專利名稱：一種利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控流體傳輸管道的監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)對流體傳輸管道以及河流液位、成分進 行監(jiān)控管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本系統(tǒng)尤其適用對于自來水、石油、天然氣等大型流 體管道進行監(jiān)控。
背景技術(shù)：
目前對于長距離流體管道傳輸系統(tǒng)缺乏相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控傳輸系統(tǒng)。主要原 因由于這些管道傳輸距離比較長，同時管道交錯復(fù)雜。很難做到全方位的監(jiān)控。 能源資源已經(jīng)成為全球非常關(guān)注的問題。很多不法分子利用沒有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的缺 陷，對管道所傳送的石油、天然氣等資源進行盜竊。同時當(dāng)出現(xiàn)管道阻塞、泄 漏、水位急劇上升、下水道阻塞等缺陷時很難準(zhǔn)確定位，和在第一時間通知相 關(guān)責(zé)任人進行處理。發(fā)明內(nèi)容隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍越來越全面，目前在我國無線 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋已經(jīng)達到卯％以上，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)除了基本的語音業(yè)務(wù)外，還支持相應(yīng) 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。本系統(tǒng)發(fā)展基于無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，充分利用其中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能。 本發(fā)明的目的是通過目前的無線網(wǎng)絡(luò)作為傳輸通道，完成對流體管道內(nèi)輸送情 形進行時時監(jiān)控。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)被阻塞、泄漏等急劇故障時，能準(zhǔn)確及時發(fā)送告 警信息，并及時將信息上報相關(guān)責(zé)任人進行處理。本發(fā)明核心思想是將目前的無線網(wǎng)絡(luò)和先進流體流量、液位采集技術(shù)結(jié)合 起來，從而形成一套完成流體流量監(jiān)控系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控流體傳輸管道的監(jiān)控系統(tǒng)，其主要由流量采集單元FCU (Flux Collection Unit )、數(shù)據(jù)收發(fā)單 元DTRU (Date Transmit&Receiver Unit)、操作維護中心OMC (Operation and
Maintenance Center)、電源供給模塊PSM (Power Supply Module) 、 GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)五部分組成。該流量采集單元FCU安裝在各類液體輸送管道表面，其主要準(zhǔn)確采集輸油 管道內(nèi)部流動液體的流量，同時將釆集到的流量數(shù)值調(diào)制打包后通過無線射頻 信號發(fā)送到GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)；該電源供給模塊PSM其主要功能是為該 流量采集單元FCU提供電源，將交流電源或者太陽能電池轉(zhuǎn)化為FCU所需要的 3.7V電源，同時進行能源儲備；該數(shù)據(jù)收發(fā)單元DTRU采用GPRS模塊，將采 集到的流量數(shù)據(jù)傳遞到現(xiàn)有的GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)，同時接收從GSM或 CDMA無線網(wǎng)絡(luò)傳送下來的監(jiān)控數(shù)據(jù)和指令，通過GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)建 立該流量采集單元FCU和操作維護中心OMC之間的傳輸路徑；該操作維護中 心OMC其主要功能是監(jiān)控管理整個液體輸送管道內(nèi)部輸送狀況，其主要是依 據(jù)各個流量采集單元FCU所采集到的數(shù)據(jù)信息進行集中統(tǒng)一處理，監(jiān)控各個管 道的工作狀態(tài)和流量，并對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、計算，當(dāng)管道出現(xiàn)泄漏狀態(tài)時， 發(fā)出相應(yīng)的視覺告警和聲音告警，并將管道相應(yīng)的位置、狀態(tài)、通過GSM或 CDMA無線網(wǎng)絡(luò)以短信的方式通知相應(yīng)的責(zé)任人進行處理。


圖l為本發(fā)明一種利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控流體傳輸管道的監(jiān)控系統(tǒng)整個系 統(tǒng)的工作架構(gòu)圖。圖2為流量采集單元FCU的工作架構(gòu)圖。 圖3為數(shù)據(jù)收發(fā)單元DTRU的工作架構(gòu)圖。 .圖4為操作維護中心OMC的工作原理圖。鼎錄討眾所周知，目前的液體流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問 題，這是因為一般流量計隨著測量管徑的增大會帶來制造和運輸上的困難，造 價提高、能損加大、安裝費時等缺點。本發(fā)明以石油管道輸送監(jiān)控系統(tǒng)為例進 行詳細描述。圖l為一種利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控流體傳輸管道的監(jiān)控系統(tǒng)整個系統(tǒng)的工 作架構(gòu)圖，其主要由流量采集單元FCU (Flux Collection Unit )、數(shù)據(jù)收發(fā)單
