基于互联网的管廊信号采集节点执行控制器及其监控方法与流程

本发明涉及综合管廊监测技术领域，更具体地，涉及一种基于互联网的管廊信号采集节点执行控制器及其监控方法。

背景技术：

综合管廊长距离布设，需在其中设立诸多监控节点与监控断面，以对其电力、通讯、燃气、水等管道流量信息进行数据收集与控制。

目前管廊数据信息采集技术是，运用各种传感器将采集到的信号送至现场执行器，每个区域控制器分别连接多个现场执行器设备与其进行数据交换，将数据信息(数字和模拟信息)传输至中控室进行监控，各个现场执行器设备与区域控制器之间采用RS485连接。

这种数据传输方式具有一定优势的同时也存在着一些问题。数据采用485总线传输的速率较慢；过多节点导致缆线长距离铺设，加大了屏蔽与施工等技术难度；节点间相互独立且不具备智能化处理机制；多个节点的数据同时传输到区域控制器，容易造成线路拥堵，降低了数据处理的及时性；现场执行器设备传输到区域控制器的数据超过危险阈值时，只能由区域控制器进行决策，而现场执行器设备却无法智能判断异常情况并自发做出应急操作。

此外，现有管廊的数据传输范围主要是由子系统到监控主干网和监控平台，可以实现对管廊内部运营情况的实时监控与事故的专业化处理。但因为业主、厂家、政府监控部门在内的多方用户对于管廊运营情况有不同的了解需求，而现有技术在数据传输方式的设计上不足以实现多方对于管廊全方位数据的共享这项功能。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种实时监测节点的各传感器的测量数据，且能对节点的开关、阀门等执行器进行控制的基于互联网的管廊信号采集节点执行控制器及其监控方法。

根据本发明的一个方面，提供一种基于互联网的管廊信号采集节点执行控制器，包括：网络管理模块，通过有线方式或无线方式连接到主干网；数据收发接口，包括：第一接口，连接节点内的各传感器，将各传感器的测量数据传输到数据处理模块；第二接口，连接节点内的管廊各管线的开关和阀门；数据处理模块，分别与所述网络管理模块和数据收发接口连接，包括：第一判断单元，判断测量数据是否在设定范围内；预警单元，当测量数据不在设定范围时，发出报警信号给网络管理模块，当测量数据恢复到设定范围时，取消报警信号，将恢复前后的各传感器的测量数据传输给网络管理模块；执行单元，当测量数据不在设定范围时，发送控制指令给数据收发接口，通过数据收发接口传送到与报警信号对应的管线的开关和阀门，所述控制指令使得所述开关和阀门按照所述测量数据返回设定范围的方向调整。

根据本发明的另一个方面，提供一种利用上述的管廊信号采集节点执行控制器进行节点控制的方法，包括：采集节点内各传感器的测量数据；判断所述测量数据是否在设定范围内；如果所述测量数据在所述设定范围内，将所述测量数据通过网络管理模块传输到主干网；如果所述测量数据不在所述设定范围内，发出报警信号，通过网络管理模块将报警信号发送至主干网，通过数据收发接口发出控制指令给与所述报警信号对应的管线的阀门或者开关，调整所述阀门或开关；判断所述测量数据是否恢复到设定范围内；如果恢复到设定范围，解除报警信号，将恢复后的测量数据传输到主干网；如果没有恢复到设定范围，将所述开关或阀门调整前后的测量数据和报警信号发送到主干网。

有益效果

本发明所述管廊信号采集节点执行控制器将节点的各传感器、数据处理模块和本地设备置于同一单元。当传感器监测到信号异常时，数据处理模块可自发在提供授权情况下，在局域内进行决策支持与本地预警，实现本地智能化控制。即使与区域控制器断开连接，也可以智能化的进行决策。

所述管廊信号采集节点执行控制器将数据收发接口的各个接口的信号数据，通过网络管理模块上传局域网，数据处理模块接收后可传输至公共网络。本发明可实现多方用户对于管廊运行情况不同侧重的监控。

所述管廊信号采集节点执行控制器中每个管廊信号采集节点执行控制器独立工作并具有数据存储功能。当掉电或断网时，数据处理模块可临时保存所采集到的本地信息，待数据收发接口通讯连接成功后重新发送，不遗漏监控信息。

附图说明

通过参考以下具体实施方式及权利要求书的内容并且结合附图，本发明的其它目的及结果将更加明白且易于理解。在附图中：

图1是本发明基于互联网的管廊信号采集节点执行控制器的构成框图；

图2是本发明所述节点执行控制器在管廊内设置的示意图；

图3是利用本发明所述管廊信号采集节点执行控制器对管廊进行监控的方法的流程图；

图4是利用图2所示多个节点执行控制器对管廊进行监控的方法的流程图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。

