一种空气故障探测装置及其应用制造方法及图纸

本申请涉及一种空气故障探测装置及其应用，空气故障探测装置包括预设有监测程序的MCU模块，分别连接MCU模块的GPS模块、通讯模块、气液信号处理模块、存储卡、人机交互模块、故障LED灯和天线；在空气故障探测器侧，电路连接有用于检测空气阀内压力变化和气液状态的压力传感器、气液传感器、漏水检测模块。空气故障探测装置的应用，根据电源条件可分为低功耗型和普通功耗型两种；普通功耗型在监测到管道内的压力变化值大于MCU模块内设定的阈值时，在设定时间内连续记录压力变化值。低功耗型在监测到管道内的压力变化值大于MCU模块内设定的阈值时，先唤醒MCU模块，再在设定时间内连续记录压力变化值，未有故障报警时，MCU模块处于休眠状态。

【技术实现步骤摘要】
一种空气故障探测装置及其应用
本申请涉及应用于流体输送管道的空气故障探测装置，该装置主要是针对空气阀或管道内的气液参数进行监测，从而反馈空气阀的工作状态；本申请还涉及了空气故障探测器在对空气阀进行监控时的应用方法。
技术介绍
空气阀（进排气阀）是有压流管道输配水系统的必要组件，具有管道充水排气、真空补气、带压状态连续排气提高输水效率，以及在水锤工况下缓慢排气降低水锤弥合高压等重要作用。实际应用中，由于空气阀（进排气阀）质量、性能不良或水中杂质堵塞而引起的管道事故屡见不鲜，常见的空气阀故障包含以下情况：1、空气阀浮球电化学粘连而导致的管道充水排气不畅，和真空工况下不进气导致的的溃管损害；2、高压微量排气阀堵塞导致的管道积气，造成输水效率下降；3、水锤防护型空气阀缓闭盘在水锤工况下无限流功能，不能控制水柱弥合速度，导致防护失效。以上问题中，最常见的是空气阀密封失效，漏水造成的淹井事故，严重的甚至使民房和水工建筑受损。为预防出现上述技术问题，传统的管道输水自动化控制系统中，仅对空气阀处的压力进行监测，但对空气阀的实际工作状态无法提供有效反馈，操作和运行人员不能及时排除空气阀故障，从而仍然会导致严重管道安全事故。同时，常规RTU采集传输单元，因其一直处于采集、传输模式的功耗中，耗电量较大，若采用普通非充电式电池根本无法满足其日常所需，故其所配备的电源多为太阳能电源，能够自主进行充电。而现实环境中，太阳能板充电并不稳定，尤其是在连续的阴雨等无阳光天气，太阳能板无法为电池充电，导致设备整体停用，并且太阳能电源的建设投资和维护成本高，对于输水系统的密集监测限制较大。并且，常规RTU采集传输单元，一般只能做数据大于1秒的定时数据采集传输，该种采集方式一方面会造成大量数据冗余，而另一方面空气阀在进、排气和水锤防护工况下的压力和气液状态的瞬时变化，需要连续的数据采集，同时，缺乏有效数据的存储和传送机制，空气阀的保护作用过程得不到完整监测，无法对其性能提出评价和改进。另外，对于长距离其他流体介质输送管道，出现输送效率下降，以及停泵或关阀操作过程中的异常高压，也应针对性的在管道起伏的关键节点进行高速精确的气液状态监测和数据采集传输，提出对应性的措施，而这些是现有技术中的RTU采集传输单元无法做到的。
技术实现思路
本申请的目的在于提出一种能够针对空气阀，在常态和故障状态下的压力和状态数据提供差异化采集、存储和传送模式的监测装置；并在此目的的基础上，提出一种采取分布式监测，即时就地显示和向控制中心反馈空气阀排气、真空、漏水故障，显示空气阀故障类型，使工作人员能在第一时间对故障空气阀进行定位、定性维护，同时对空气阀在水锤工况下的有效性提供数据分析，并可确保报警和数据传送完整性的应用方法。本申请的目的是这样实现的：一种空气故障探测器，包括设置在壳体内，预设有监测程序的MCU模块、分别连接MCU模块的GPS模块、通讯模块、气液信号处理模块、存储卡、人机交互模块、故障LED灯和天线。在空气故障探测器侧，电路连接有用于检测空气阀内压力变化和气液状态的压力传感器、气液传感器、漏水检测模块，和为空气故障探测器提供电能的电源。其中，压力传感器和气液传感器设置在空气阀下阀体内，或空气阀座下的法兰短管上；漏水检测模块设置在阀井底部。同时，空气故障探测器还能通过无线或有线网络与远程终端通讯，发送故障信息和传送监测数据。进一步的，所述电源为市电、太阳能板和大容量电池。进一步的，所述气液传感模块为电容式液位接近开关，可检测空气阀内流体介质性质，对流体为液体或空气做出判断，并输出开关量信号。进一步的，所述气液传感模块为光电液位传感器，可检测空气阀内流体介质性质，并对流体为液体或空气做出判断，并输出开关量信号。