一种供水泵房监测使用的物联网智能边缘网关装置的制作方法

本实用新型涉及供排水泵房配套设备领域，特别是一种供水泵房监测使用的物联网智能边缘网关装置。

背景技术：

城市供水设施是城市的血脉，其配套设备是否能正常运行，关乎到城市的安全。城市供水分为自来水片区加压供水和小区二次加压供水。无论是水厂供水还是小区等区域二次供水，都需要泵房安装供水设备以及配套的设施。由于泵房内的各种设备较多，为了保证供水的正常，需要对泵房的供水设备以及配套设施的工作状况进行实时监控，当泵房内发出故障时，管理人员就可第一时间采取应对措施进行维护，这样就能保证泵房的正常供水。

目前的技术中，泵房监测采用PLC（可编程控制器）进行数据采集，并与SCADA软件系统（数据采集与监视控制系统）进行集成，PLC和SCADA软件系统通过局域网或者公网链接，SCADA部署在服务器侧，SCADA经服务器程序分别向不同的PLC发送上传指令要求，PLC再分别把数据传送给服务器，这种方式称之为被动响应方式。这种方式存在结构复杂、成本高、效率低的特点，同时受到PLC的程序容量和计算性能的限制，实际情况下泵房内设备发生故障时不能及时被服务器轮巡到，这样就会遗漏关键报警预警数据，导致后续管理方不能及时进行故障排查、进而造成故障扩大化。同时因PLC处理数据性能较弱，并且不能兼容泵房的安防门禁系统和视频摄像头，对具有门禁和视频监测的泵房使用存在非常大的局限性。

随着物联网技术的发展，对进行设备侧计算和兼容能力的监测设施提出了更高的要求，不但要求监测设施对供水设备运行数据进行监测，同时需要对设备运行的环境进行监测，并对设备异常做出响应，并且要求监测设施性价比非常高，能兼容不同品牌，不同通讯协议的部件，并能进行二次开发，因此现有技术中，只有操作门槛低的网关才具有普遍使用的意义。边缘计算网关不但具有适配常规SCADA被动响应的模式优点，也能配置成数据主动上报的方式，对采集异常数据按照设定规则进行异常事件响应，能实现就地统计分析，不依赖服务器的计算，因此目前边缘计算网关在这方面具有突出的优势。

现有的泵房管理中，由于使用的设备功能限制，一般更多需要人为进行管理，比如说间隔一定时间段管理人员对泵房进行巡查，查询泵房是否有积水、泵房门是否被无关人员打开、泵房内温湿度数据是否正常等，这样巡查中发现问题管理人员就能及时处置，防止后续大的事故发生影响供水系统的正常运行。由于需要人为管理，且人为管理不可能每时每刻进行，因此当泵房在没有管理人员巡查阶段发生事故时，会造成包括供水设备在内损坏的后果，进而导致供水的停止，对城市供水造成严重影响（比如泵房管道或水泵漏水导致泵房地面积水淹没供水设备或者其它配套附属设施）。

