闭瞬时，压强数据将急速上升），所述可编程控制器通过对管路中流体的力学状态数据进行实时采集，并将数据特征与数据库中存储的数据特征进行比对，即可判断出末端阀门的启闭状态，从而实现对管路增压/循环泵的自动控制。同时，由于所述新型传感器不是根据一次采样数据进行单一阈值判断然后做出控制指令的，而是根据数据分析的结果进行多指标综合判断的，因此可以非常有效地区别阀门的启闭状态和渗漏等干扰因素，有效防止了“抖动”等异常现象的产生。

如附图1所示，本发明所述基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器是包括①微功率预压泵、②传感变送装置（包括但不限于流量变送器、压力变送器及其他任何可以检测、采集管路中流体的力学状况数据的单一变送器或若干变送器组合装置）和③可编程控制器等组成，所述微功率预压泵①和所述传感装置②与所述可编程控制器③之间有线束（电缆和（或）光缆）连接，所述可编程控制器③有一个信号输出接口与主泵的启停装置连接，所述微功率预压泵①和所述可编程控制器③均使用直流稳压电源供电。上电后，所述微功率预压泵①在所述可编程控制器③的控制下工作，使管路中流体的力学状态发生改变，所述传感变送装置②（包括但不限于流量变送器、压力变送器及其他任何可以检测、变送管路中流体的力学状况的单一变送器或若干变送器组合装置）采集所述管路中的流体的力学状况，并将采集到的数据发送给所述可编程控制器③进行处理分析，所述可编程控制器③根据这些数据的变化趋势做出末端阀门开启/关闭的判断，并向管路主泵的启停装置发出启动或关停泵的信号，实现对主泵的自动控制。

所述微功率预压泵①是一个可以频繁启停的小功率泵，在所述可编程控制器的控制下工作，实践中，以小口径支管接在输送流体的管路上，从而给主管路制造预压力。

所述传感变送装置②是可以实时检测、采集管路流体力学变化数据并将这些数据传送给所述可编程控制器③的单个变送器或由若干个变送器组成的传感变送装置，与所述可编程控制器③连接并通信，实践中，可选用压力传感器、流量传感器、涡街传感器的一种或多种组合。

所述可编程控制器③是一个具有数据收集、分析和判断功能，并可以根据判断向执行器（如泵机）发出指令，同时具备必要的数据库存储容量的计算控制装置，与所述微功率预压泵①和所述传感变送装置②连接通信，同时与执行器（泵机）接口。实践中，所述可编程控制器选用具有足够的模拟和数字输入输出接口、功率驱动接口，具备动态实时数据分析所需的运算能力、存储空间的可编程控制器。

附图说明

图1：基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器结构逻辑图：①微功率预压泵 ②传感变送装置 ③可编程控制器。

图2：基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器实施例1结构图：①微功率预压泵 ②传感变送装置 （②-1扩散硅压力变送器，②-2涡轮流量变送器）③可编程控制器。

图3：基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器实施例2结构图：①微功率预压泵 ②传感变送装置（涡轮流量变送器）③可编程控制器。

具体实施方式

实施例1：如图2所示，本实施例中所述基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器由①微功率预压泵、②传感变送装置（由②-1扩散硅压力变送器和②-2涡轮流量变送器组合构成）和③可编程控制器构成，优化地，在本实施例中，所述微功率预压泵①选用功率为3W,电压为直流24V的无刷离心泵，所述传感变送装置②选用由量程为0~100kPa扩散硅压力变送器②-1和量程为0~4m³/h的涡轮流量变送器②-2结合组成，所述可编程控制器③选用ONRUN 品牌的VHRCM4-V1型混合域可编程控制器，所述微功率预压泵①与所述可编程控制器③连接，所述传感变送装置②中扩散硅压力变送器②-1和涡轮流量变送器②-2分别与所述可编程控制器③连接并通信，所述可编程控制器③与执行器（主泵）的启停装置连接。所述微功率预压泵①两端以较细管道与主管路接通，构成所述传感变送装置②的扩散硅压力变送器②-1和涡轮流量变送器②-2装在管路中，所述微功率预压泵①、所述传感变送装置②和所述可编程控制器③的电源采用24V直流电源供电，工作时，所述微功率预压泵①根据所述可编程控制器③的指令进行间歇性启停，在管路中制造可以导致管路中流体的力学状态变化的往复变化的驱动力，所述传感变送装置②实时采集管路压力和流量的变化数据并发送给所述可编程控制器③，所述可编程控制器③接收、分析来自构成所述传感变送装置②流量和压力数据，可编程控制器根据预设规则对阀门状态做出判断（预设规则为：管路流量接近0，管路压力随预压泵同步波动：末端阀门关闭，主泵未启动；管路流量接近0，管路压力迅速升至满量程：末端阀门关闭，主泵已经启动；管路流量较低，管路压力接近0：末端阀门开启，主泵未启动；管路流量接近满量程，管路压力在较高水平稳定：末端阀门开启，主泵启动，所述“较高水平”、“接近0”等的阈值标准在实践中校准确定），可编程控制器根据分析结果向主泵启停装置发出启动或关停主泵的指令，实现对管路泵机的自动控制。