元DTRU ( Date Transmit&Receiver Unit)、操作纟隹護中A、OMC ( Operation and Maintenance Center)、電源供給模塊PSM (Power Supply Module) 、 GSM或 CDMA無線網(wǎng)絡(luò)五部分組成。該流量采集單元FCU安裝在各類液體輸送管道表面，其主要準(zhǔn)確采集輸油 管道內(nèi)部流動液體的流量，同時將采集到的流量數(shù)值調(diào)制打包后通過無線射頻 信號發(fā)送到GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)，通過該無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)收發(fā) 單元DTRU，數(shù)據(jù)收發(fā)單元DTRU在接收到這些無線信號后，將數(shù)據(jù)進行解調(diào) 回復(fù)原來的數(shù)值信號，同時將數(shù)值信號通過RS232接口將數(shù)值發(fā)送到操作維護 中心OMC;該電源供給模塊PSM其主要功能是為該流量采集單元FCU提供電 源，將交流電源或者太陽能電池轉(zhuǎn)化為FCU所需要的3.7V電源，同時進行能源 儲備；該數(shù)據(jù)收發(fā)單元DTRU采用GPRS模塊，將采集到的流量數(shù)據(jù)傳遞到現(xiàn) 有的GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)，同時接收從GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)傳送下來的 監(jiān)控數(shù)據(jù)和指令，通過GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)建立該流量采集單元FCU和操作 維護中心OMC之間的傳輸路徑；該操作維護中心OMC其主要功能是監(jiān)控管理 整個液體輸送管道內(nèi)部輸送狀況，其主要是依據(jù)各個流量采集單元FCU所采集 到的數(shù)據(jù)信息進行集中統(tǒng)一處理，監(jiān)控各個管道的工作狀態(tài)和流量，并對這些 數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、計算，當(dāng)管道出現(xiàn)泄漏狀態(tài)時，發(fā)出相應(yīng)的視覺告警和聲音告 警，并將管道相應(yīng)的位置、狀態(tài)、通過GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)以短信的方式 通知相應(yīng)的責(zé)任人進行處理。各個單元主要功能如下1、 FCU (Flux Collection Unit ):流量采集單元，利用超聲波原理采集 管道內(nèi)部液體流動的速度，計算得出管道內(nèi)部的液體流量的一種系統(tǒng)。流量采 集單元主要功能如下A、 采集管道內(nèi)部流量。B、 將采集到的信號進行調(diào)制為射頻信號。C、 將射頻信號發(fā)送給GSM/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)。D、 上報運行狀態(tài)信息。FCU主要由流量傳感器FS、數(shù)據(jù)處理器CPU、 GPRS處理模塊、射頻收發(fā) 模塊RF、站點識別單元ID (含SIM卡)五個部分組成。各個部分之間的工作原 理見附圖2所示。FS采集管道內(nèi)部液體流量，并將采集到的流量值以及FS本身的運行狀態(tài) 通過RS232接口上報給CPU， CPU接受信息值后形成高速信號，并下發(fā)給GPRS 模塊。GPRS模塊得到相應(yīng)的信號后將相應(yīng)的將數(shù)字信號進行調(diào)制后增加相應(yīng) 位置信息后，通過RF單元將設(shè)備信息上報給GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)。同時接 收從GSM或者CDMA無線網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的位置信息，以及軟件更新信息。ID模塊 是站點識別單元，內(nèi)置SIM卡，主要作用上報站點的位置信息。該流量采集單元FCU利用超聲波流量計的基本原理，通過流動的流體中傳 播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流 速，從而換算成流量。根據(jù)檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波 束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計。超聲波流量計是近十 幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種非接觸式儀表，適于測量 不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯(lián)動可進行敞開水流的流 量測量。使用超聲波流量計不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動 狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運行因而是一 種理想的節(jié)能型流量計。超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價 基本上與被測管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大 幅度增加，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比 越優(yōu)越。是較好的大管徑流量測量儀表，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質(zhì) 的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。管徑的適用范圍從2cm到 5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。