一种输水管道伴热带温度控制与监测系统及其方法

1.本发明涉及工业检测与控制领域，特别涉及一种输水管道伴热带温度控制与监测系统及其方法。


背景技术：

2.在管道输水过程中，如果温度过低，会造成管道凝结，导致输水停滞，尤其是冬天和北方地区，严重时甚至会造成管道冻裂。
3.目前，最常用的管道保暖措施是使用保暖棉裹在管道外面，此方法虽然简单，但是也有诸多缺点，比如耗材过大，保暖不彻底，故障难以排查等。也有少量场所使用伴热带解冻，但大都缺少精确控制，不能准确及时控制伴热带温度与水管温度，严重时会损坏伴热带，并且缺乏大范围管道检测技术，发生故障时，不能准确得知故障地的精确位置。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种输水管道伴热带温度控制与监测系统及其方法，采用伴热带实现温度控制，配备有温度检测功能，可以用于实时检测伴热带工作状态，从而保证系统正常工作。单点范围内数据通过gprs模组上传至云端，云端接收各个检测点的数据，进行数据分析，检测整体系统工作状态，及时发现故障，并自主降低故障风险，可以最大限度的保证输水管道的安全输送效率。
5.为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
6.本发明公开了一种输水管道伴热带温度控制与监测系统，包括：电源模块、信号采集模块、微处理器模块和负载输出模块，其中：
7.所述信号采集模块输出端连接到所述微处理器模块的adc输入端，用于采集伴热带与输水管道的双路温度值；
8.所述负载输出模块连接到伴热带的两端，用于控制伴热带的加热；
9.所述微处理器模块包括嵌入式微处理器、gprs模组及人机交互单元，所述嵌入式微处理器用于处理所述信号采集模块的双路温度值数据、下发命令以及与所述gprs模组的数据通讯；所述gprs模组用于远程传输数据并将数据传送至云端服务器；所述人机交互单元用于人工操作与现场数据读取；
10.所述电源模块连接到所述信号采集模块、微处理器模块与负载输出模块的电源输入端，用于提供所述信号采集模块、微处理器模块与负载输出模块的工作电源。
11.进一步的，所述人机交互单元包括按键电路与显示电路，所述按键电路与显示电路的驱动端连接至所述嵌入式微处理器的io引脚。
12.进一步的，所述负载输出模块使用大容量继电器控制，伴热带连接到继电器的输出接口。
13.进一步的，所述信号采集模块包括温度采集单元和信号转换电路，所述温度采集单元的输出端连接到所述信号转换电路的输入端，所述信号转换电路的输出端连接到所述
嵌入式微处理器的adc引脚输入端。
14.进一步的，所述gprs模组具有若干个工作点，每个所述工作点用于将本地温度数据上传至云端服务器，用于组成一种组网结构进而保证实时监控伴热带的工作状态从而做到整个系统的多点状态分析。
15.进一步的，所述温度采集单元采用双路温度传感器，用于检测并采集伴热带与输水管道的温度并将检测数据发送至云端服务器进而通过中央控制台进行温度数据分析，并与用户设定阈值比较，低于或高于设定阈值判定为驱动标志，发送驱动标志信息，并进行输出操作；
16.当温度值低于设定阈值时，驱动所述负载输出模块，使能伴热带工作，开始加热；
17.当温度值高于设定阈值时，断开所述负载输出模块，失能伴热带，停止加热，开始自然降温。
18.进一步的，所述双路温度检测传感器，一路为数字温度传感器，另一路为液体温度变送器，其中：
19.所述数字温度传感器的温度检测端紧贴安装于伴热带表面，用于检测伴热带温度，数字输出端接于核心单元预留出的温度传感器接口；
20.所述液体温度变送器安装于输水管道内部，用于检测输水管道内部水的温度，信号输出端接于预留的另一路温度传感器接口，通过硬件电路的信号采集与放大送至微处理器分析处理。
21.进一步的，所述电源模块包括整流电路与降压电路，其中：
22.所述整流电路的输入端连接到市电，输出端连接到所述降压电路的输入端；
23.所述降压电路的输入端连接到所述整流电路的输出端，输出端连接到所述微处理器模块和信号采集模块的电源输入端。
24.本发明另外公开了一种输水管道伴热带温度控制与监测方法，利用上述输水管道伴热带温度控制与监测系统进行控制与检测，包括以下步骤：
25.步骤一：通过双路温度传感器实时采集伴热带温度与输水管道温度，并通过数码管显示；
26.步骤二：判断双路温度值是否到达设定阈值，是则执行步骤三，否则执行步骤四；
27.步骤三：驱动继电器断开伴热带，停止对输水管道的加热；
28.步骤四：驱动继电器连通伴热带，开始对输水管道进行加热；
29.步骤五：嵌入式微处理器将温度数据、系统信息通过串口传输给gprs模组，gprs模组对数据打包，远程发送至云端服务器；
30.步骤六：返回步骤一。
31.本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
32.本发明一种输水管道伴热带温度控制与监测系统，既可以实时显示每个节点的伴热带温度信息与输水管道内部温度信息，又可以使用组网技术，将各个节点状态信息传输至云端，在云端分析数据，能够保护较冷环境下的输水管道正常运作，也能保证伴热带本身的正常工作，从而提高输水效率与经济效益。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
34.图1是本发明一种输水管道伴热带温度控制与监测系统的整体结构示意图；
35.图2是本发明一种输水管道伴热带温度控制与监测系统中每个子模块内部结构示意图；
36.图3是本发明一种输水管道伴热带温度控制与监测系统中多工作点组网示意图；
37.图4是本发明一种输水管道伴热带温度控制与监测方法的驱动判定流程示意图。
38.【主要符号说明】