技术实现要素：

为了克服现有城市供水设施的供排水泵房管理中存在的弊端，本实用新型提供了基于工控机，具有温湿度传感器、积水传感器、摄像头、门禁系统等功能模块，工作中能防止无关人员进入泵房内，能实时采集泵房内温湿度数据和是否积水数据，工控机还能实时采集供水设备配套的压力传感器（水压传感器）、变频器以及供水设备水泵控制电路板输出的4-20mA电流信号（现有供水系统中，供水设备配套的管网压力传感器、变频器具有输出4-20mA电流信号进入供水设备PLC信号输入端的功能，压力传感器在供水系统管网压力大时电流信号大、管网压力低时电流信号低；水泵工作中变频器频率高时电流信号大、变频器频率低时电流信号低；同时水泵控制电路板在自身功能作用下，能对供水设备的水泵工作负荷进行实时检测，水泵负荷大时控制电路板检测到的电流信号大、负荷低时检测到的电流信号低），各种信号数据能实时经移动的Onene基础 平台（Onenet是面向云与物联网时代，基于标准、协同、一揽子的方针构建的企业网络解决方案）传递给远端管理方PC机或手机，管理人员能实时掌握泵房内各种数据，在出现异常数据时，能第一时间到现场进行处理，防止故障的扩大化，且工控机还能根据泵房内温湿度数据、水泵的负荷数据，自动控制泵房的排风除湿系统工作、保证泵房内温湿度数据达到需要的范围，水泵工作在合理的负荷下、达到节能目地的一种供水泵房监测使用的物联网智能边缘网关装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种供水泵房监测使用的物联网智能边缘网关装置，包括具有存储硬盘的工控机、具有人脸识别与RFID读卡器的门禁设备、交换机、光纤解调器、摄像头、排风扇、具有电磁锁芯机构的泵房门，门禁设备的电源输出端和泵房门的电磁锁芯机构电源输入端经导线连接，其特征在于还具有蓄电池、开关电源、温湿度传感器、积水传感器，工控机安装在外壳前部内侧，开关电源安装在电路板上，电路板和蓄电池安装在外壳内，摄像头、温湿度传感器安装在泵房室内墙面的上端，积水传感器安装在泵房内地面最低位置处，门禁设备安装在泵房的门外侧端，交换机和光纤解调器安装在室内墙面上，外壳后端四周安装在室内墙面上，开关电源的电源输入端和220V交流电源两极经导线连接，开关电源的电源输出两端和工控机、门禁设备、光纤解调器、摄像头、交换机、蓄电池、温湿度传感器、积水传感器的电源输入两端分别经导线连接，泵房内供水设备配套的管网压力传感器、水泵变频器以及水泵控制电路板的信号输出端和工控机的其中三路信号输入端口分别经数据线连接，工控机信号输出端和交换机信号输入端经网线连接，交换机的信号输出端和光纤解调器的信号输入端经网线连接，温湿度传感器、积水传感器的信号输出端口和工控机的第四个、第五个信号端口分别经I2C总线连接，门禁设备信号输出端口和工控机第六个信号端口经数据线连接，摄像头的视频信号输出端和工控机的视频信号输入端口经视频线连接，工控机的其中一路控制信号输出端和排风扇自身的控制电路板经数据线连接，工控机的另外一路控制信号输出端和泵房内供水设备的PLC信号输入端口经数据线连接，PLC信号输出端和水泵控制电路板的信号输入端经数据线连接。

所述工控机是型号GT6806的嵌入式工控机主板，其内部处理芯片是S3C2416。

所述光纤解调器能通过有线以及无线方式，经3G以及4G网络实现工控机和远端服务器信息交互。

所述摄像头是数字化高清摄像头。

所述蓄电池是12V锂蓄电池。

所述开关电源是交流220V电源转12V直流开关电源模块。

所述温湿度传感器型号是SHT20。

所述积水传感器型号是ZZ-PLS-IRA。

所述交换机型号是TP-LINK TL-SG1024T。

所述外壳的前面板下端左右两部铰接安装在外壳的后壳体前下端左右两部，前面板上端中部安装有一个电磁门锁，电磁门锁的锁舌上端位于后壳体前上端中部的“┌”型槽内。

本实用新型有益效果是：本新型工作中，泵房内水泵（一般具有多台水泵并联运行）自身配套的管网压力传感器、水泵变频器以及水泵控制电路板信号输出端会实时输出信号进入工控机的其中三路信号输入端，实际应用中，工控机在其内部电路作用下，将各种处理后信号输出至供水设备自身的PLC，PLC在其内部电路作用下能根据输入的信号电流大小变化，也就是供水设备水泵负荷变化控制信号输出端输出不同控制信号进入泵房内供水设备的水泵控制电路板信号输入端，这样，泵房内多台水泵就会根据控制电路板的控制信号全部工作或其中一台、两台工作，保证用户正常用水前提下达到节能的目的。在使用中，温湿度传感器、积水传感器能实时采集泵房内温湿度数据和地面是否积水数据，当发生温度过高或湿度过高时，工控机能输出控制信号进入排风扇自身的控制电路板信号输入端，这样，排风扇得电工作后就能对泵房内进行降温除湿，防止泵房内温度过高、湿度过大导致设备损坏，元器件寿命降低等。实际使用中，工控机能将包括泵房内供水设备的运行数据及运行环境参数经交换器、光纤解调器（光猫）通过有线以及无线方式，经3G或者4G网络传递给远端服务器，远端管理方通过PC机或手机接受到各种数据后，管理人员能实时掌握泵房内各种数据，在出现异常数据时，能第一时间到现场进行处理，防止故障的扩大化。本新型的具有人脸识别与RFID读卡器的门禁设备，方便了管理人员通过刷卡以及通过人脸识别后打开泵房门进入泵房内，并能防止无关人员进入泵房内。本新型还能通过获得的工控机内存储硬盘储存的数据，对相关设备历史运行数据和安防记录进行统计，并能为后续进行分析预测，进行策略优化，保证整体设备在最佳的工控下运行提供有力数据支撑，比如供水设备的水泵能根据小区用水量进行匹配，用水量少可安装较少台数水泵，避免了大马拉小车现象的出现，从而达到挖掘设备的利用率并降低运行能耗，降低设备的运行管理成本，根据安防记录，调整巡查管理机制，预防虚假巡更的目的。本新型集成度高，包含了智慧水务中智慧标准泵房的各种监测和控制要素， 重量轻，采取壁挂式安装，安装更为灵活方便，模块化设计，配置灵活，并具有强大的计算性能和存储能力，基于上述，所以本新型具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型后视结构示意图。