2、 DTRU (DateTransmit&Receiver Unit):數(shù)據(jù)收發(fā)單元，采用GPRS 模塊，將采集到的流量數(shù)據(jù)傳遞到現(xiàn)有的GSM或CDMA網(wǎng)絡(luò)，同時接收從GSM 模塊傳送的監(jiān)控數(shù)據(jù)和指令，通過GSM網(wǎng)絡(luò)建立FCU和OMC之間的傳輸路徑。 其主要功能如下A、 在無線網(wǎng)絡(luò)中提取RF信號B、 將提取的RF信號進行解調(diào)，并將信號轉(zhuǎn)換為RS232信號，上報OMCC、 提取從OMC下發(fā)的數(shù)字信息D、 將所提取信息轉(zhuǎn)化為RF信號，并將信號發(fā)送到GSM/CDMA網(wǎng)絡(luò)中。 DTRU單元主要由無線接收單元RCU，無線發(fā)射單元TXF，中頻轉(zhuǎn)換處理單元IF， CPU處理單元、天線單元ANT以及電源供給單元PS六個部分組成。該
CPU處理單元連接中頻轉(zhuǎn)換處理單元IF，該中頻轉(zhuǎn)換處理單元IF同時連接無線 接收單元RCU和無線發(fā)射單元TXF，該無線接收單元RCU和無線發(fā)射單元TXF 同時連接天線單元ANT，該電源供給單元PS給無線接收單元RCU、無線發(fā)射 單元TXF、中頻轉(zhuǎn)換處理單元IF、 CPU處理單元、天線單元ANT供電。各個部 分之間的工作原理見附圖3所示。3、 OMC (Operation and Maintenance Center):操作維護中心，其主要功 能是監(jiān)控管理整個液體輸送管道內(nèi)部輸送狀況，其主要是依據(jù)各個FCU所采集 到的數(shù)據(jù)信息進行集中統(tǒng)一處理，監(jiān)控各個管道的工作狀態(tài)和流量，并對這些 數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、計算。當(dāng)管道出現(xiàn)泄漏狀態(tài)時，發(fā)出相應(yīng)的視覺告警和聲音告 警，并將管道相應(yīng)的位置、狀態(tài)以短信的方式通知相應(yīng)的責(zé)任人進行處理。操 作維護中心是整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的核心部分。該操作維護中心OMC的工作原理如 圖4所示。A、 OMC單元將釆集到的輸入方向起始端的FCU的流量值作為原始值，如 圖4中所示的FCU1、 FCU4、 FCU7。依據(jù)所采集到的原始值計算出各個位置對 應(yīng)流量值。如FCU2的流量值應(yīng)該和FCUI的流量值相等。FCU5流量值應(yīng)當(dāng)為 FCU5=FCU1+FCU4-FCU3-FCU6B、 將采集到的其它位置的流量值與計算出的流量值進行比較。依據(jù)數(shù)據(jù) 進行相應(yīng)判斷，并依據(jù)判斷結(jié)果進行處理。當(dāng)判斷為告警時，發(fā)送相應(yīng)的告警 狀態(tài)和信息。，并將以短信方式通知當(dāng)事人。如理論值FCU2二FCU1,當(dāng) FCU2〈FCU1時，判斷為在FCU1和FCU2之間存在泄漏，這時在管道上表現(xiàn)出 相應(yīng)的告警，同時發(fā)出聲音(管道泄漏)同時向最初設(shè)置的FCU1和FCU2之間 管理員發(fā)送短信，進行管道排査。再如假定FCU6是限量放流，當(dāng)FCU6液體流 量達到預(yù)警值時，OMC也發(fā)出流量已滿足要求，并以短信通知進行相關(guān)人員 進行相關(guān)處理。C、 接收FCU的故障告警信息，并在相應(yīng)位置顯示告警，并以短信通知責(zé) 任人進行處理。D、 管理所有FCU運行軟件版本，對各個FCU內(nèi)部軟件版本進行遠程升級 管理。4、 PSM (Power Supply Module):電源供給模塊，其主要功能是為FCU 單元提供電源。將交流電源或者太陽能電池轉(zhuǎn)化為FCU所需要的3.7V電源，同
時進行能源儲備。PSM依據(jù)輸入電源的不同分為交流AC—PSM和DC—PSM兩種 電源模塊。AC—PSM主要用于安裝環(huán)境存在220V交流電源場景，DC—PSM主要 用于無市電環(huán)境場景，采用太陽進行供電。兩種電源模塊的主要功能如下A、 將220V或者太陽能電源轉(zhuǎn)換為3.7V直流電源為FCU提供電源B、 能源存貯功能，能存儲設(shè)備長達240小時能源C、 完善的電池管理功能，能自動依據(jù)電池狀態(tài)自動充放電以及故障上報。D、 雷擊浪泳防護功能。5、 GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍越來越全面，目前在我 國無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋已經(jīng)達到90%以上，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)除了基本的語音業(yè)務(wù)外，還支 持相應(yīng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。自2005年開始GSM網(wǎng)絡(luò)中EDGE數(shù)據(jù)開始開通以來，其數(shù) 據(jù)傳輸速率已經(jīng)達到384KB/s.本系統(tǒng)發(fā)展基于無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，充分利用其中的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，提高無線資源系統(tǒng)利用率，組網(wǎng)成本低 廉的特點。該系統(tǒng)將目前超聲波流量采集技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)兩項技術(shù)有機結(jié)合起來，實 現(xiàn)對各種液體管道運行狀態(tài)進行監(jiān)控管理功能。
權(quán)利要求