实施例2：如图2所示，本实施例中所述基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器由①微功率预压泵、②传感变送装置（涡轮流量变送器）和③可编程控制器构成，优化地，在本实施例中，所述微功率预压泵①选用功率为5W,电压为直流24V的无刷离心泵，所述传感变送装置选用量程为0~1m³/h的涡轮流量变送器，所述可编程控制器③选用ONRUN 品牌的VHRM430-V1型数字模拟可编程控制器，所述微功率预压泵①与所述可编程控制器③连接，所述传感变送装置与所述可编程控制器③连接并通信，所述可编程控制器③与执行器（主泵）的启停装置连接。所述微功率预压泵①两端以较细管道与主管路接通，所述传感变送装置②的涡轮流量变送器装在管路中，所述微功率预压泵①、所述传感变送装置②和所述可编程控制器③的电源采用24V直流电源供电，工作时，所述微功率预压泵①根据所述可编程控制器③的指令进行间歇性启停，在管路中制造可以导致管路中流体的力学状态变化的往复变化的驱动力，所述传感变送装置②实时采集管路压力和流量的变化数据并发送给所述可编程控制器③，所述可编程控制器③接收、分析来自构成所述传感变送装置②流量和压力数据，可编程控制器根据预设规则对阀门状态做出判断（预设规则为：管路流量接近0且稳定：末端阀门关闭；管路流量较低：末端阀门开启，主泵未启动；管路流量接近满量程：末端阀门开启，主泵启动，所述“较高水平”、“接近0”等的阈值标准在实践中校准确定），可编程控制器根据分析结果向主泵启停装置发出启动或关停主泵的指令，实现对管路泵机的自动控制。

Claims (5)

1.基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器,其特征在于：它包括①微功率预压泵、②传感变送装置（包括但不限于流量变送器、压力变送器及其他任何可以检测、采集管路中流体的力学状况数据的单一变送器或若干变送器的组合装置）和③可编程控制器等组成，所述微功率预压泵①和所述传感变送装置②与所述可编程控制器③之间有线束（电缆和（或）光缆等）连接，所述可编程控制器③有信号输出接口与管路主泵的启停装置连接，所述微功率预压泵①和所述可编程控制器③均使用直流电源供电；启动后，所述微功率预压泵①依照所述可编程控制器③的指令工作，所述微功率预压泵①的间歇性工作在管路上产生一定的压力，所述传感变送装置②（包括但不限于流量变送器、压力变送器及其他任何可以监测管路中流体的力学状况的单一变送器或若干变送器组成的组合装置）检测、采集所述管路内的管路中流体的力学状况（以管路中的压强为例，主泵未启动，末端阀门关闭时，压强数据将随所述微功率预压泵的启动/停止同步升高、降低；主泵未启动，末端阀门开启时，由于微功率预压泵流量较低，管路中的压强将始终接近于0；主泵启动后，末端阀门关闭瞬时，压强数据将急速上升），并将反映这些影响的数据发送给所述可编程控制器③进行分析，所述可编程控制器通过对管路中流体的力学状态数据进行实时采集，并将数据特征与数据库中存储的数据特征进行比对，即可判断出末端阀门的启闭状态，所述可编程控制器③根据判断结果向管路主泵的启停装置发出一定的信号，从而实现对管路增压/循环泵的自动控制。

2.根据权利1要求的基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器，其特征在于：所述微功率预压泵①是一个小功率泵，与所述可编程控制器③连接；实践中，用小口径管路接在输送流体的主管道上，对主管路进行“预压”操作。

3.根据权利1或2要求的基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器，其特征在于：所述传感变送装置②是可以实时检测、采集管路中流体的力学状况数据的由一个或多个变送器组成的传感变送装置，与所述可编程控制器③连接；实践中，所述传感变送装置②安装在管路中。

4.根据权利1或2或3 要求的基于末端动态数据分析技术的预压式末端阀门状态传感器，其特征在于：所述可编程控制器③是一个具有数据收集、分析和判断功能，并可以根据判断向执行器（如管路中主泵）的启停装置发出指令的控制计算装置，与所述微功率预压泵①和所述传感变送装置②连接，同时与执行器（管路主泵等）的启停装置连接。

5.实践中，所述可编程控制器③根据预设程序控制所述微功率预压泵①启动、停止，同时接收来自所述传感变送装置②采集的数据，并对这些数据进行缓存、处理、判断，然后根据做出的判断向执行器的启停装置发出启动或停止主泵的指令。