图2是本实用新型电路图。

具体实施方式

图1中所示，一种供水泵房监测使用的物联网智能边缘网关装置，包括具有存储硬盘的工控机1、具有人脸识别与RFID读卡器的门禁设备、交换机、光纤解调器、摄像头2、安装在泵房壁上的排风扇、具有电磁锁芯机构的泵房门，泵房内具有供水设备，门禁设备的电源输出端和泵房门的电磁锁芯机构电源输入端经导线连接，排风扇自身具有控制电路板，排风扇控制电路板在自身功能作用下，其控制信号输入端输入不同控制信号后，其会控制排风扇处于工作或不工作状态，泵房内供水设备自身具有控制电路板，泵房内供水设备控制电路板在自身功能作用下，其控制信号输入端输入不同控制信号后，其会分别控制泵房内多台并联状态下水泵全部工作或其中一台、两台等工作，保证用户正常用水前提下达到节能的目的，其特征在于还具有蓄电池3、开关电源4、温湿度传感器5、积水传感器6，工控机1安装在外壳7前部内侧，开关电源4安装在电路板上，电路板和蓄电池3安装在外壳7内（蓄电池3通过固定夹、螺杆螺母安装在外壳内后左部，电路板安装在外壳内后端中部），摄像头2、温湿度传感器5通过固定螺杆、螺母安装在泵房室内墙面或者泵房机箱的上端，积水传感器6通过螺杆螺母安装在泵房内地面最低位置处，门禁设备安装在泵房的门外侧端，交换机和光纤解调器安装在室内墙面上，外壳7后端四周通过螺杆螺母安装在室内墙面上。 8是和工控机1经导线相连的多个接口。外壳7的前面板7-1下端左右两部铰接安装在外壳的后壳体7-2前下端左右两部，前面板7-1上端内中部安装有一个电磁门锁7-3，电磁门锁7-3的锁舌7-31上端位于后壳体前上端中部的“┌”型槽7-4内。本新型使用中，如果无关人员想得开前面板7-1，由于身边无12V电源，因此无法打开电磁门锁7-3，管理人员进行维护时，直接把外部12V蓄电池接在电磁门锁7-4两根输入导线上，那么在电磁门锁7-3自身功能作用下，锁舌7-31会向下运动，这样，前面板7-1就会和后壳体7-2分离，管理人员就可打开前面板7-1对外壳内设备进行维护。电磁门锁7-3型号是EML1-3A，工作电压是12V，其锁舌行程是1厘米，锁舌位于电磁门锁7-3上端。

图2中所示，工控机U1是型号GT6806的嵌入式工控主板，其内部处理芯片是S3C2416，其具有多路信号输入端口和多路控制信号输出端。具有人脸识别与RFID读卡器的门禁设备U2，主要功能是方便管理人员通过刷卡以及通过人脸识别后打开泵房门进入泵房内，并防止无关人员进入泵房内。光纤解调器U3（光猫）能通过有线以及无线方式，经3G或者4G网络实现工控机和远端服务器信息交互。摄像头U4是数字化高清摄像头。泵房门的电磁锁芯机构DC工作电压是直流12V。蓄电池G是型号12V/20Ah的锂蓄电池。开关电源U5是交流220V电源转12V直流开关电源模块成品。温湿度传感器U6型号是SHT20。积水传感器U7型号是ZZ-PLS-IRA。交换机U8型号是TP-LINK TL-SG1024T。