39.1-电源模块；11-整流电路；12-降压电路；
40.2-信号采集模块；21-温度采集单元；22-信号转换电路；
41.3-微处理器模块；31-嵌入式微处理器；32-gprs模组；33-人机交互单元；331-按键电路；332-显示电路；
42.4-负载输出模块；41-继电器；42-伴热带；
43.5-云端服务器；
44.6-中央控制台。
具体实施方式
45.以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
46.实施例一
47.如图1-3所示，本发明公开了一种输水管道伴热带温度控制与监测系统，包括：电源模块1、信号采集模块2、微处理器模块3和负载输出模块4，其中：
48.所述信号采集模块2输出端连接到所述微处理器模块3的adc输入端，用于采集伴热带42与输水管道的双路温度值；
49.所述负载输出模块4连接到伴热带42的两端，用于控制伴热带42的加热；
50.所述微处理器模块3包括嵌入式微处理器31、gprs模组32及人机交互单元33，所述嵌入式微处理器31用于处理所述信号采集模块2的双路温度值数据、下发命令以及与所述gprs模组32的数据通讯；所述gprs模组32用于远程传输数据并将数据传送至云端服务器5；所述人机交互单元33用于人工操作与现场数据读取；
51.所述电源模块1连接到所述信号采集模块2、微处理器模块3与负载输出模块4的电源输入端，用于提供所述信号采集模块2、微处理器模块3与负载输出模块4的工作电源。
52.本实施例中，所述伴热带42采用14mm宽度、100m长度为一个检测点，所述伴热带42采用蛇形缠绕方式缠绕在输水管线上，外部可加保温措施。
53.进一步的，所述人机交互单元33包括按键电路331与显示电路332，所述按键电路
331与显示电路332的驱动端连接至所述嵌入式微处理器31的io引脚。
54.进一步的，所述负载输出模块4使用大容量继电器41控制，伴热带42连接到继电器41的输出接口。
55.进一步的，所述电源模块1包括整流电路11与降压电路12，所述整流电路11的输入端连接到市电，输出端连接到所述降压电路12的输入端；所述降压电路12的输入端连接到所述整流电路11的输出端，输出端连接到所述微处理器模块3和信号采集模块2的电源输入端。
56.进一步的，所述信号采集模块2包括温度采集单元21和信号转换电路22，所述温度采集单元21的输出端连接到所述信号转换电路22的输入端，所述信号转换电路22的输出端连接到所述嵌入式微处理器31的adc引脚输入端。
57.进一步的，所述gprs模组32具有若干个工作点，每个所述工作点用于将本地温度数据上传至云端服务器5，用于组成一种组网结构进而保证实时监控伴热带42的工作状态从而做到整个系统的多点状态分析。本实施例中，单点gprs模组32将温度数据发送至云端服务器5，云端服务器5再发送至中央控制台6，实时显示系统状态与温度信息。
58.进一步的，所述温度采集单元21采用双路温度传感器，用于检测并采集伴热带42与输水管道的温度并将检测数据发送至云端服务器5进而通过中央控制台6进行温度数据分析，并与用户设定阈值比较，低于或高于设定阈值判定为驱动标志，发送驱动标志信息，并进行输出操作；
59.当温度值低于设定阈值时，驱动所述负载输出模块4，使能伴热带42工作，开始加热；
60.当温度值高于设定阈值时，断开所述负载输出模块4，失能伴热带42，停止加热，开始自然降温。
61.结合图2对具体子模块展开说明，温度采集单元21具有两个数据接线端子，一个接数字温度传感器的数据输出端，一个接液体温度变送器的数据输出端，数字温度传感器温度检测端安装于紧贴伴热带42表面，用于检测伴热带42温度，数字输出端接于核心单元预留出的温度传感器接口，液体温度变送器安装于输水管道内部，用于检测输水管道内部水的温度，信号输出端接于预留的另一路温度传感器接口，通过硬件电路的信号采集与放大送至微处理器分析处理。信号转换电路22作为信号的中介，将温度信息传递给嵌入式微处理器31，嵌入式微处理器31处理数据，发送命令给继电器41，控制伴热带42的通断，从而控制伴热带42温度，显示电路332用于实时显示温度信息，采用4路数码管，轮流显示伴热带42温度与输水管道内的温度，数码管末位用字母“a”和“b”区分温度信息(可按需设定，如末位字母“a”代表伴热带42温度，“b”代表输水管道内水的温度)，gprs模组32与嵌入式微处理器31实时通信，传递单点信息，最终传输至云端服务器5。
62.实施例二
63.如图4所示，本发明另外公开了一种输水管道伴热带42温度控制与监测方法，利用上述输水管道伴热带42温度控制与监测系统进行控制与检测，包括以下步骤：
64.步骤一：通过双路温度传感器实时采集伴热带42温度与输水管道温度，并通过数码管显示；
65.步骤二：判断双路温度值是否到达设定阈值，是则执行步骤三，否则执行步骤四；
66.步骤三：驱动继电器41断开伴热带42，停止对输水管道的加热；
67.步骤四：驱动继电器41连通伴热带42，开始对输水管道进行加热；
68.步骤五：嵌入式微处理器31将温度数据、系统信息通过串口传输给gprs模组32，gprs模组32对数据打包，远程发送至云端服务器5；
69.步骤六：返回步骤一。
70.本发明提供一种输水管线伴热带温度控制与监测技术，通过控制包络在输水管线上的伴热带42的工作状态，进而达到控制输水管道温度的目的。可解决寒冷地区水管冻裂问题，保护输水管道，提高输水效率。并提供组网技术，针对大面积输水管线，可以实时监控判断故障点，进而准确快速消除故障，不仅可以提高输水管道的故障诊断率，也可保障伴热带42的安全使用。
71.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。