图1是本发明基于互联网的管廊信号采集节点执行控制器的构成框图，如图1所示，所述管廊信号采集节点执行控制器100，设置在管廊的节点，包括：

网络管理模块110，通过有线方式或无线方式连接到主干网，所述主干网为节点执行控制器100和区域控制器10(图2示出)之间形成的网络；

数据收发接口120，包括：第一接口121，通过有线方式或无线方式连接到节点内的各传感器20，将各传感器20的测量数据传输到数据处理模块130；第二接口122，通过有线方式或无线方式连接到节点内的管廊各管线的开关30和阀门40；

数据处理模块130，分别与所述网络管理模块110和数据收发接口120连接，包括：第一判断单元131，判断测量数据是否在设定范围内；预警单元132，当测量数据不在设定范围时，发出报警信号给网络管理模块110，当测量数据恢复到设定范围时，取消报警信号，将数据收发接口120采集的测量数据以及恢复后的测量数据传输给网络管理模块110，其中，所述报警信号包括报警类型(温度、水压、氧气含量、硫化氢气体含量、甲烷含量、湿度等)、测量数据和节点位置；执行单元133，当测量数据不在设定范围时，发送控制指令给数据收发接口120，通过数据收发接口120传送到与报警信号对应的管线的开关30和阀门40，所述控制指令使得所述开关30和阀门40按照所述测量数据返回设定范围的方向调整，例如，当水路管线发生漏水时，可以拧紧阀门40，减少漏水，使得水压返回设定范围。

上述管廊信号采集节点执行控制器100通过数据收发接口120连接并控制执行机构(开关30和阀门40)，实现局域内的局部节点控制功能；通过数据收发接口120与传感器20进行数据交换，实现局域内的信号获取和处理。

优选地，所述数据收发接口120还包括第三接口123，连接现场执行器设备。

此外，所述节点执行控制器100也可通过网络管理模块110实现高速网络和区域控制器的连接，从而进行数据交换，以综合评价系统特征。

图2是本发明所述节点执行控制器在管廊内设置的示意图，如图2所示，

多个管廊信号采集节点执行控制器100在管廊1中级联连接，其中，设定任一个节点执行控制器100为本级控制器100a，本级控制器100a接近区域控制器10的一侧的另一个节点执行控制器100设定为后级控制器100b，所述本级控制器100a另一侧的其他节点执行控制器100均设定为前级控制器100c，所述本级控制器100a位于所述前级控制器100c和后级控制器100b之间，按照离区域控制器10从远到近的顺序依次设定节点执行控制器为前级控制器100c，报警信号和测量数据从前级控制器100c传输到后级控制器100b逐级传输，进而传输到区域控制器10。

优选地，所述数据处理模块130还包括：第二判断单元134，判断离本级控制器100a最近的所述前级控制器100c与本级控制器100a的同类传感器的测量数据的差值是否在该类传感器的差值设定范围内，当所述差值不在所述差值设定范围内时，发送报警信号给网络管理模块110，同时按照离区域控制器10从近到远的顺序依次发送控制指令给各前级控制器100c与所述报警信号对应的阀门30或开关40。

管廊1上各节点的上述管廊信号采集节点执行控制器100可以通过一根CAN总线连接至区域控制器10，改善原先每个执行控制器100分别与区域控制器10连接的情况，大大减少了线路铺陈的复杂程度，简化布线，提高传输速度，另外，由于传输的是数字信号，可以减少信号的干扰。

如图2所示，所述传感器20包括气体传感器21、温度传感器22、湿度传感器23、流量传感器24、压力传感器25、应力传感器26等，所述开关30包括灯开关31、断路器32等，通过断路器32可以断开管廊的电缆线路中的某一支线；所述阀门40包括比例调节阀41和开关电磁阀42，通过不同比例调节阀41可以控制管廊内水管管线的流量，也可以调节管廊内排风扇的进风量。

优选地，如图1和图2所示所述网络管理模块110，包括第一网络接口111、第二网络接口112、交换机113和以太网控制器114，所述第一网络接口111与前级控制器100c(主干网前级)连接，所述第二网络接口112与后级控制器100b连接(当为最接近区域控制器10的本级控制器100b时，第二网络接口112与区域控制器10连接，也是主干网后级)，所述交换机113连接在所述第一网络接口111和第二网络接口112之间，存储有各节点的IP地址路由表，所述以太网控制器113连接在所述交换机113和数据处理模块130之间，将测量数据和报警信号发送至局域网，局域网通过动态IP连接至公共网。