图2中所示，开关电源U5的电源输入端1及2脚和220V交流电源两极分别经导线连接，开关电源U5的电源输出两端3及4脚和工控机U1电源输入两端1及2脚、门禁设备U2电源输入两端1及2脚、光纤解调器U3电源输入两端1及2脚、摄像头U4电源输入两端1及2脚、蓄电池G电源输入两端、温湿度传感器U6电源输入两端1及2脚、积水传感器U7电源输入两端1及2脚、交换机U8电源输入两端1及2脚分别经导线连接，泵房内供水设备配套的管网压力传感器S、水泵变频器BP以及水泵控制电路板MS的信号输出端（现有供水系统中，供水设备配套的管网压力传感器S、变频器BP具有输出4-20mA电流信号进入供水设备控制电路板信号输入端的功能，压力传感器S信号输出端在供水系统管网压力大时电流信号大、管网压力低时电流信号低；水泵工作中变频器BP频率高时电流信号大、变频器BP频率低时电流信号低；同时水泵控制电路板MS在自身功能作用下，能对供水设备的水泵工作负荷进行实时检测，水泵负荷大时控制电路板检测到的电流信号大、负荷低时检测到的电流信号低），和工控机U1的其中三路信号输入端C1、C2、C3分别经数据线连接，工控机U1信号输出端Z1和和交换机U8信号输入端X6经网线连接，交换机U8的信号输出端Z2和光纤解调器U3的信号输入端X2经网线连接，温湿度传感器U6、积水传感器U7的信号输出端口X3、X4和工控机U1的第四个、第五个信号端口C4、C5分别经I2C总线连接，门禁设备U2信号输出端口X5和工控机U1第六个信号端口C6经数据线连接，摄像头U4的视频信号输出端SP和工控机U1的视频信号输入端口SX经视频线连接，工控机U1的其中一路控制信号输出端KC1和排风扇F自身的控制电路板MF(控制电路板MF控制电源输入端和380V电源连接)经数据线连接，工控机U2的另外一路控制信号输出端KC2和泵房内供水设备的PLC信号输入端口经数据线连接，PLC信号输出端和水泵控制电路板MS信号输入端经数据线连接 (控制电路板MS控制电源输入端和380V电源连接)经数据线连接。门禁设备U2的电源输出端3及4脚和泵房门的电磁锁芯机构DC电源输入两端分别经导线连接。