进一步的，所述气液传感模块为电极液位传感器，可检测空气阀内流体介质的电阻率与空气的电阻率，判断流体为水或空气，输出模拟量或开关量信号。进一步的，所述压力传感器能检测相对正压和负压，可在负0.1MPa至额定高压范围内有效测量管道压力，并输出模拟量信号或数字信号。进一步的，所述漏水检测模块为液位浮球开关，可在阀井积水时输出开关量信号。进一步的，所述漏水检测模块为电极开关，可在阀井积水时输出开关量信号。进一步的，所述MCU模块为微处理单元，根据电源类型分低功耗和普通功耗两种。各编制有不同的逻辑程序，用于控制和协调各个模块及故障灯工作，可外接大容量存储卡，具有数据本地存储和SOCKET分包发送处理功能，均可通过通讯模块分类发送故障报警信息和流体状态数据。进一步的，所述人机交互模块为蓝牙模块，在蓝牙模块和MCU模块间设有干簧管磁控开关，所述干簧管磁控开关可由磁铁钥匙控制开启，使得蓝牙模块和MCU模块间电路导通，通过智能手机端的开发程序与MCU模块的通讯，建立人机交互通道，就地显示报警信息和数据状态，设定MCU模块的限值参数和报警逻辑，设置或查看完成后，可移开磁铁钥匙关闭蓝牙模块以节约电能。进一步的，所述人机交互模块为LCD显示屏和键盘，可就地显示报警信息和数据状态，设定MCU模块的诊断参数和报警逻辑。进一步的，所述LED灯可现场显示空气阀故障类型，提示操作人员定性维护和排除故障。进一步的，所述GPS模块可为MCU模块提供授时、校时和定位功能，用于确保时间的精确性和地理定位信息。进一步的，所述通讯模块根据现场应用条件，可采用工业通讯模块、无线模块或4G通讯模块，以有线或无线方式实现空气故障探测器与远程终端的数据交互和信息分类报警。进一步的，所述气液信号处理模块，在气液传感器为电极液位传感器时，可将直流转换为交流，为气液传感器供电，并将气液传感器采集的电阻信号，经设定阈值判断，转换为直流开关量或模拟量信号输出给MCU模块。更进一步地，一种空气故障探测器根据电源条件可分为低功耗型和普通功耗型两种。其中，低功耗空气故障探测器采用低功耗MCU模块，电源可使用内置大容量电池，编制的逻辑诊断程序可使MCU模块、通讯模块、GPS模块和人机交互模块处于休眠和部分休眠，维持低功耗运行。进一步的，所述低功耗空气探测器对空气故障、常态数据和瞬态数据，进行自动报警和采集存储发送，MCU内的逻辑诊断程序，采取唤醒和再休眠机制运行，唤醒条件和运行过程包括：1、人机交互模块查看和设置采用蓝牙模块，由磁铁钥匙和干簧管开关开启蓝牙模块，唤醒MCU模块交互和设置，拔掉磁铁钥匙后可断开蓝牙模块，避免蓝牙模块耗电；2、远程终端访问、设置和解除报警，由通讯模块请求唤醒MCU模块，在设定时间后再次休眠，并可再次唤醒；3、当空气阀发生排气故障时，气液传感器发送空气阀内无水的开关量信号给MCU模块，唤醒MCU模块比对压力传感器的压力信号，在检测到的压力值高于MCU模块内设定的压力值时，可经设定的重复间隔时间比对，确认故障后通过通讯模块发送排气故障警报，告警信息发送成功再次休眠；4、当空气阀发生真空故障本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气故障探测器，其特征在于：包括设置在壳体内，预设有监测程序的MCU模块，分别连接MCU模块的GPS模块、通讯模块、气液信号处理模块、存储卡、人机交互模块、故障LED灯和天线；/n在空气故障探测器侧，电路连接有用于检测空气阀内压力变化和气液状态的压力传感器、气液传感器、漏水检测模块，以及为空气故障探测器提供电能的电源；/n其中，压力传感器和气液传感器设置在空气阀下阀体内，或空气阀座下的法兰短管上；漏水检测模块设置在阀井底部；/n同时，空气故障探测器还能通过无线或有线网络与远程终端通讯，发送故障信息和传送监测数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种空气故障探测器，其特征在于：包括设置在壳体内，预设有监测程序的MCU模块，分别连接MCU模块的GPS模块、通讯模块、气液信号处理模块、存储卡、人机交互模块、故障LED灯和天线；
在空气故障探测器侧，电路连接有用于检测空气阀内压力变化和气液状态的压力传感器、气液传感器、漏水检测模块，以及为空气故障探测器提供电能的电源；
其中，压力传感器和气液传感器设置在空气阀下阀体内，或空气阀座下的法兰短管上；漏水检测模块设置在阀井底部；
同时，空气故障探测器还能通过无线或有线网络与远程终端通讯，发送故障信息和传送监测数据。