1、一種利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控流體傳輸管道的監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于其主要由流量采集單元FCU、數(shù)據(jù)收發(fā)單元DTRU、操作維護中心OMC、電源供給模塊PSM、GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)五部分組成；該流量采集單元FCU安裝在各類液體輸送管道表面，其主要準(zhǔn)確采集輸油管道內(nèi)部流動液體的流量，同時將采集到的流量數(shù)值調(diào)制打包后通過無線射頻信號發(fā)送到GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)；該電源供給模塊PSM其主要是為該流量采集單元FCU提供電源；該數(shù)據(jù)收發(fā)單元DTRU將采集到的流量數(shù)據(jù)傳遞到現(xiàn)有的GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)，同時接收從GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)傳送下來的監(jiān)控數(shù)據(jù)和指令，通過GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)建立該流量采集單元FCU和操作維護中心OMC之間的傳輸路徑；該操作維護中心OMC其主要是監(jiān)控管理整個液體輸送管道內(nèi)部輸送狀況，其主要是依據(jù)各個流量采集單元FCU所采集到的數(shù)據(jù)信息進行集中統(tǒng)一處理，監(jiān)控各個管道的工作狀態(tài)和流量，并對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、計算，當(dāng)管道出現(xiàn)泄漏狀態(tài)時，發(fā)出相應(yīng)的視覺告警和聲音告警，并將管道相應(yīng)的位置、狀態(tài)、通過GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)以短信的方式通知相應(yīng)的責(zé)任人進行處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控流體傳輸管道的監(jiān) 控系統(tǒng)，其特征在于流量采集單元FCU主要由流量傳感器FS、數(shù)據(jù)處理器 CPU、 GPRS處理模塊、射頻收發(fā)模塊RF、站點識別單元ID (含SIM卡)五個 部分組成；流量傳感器FS采集管道內(nèi)部液體流量，并將采集到的流量值以及 FS本身的運行狀態(tài)通過RS232接口上報給CPU， CPU接受信息值后形成高速信 號，并下發(fā)給GPRS模塊；GPRS模塊得到相應(yīng)的信號后將相應(yīng)的將數(shù)字信號進 行調(diào)制后增加相應(yīng)位置信息后，通過RF單元將設(shè)備信息上報給GSM或CDMA 無線網(wǎng)絡(luò)；同時接收從GSM或者CDMA無線網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的位置信息，以及軟件 更新信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控流體傳輸管道的監(jiān) 控系統(tǒng)，其特征在于數(shù)據(jù)收發(fā)單元DTRU主要由無線接收單元RCU，無線發(fā) 射單元TXF，中頻轉(zhuǎn)換處理單元IF， CPU處理單元、天線單元ANT以及電源供 給單元PS六個部分組成；該CPU處理單元連接中頻轉(zhuǎn)換處理單元IF，該中頻轉(zhuǎn) 換處理單元IF同時連接無線接收單元RCU和無線發(fā)射單元TXF，該無線接收單 元RCU和無線發(fā)射單元TXF同時連接天線單元ANT，該電源供給單元PS給無線 接收單元RCU、無線發(fā)射單元TXF、中頻轉(zhuǎn)換處理單元IF、 CPU處理單元、天 線單元ANT供電。
全文摘要
一種利用現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控流體傳輸管道的監(jiān)控系統(tǒng)，其主要由流量采集單元FCU、數(shù)據(jù)收發(fā)單元DTRU、操作維護中心OMC、電源供給模塊PSM、GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)五部分組成。該流量采集單元FCU安裝在各類液體輸送管道表面，其主要準(zhǔn)確采集輸油管道內(nèi)部流動液體的流量，同時將采集到的流量數(shù)值調(diào)制打包后通過無線射頻信號發(fā)送到GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)；該電源供給模塊PSM其主要功能是為該流量采集單元FCU提供電源；該數(shù)據(jù)收發(fā)單元DTRU將采集到的流量數(shù)據(jù)傳遞到現(xiàn)有的GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)，同時接收從GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)傳送下來的監(jiān)控數(shù)據(jù)和指令，通過GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)建立該流量采集單元FCU和操作維護中心OMC之間的傳輸路徑；該操作維護中心OMC其主要功能是監(jiān)控管理整個液體輸送管道內(nèi)部輸送狀況，其主要是依據(jù)各個流量采集單元FCU所采集到的數(shù)據(jù)信息進行集中統(tǒng)一處理，監(jiān)控各個管道的工作狀態(tài)和流量，并對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、計算，當(dāng)管道出現(xiàn)泄漏狀態(tài)時，發(fā)出相應(yīng)的視覺告警和聲音告警，并將管道相應(yīng)的位置、狀態(tài)、通過GSM或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)以短信的方式通知相應(yīng)的責(zé)任人進行處理。
文檔編號F17D5/00GK101398130SQ200810066679
公開日2009年4月1日 申請日期2008年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月23日
發(fā)明者陳海剛 申請人:深圳市凱旺電子有限公司