图2中所示，220V交流电源进入开关电源U5的1及2脚后，开关电源U5在其内部电路作用下3及4脚会输出稳定的12V直流电源进入工控机U1、门禁设备U2、光纤解调器U3、摄像头U4、蓄电池G、温湿度传感器U6、积水传感器U7、交换机U8电源输入两端，于是，工控机U1、门禁设备U2、光纤解调器U3、摄像头U4、蓄电池G、温湿度传感器U6、积水传感器U7、交换机U8处于得电工作状态。平时开关电源U1输出稳定的12V直流电源为12V蓄电池G进行浮充电，保证蓄电池G不会因充电电压过高而损坏，同时在市电220V交流电源停电后，蓄电池G能为其他用电设备供电。门禁设备U2中，当管理人员经门禁设备U2的人脸识别功能识别或者用IC卡对RFID读卡器进行刷卡操作后，门禁设备U2信号输出端口X5会输出识别信号进入工控机U1第六个信号端口C6，在工控机U1内部电路作用下，工控机U1会控制门禁设备U2的电源输出端3及4脚输出电源进入泵房门的电磁锁芯机构DC电源输入两端，进而电磁锁芯机构DC得电打开、泵房门打开管理人员能进入泵房内，防止无关其他人员的进入。泵房内多台并联的水泵M工作为用户供水中（高层住宅在每个小区一般都有独立的二次供水系统及泵房），泵房内供水设备配套的管网压力传感器S、水泵变频器BP以及水泵控制电路板MS的信号输出端会实时将管网内水压数据、水泵M配套的变频器BP频率数据、水泵M工作负荷数据转换为4-20mA的电流信号进入工控机U1的其中三路信号输入端C1、C2、C3，工控机U1在其内部电路作用下，工控机U1将各种处理后信号经控制信号输出端KC2输出至供水设备自身的PLC信号输入端，PLC在其内部电路作用下能根据输入的信号电流大小变化，也就是多台并联运行供水设备水泵M的负荷变化、输入的市政管网内水压变化、以及变频器BP频率变化，在进行综合判断后，PLC信号输出端输出不同控制信号进入水泵控制电路板MS信号输入端，这样，泵房内多台水泵M就会根据水泵控制电路板MS控制信号全部工作或其中一台、两台等工作，保证用户正常用水前提下达到节能的目的。例如压力传感器S检测到管道内水压处于最高水压状态，而多台并联水泵M此时还处于一同工作状态下，此刻工控机U1检测到输入的水压信号过大，PLC就会结合输入的供水设备水泵工作电流数据对水泵的负荷进行判定（工作电流大那么水泵负荷就大、反之负荷就小），并结合变频器的频率信号对水泵的负荷进行判定（工作频率高那么水泵负荷就大、反之负荷就小），然后PLC就会根据水泵的负荷数据在内部电路作用下，PLC控制信号输出端输出不同控制信号进入泵房内供水设备的水泵控制电路板MS信号输入端，在水泵控制电路板MS自身功能共同作用下，控制多台并联的水泵M其中一台或两台、多台停止工作，防止多台并联的水泵M在用户侧管道水压很高时还一直处于同时高负荷工作状态下，造成大马拉小车的情况出现，导致电能的浪费。实际应用中，工控机U1会根据输入的压力传感器S数据，变频器BP以及控制电路板MS的信号输出端输入的数据对多台并联的水泵M负荷实时进行监测，水泵M高负荷下，经PLC作用，并联的多台水泵M一起工作，水泵M中负荷下，其中一部分水泵M工作，水泵M低负荷状态下，较少部分水泵M工作，保证正常供水前提下、达到节能的目的。在使用中，温湿度传感器U6能实时采集泵房内温湿度数据，当泵房内因各种原因造成温度、湿度过高（温度超过40度或者湿度超过85%）时，工控机U1的控制信号输出端KC1会输出控制信号进入排风扇自身的控制电路板MF信号输入端，这样，排风扇F得电工作后就能对泵房内进行降温除湿，防止泵房内温度过高、湿度过大导致设备损坏，温湿度恢复正常后，排风扇F停止工作。在使用中，摄像头U4会实时将泵房内视频数据输入至工控机U1视频信号输入端，积水传感器U7能将泵房内是否积水传递给工控机U1信号输入端，工控机U1在其内部电路作用下，会对输入的信号进行处理，并同时对温湿度传感器U6数据，以及泵房内管网压力传感器S、水泵变频器BP以及控制电路板MS的信号输出端输入的数据进行处理，工控机将各种数据处理后，数据经交换机U8、光纤解调器（光猫）U3作用能通过有线以及无线方式，经3G或者4G网络传递给远端服务器，远端管理方通过PC机或手机接受到各种数据后，管理人员能实时掌握泵房内各种数据，在出现异常数据时，能第一时间到现场进行处理，防止故障的扩大化。本实用新型能达到自动控制的目的，还能将各种数据实时传递给远端管理方，保证了泵房内的各设备正常工作，供水的正常。本新型泵房门的电磁锁芯机构DC内部的控制电路与RFID读卡器电路完全隔离，防止不法分子通过破坏读卡器（短路，强电烧毁等方式）来破坏门禁功能，达到破坏设备，投毒等违法犯罪行为。本新型在市电停电情况下，具有UPS功能，能持续通过内部蓄电池给相关设备供电，保障了包括安防设备（门禁设备和视频摄像头）在内的设备能正常工作，市电恢复后，自动切换到市电，并给蓄电池进行充电，保证蓄电池在应急情况下能发挥作用；蓄电池长时间不使用或者充放电，电池的寿命会大大降低，本新型能自动对蓄电池进行充放电管理。

本新型在各部件自身功能以及综合作用下，能实现本新型和服务器之间通过严格的握手和反馈机制进行通讯，各种工控机处理后数据能有效上传至服务器，同时因有蓄电池、具有掉电续传功能，保证了数据上传的完整性。本新型管网压力传感器S、水泵变频器BP以及控制电路板MS的信号输出端和工控机之间，采用成熟RS485总线通讯，用Modbus RTU和Modbus ASCII方式，能自动适配通用的供水设备控制电路板协议。

以上显示和描述了本新型的基本原理和主要特征及本新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。