2.根据权利要求1所述的一种空气故障探测器，其特征在于：所述MCU模块为微处理单元，根据电源类型分低功耗和普通功耗两种，各编制有不同的逻辑程序，用于控制和协调各个模块及故障灯工作，可外接大容量存储卡，具有数据本地存储和SOCKET分包发送处理功能，均可通过通讯模块分类发送故障报警信息和流体状态数据。


3.根据权利要求2所述的一种空气故障探测器，其特征在于：进一步的，所述气液传感模块为电容式液位接近开关、光电液位传感器、电极液位传感器中的一种；其中电容式液位接近开关或光电液位传感器可检测空气阀内流体介质性质，对流体为液体或空气做出判断，并输出开关量信号；电极液位传感器可检测空气阀内流体介质的电阻率与空气的电阻率，判断流体为水或空气，输出模拟量或开关量信号。


4.根据权利要求2或3所述的一种空气故障探测器，其特征在于：所述气液信号处理模块，在气液传感器为电极液位传感器时，可将直流转换为交流，为气液传感器供电，并将气液传感器采集的电阻信号，经设定阈值判断，转换为直流开关量或模拟量信号输出给MCU模块。


5.根据权利要求2所述的一种空气故障探测器，其特征在于：所述压力传感器能检测相对正压和负压，可在负0.1MPa至额定高压范围内有效测量管道压力，并输出模拟量信号或数字信号。


6.根据权利要求2所述的一种空气故障探测器，其特征在于：所述漏水检测模块为液位浮球开关或电极开关，可在阀井积水时输出开关量信号。


7.根据权利要求2所述的一种空气故障探测器，其特征在于：所述人机交互模块为蓝牙模块，在蓝牙模块和MCU模块间设有干簧管磁控开关，所述干簧管磁控开关可由磁铁钥匙控制开启，使得蓝牙模块和MCU模块间电路导通，通过智能手机端的开发程序与MCU模块的通讯，建立人机交互通道，就地显示报警信息和数据状态，设定MCU模块的限值参数和报警逻辑，设置或查看完成后，可移开磁铁钥匙关闭蓝牙模块以节约电能。


8.根据权利要求2所述的一种空气故障探测器，其特征在于：所述人机交互模块为LCD显示屏和键盘，可就地显示报警信息和数据状态，设定MCU模块的诊断参数和报警逻辑。


9.一种空气故障探测器的应用，其特征在于：根据电源条件可分为低功耗型和普通功耗型两种；区别在于对瞬态工况的数据采集方式不同，普通功耗型空气故障探测器不受气液传感器的开关量信号唤醒限制，在监测到管道内的压力变化值大于MCU模块内设定的阈值时，即可在设定时间内连续记录...

【专利技术属性】
技术研发人员：金波，
申请(专利权)人：西安普特流体控制有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61