进一步，优选地，所述网络管理模块110还包括第三网络接口115，与网络摄像机50连接，网络摄像机50将视频信息转化为数字视频流，通过交换机113将视频信息传输到局域网。

区域控制器10和所有所述管廊信号采集节点执行控制器100由一根CAN总线连接，通过检索路由表中IP地址与各个交换机113端口一一对应。代替了原先每个现场执行器设备分别拉线，连接区域控制器10的情况。

在本发明的一个优选实施例中，上述管廊信号采集节点执行控制器100的各构成部件的组成如下：

所述第一网络接口111、第二网络接口112和第三网络接口115为具有POE功能的双绞线网络接口，与前级控制器和后级控制器串行连接，建立信息高速通道，形成节点执行控制器之间的内部局域网，例如，RJ-45；

所述交换机113为RTL8305SC；

所述以太网控制器114为嵌入式以太网控制器芯片，例如W5500；

所述数据处理模块130包括单片机、DSP和PLC中的一种或多种，优选地，所述数据处理模块130包括ATMEG128；

所述第一接口121为异步串行接口RS485，所述第二接口122为数据处理模块的I/O接口，所述第三接口123为异步串行接口RS-232，通过上述接口实现数据处理模块130与传感器10和执行器(开关30和阀门40)的连接，数据处理模块130分析来自传感器的数据，进行预警、阀门紧急关闭等决策支持，并通过网络将数据传送至多个监控用户端。

优选地，管廊信号采集节点执行控制器100还包括电源控制器140，将交流220V的市电转化为直流48V，实现POE功能，同时，将48V转化为3.3V为各个芯片供电，市电经转化后为每个管廊信号采集节点执行控制器供电，驱动各个芯片工作。双绞线接口具有POE功能，一方面可驱动网络摄像机50工作，同时也可为管廊信号采集节点执行控制器100主干网供电，提供电源掉电后的双重保障，例如MAX5980。

上述管廊信号采集节点执行控制器100由一个处理器内核与多种芯片、本地接口、高速数据网络接口等部分组成。

上述管廊信号采集节点执行控制器100通过双绞线接口连接交换机与主干网前后级，形成一条信息传输的高速通道，建立起各个节点执行控制器间的内部局域网络。将收集的所有数据、智能判断与操控信息通过一条高速通道进行传输，解决了本级控制器通讯与前级控制器和后级控制器的通讯问题。

上述数据处理模块130ATMEG128可智能判断监控数据是否超出阈值，在授权状态下第一时间触发应急状态，传送命令至执行器驱动，通过I/O端口123控制开关或阀门，实现对管廊内部管线的就地应急操控。同时预警报告由高速信息通道传输至区域控制器10，由区域控制器10进行决策支持与后续处理。

区域控制器10通过路由器可以连接到公共网，各方获取自己想了解部分信息后，相关人员可以及时对紧急情况采取应急措施。人工通过互联网向区域控制器10发出指令，区域控制器10响应后逆向传输数据向管廊信号采集节点执行控制器100传递进一步操作命令，做出后续事故处理或直接派专业人员前往现场排除故障。

图3是利用本发明所述管廊信号采集节点执行控制器对管廊进行监控的方法的流程图，如图3所示，所述监控方法包括：

在步骤S310中，采集节点内各传感器20的测量数据，其中，所述测量数据包括管廊环的气压、水压、易燃有毒气体浓度、温度、湿度、亮度、气体流速等；

在步骤S320中，判断所述测量数据是否在设定范围内，所述设定范围根据传感器的种类，季节变化、外部环境等设定，例如，夏季雨量较大时，可以对水压的设定范围的数值进行升高，又如，当供暖时，可以对温度的设定范围的数值进行升高；

如果所述测量数据在所述设定范围内，在步骤S330中，将所述测量数据通过网络管理模块传输到主干网；

如果所述测量数据不在所述设定范围内，在步骤S340中，通过网络管理模块发送报警信号给主干网，通过数据收发接口120发出控制指令给与所述报警信号对应的管线的阀门40或者开关30；

调整所述管线的阀门40或开关30，在步骤S350，判断所述测量数据是否恢复到设定范围内；

如果恢复到设定范围，在步骤S360，解除报警信号，将恢复后的测量数据传输到主干网；

如果没有恢复到设定范围，在步骤S370将所述开关30或阀门40调整前后的测量数据和报警信号发送到主干网。

优选地，上述监控方法还包括：

通过交换机113和以太网控制器114将报警信号和测量数据传输至局域网；

局域网通过动态IP连接公共网；

对管廊运行情况进行监控的各授权客户通过智能终端访问公共网获得所述报警信号和测量数据；

智能终端的反馈信号通过公共网发送给管廊信号采集节点执行控制器100，经过所述节点执行控制器100网络管理模块110传输到数据处理模块130；

数据处理模块130根据上述反馈信号通过数据收发接口120发送控制指令给与预警信号对应的开关30或阀门40。

图4是利用图2所示多个节点执行控制器对管廊进行监控的方法的流程图，如图4所示，所述监控方法包括：

在步骤S400中，将离区域控制器10最远的节点执行控制器100设定为前级控制器100c；

在步骤S410中，判断所述前级控制器100c的测量数据是否在设定范围内；

如果所述测量数据在设定范围内，在步骤S420中，发送所述测量数据到本级控制器100a；

如果不在设定范围内，在步骤S430中，发出报警信号和所述测量数据给本级控制器100a，同时发送控制指令给与所述前级控制器100c相连的与所述报警信号对应的管线的开关30或阀门40；

所述开关30或阀门40按照控制指令进行调整后，在步骤S431中，判断所述测量数据是否恢复到设定范围；

如果恢复到设定范围，在步骤S432中，解除报警信号，将恢复后的测量数据传输到本级控制器100a；

如果没有恢复到设定范围，在步骤S433中，通过后级控制器100b将所述开关30或阀门40调整前后的测量数据和报警信号发送到区域控制器10；

在步骤S440中，判断所述前级控制器100c与本级控制器100a的同类传感器的测量数据的差值是否在该类传感器的差值设定范围内，所述差值设定范围根据传感器的种类、外部环境变化等设定，例如当某一区域施工时，可以增大水压的差值设定范围；

当所述差值不在所述差值设定范围内时，在步骤S450中，本级控制器发送报警信号、前级控制器与本级控制器的测量数据和所述差值给后级控制器，同时发送给报警信号给前级控制器100c，前级控制器100c发出与所述报警信号对应的控制指令给对应的阀门或开关，进行调整；

所述开关或阀门按照控制指令进行调整后，在步骤S451中，判断所述差值是否恢复到所述差值设定范围内；

如果恢复到差值设定范围，在步骤S453中，解除报警信号，将恢复后的测量数据传输到后级控制器100b；

如果没有恢复到差值设定范围，在步骤S452中，通过后级控制器100c将所述开关或阀门调整前后的测量数据和报警信号发送到区域控制器10；

如果所述差值在所述差值设定范围内，在步骤S460中，将前级控制器100c与本级控制器100a的测量数据和所述差值发送到后级控制器100b；

在步骤S470中，将上述本级控制器作为前级控制器，重复上述过程，逐级完成所有节点执行控制器的监测，管廊1中各节点的各传感器的测量数据通过前级控制器100c、本级控制器100a和后级控制器100b逐级传输,其中，当发生差值不在差值设定范围内或测量数据不在设定范围内的前级控制器100c在远离区域控制器10的方向还具有另外的前级控制器100c时，按照离区域控制器10从近到远的顺序，依次调整各前级控制器100c的阀门或开关，例如，如图2所示，当水路管线上靠近区域控制器10的前级控制器100c的水压不在设定范围内或者前级控制器100c与本级控制器100a的差值不在差值设定范围内，所有前级控制器100c按照离区域控制器10从近到远的顺序依次拧紧阀门，逐级检查，测量数据发生变化的节点即为发生故障的点，相对于各节点同时检查，能够判断发生故障的节点的位置，另外，所有前级控制器100c均进行自检，防止了漏检的情况发生，例如，水管线有多处阀门没有拧紧，当拧紧其中一个阀门时测量数据和差值均达到要求，如果其他阀门不进行自检的话，则不能检查出其他阀门是否有问题，本发明杜绝了上述问题的发生。

上述监控方法中，测量数据和报警信号时逐级传输的，且对相邻两个节点执行控制器100之间的数据进行了比较，可以防止伪报警信号，例如，当某一地区施工时，该区域多个节点的水压均低于设定范围，但是相邻节点的水压的差值在差值设定范围内，此时可以不维修。

另外，上述监控方法，可以对发生异常的本级控制器100a之前的各前级控制器100c进行逐级检查，通过自检有可能消除异常，即使异常没有消除，也可以判断发生异常的前级控制器100c，避免了到所有前级控制器100c进行维修。

尽管前面公开的内容示出了本发明的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的发明实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明的元素可以以个体形式描述或要求，但是也可以设想具有多个元素，除非明确限制为单个元素。