阅读说明：本技术 基于网络控制的截止阀辅助关断装置及方法 (Stop valve auxiliary turn-off device and method based on network control ) 是由 张旭 赵文亮 余志� 杜镇 李�权 李朝磊 郭小兵 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及基于网络控制的截止阀辅助关断装置及方法,包括控制器、截止阀和管道运行状态检测模块；管道运行状态检测模块用于向控制器输入检测数据；控制器用于控制截止阀；同时还具有可与后台控制中心进行通信的网络模块；网络模块与控制器通信连接；所述网络模块用于将控制器内的检测数据和/或管道运行状态信息传输给后台控制中心；网络模块还用于接收来自后台控制中心发出的相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息；所述控制器还用于根据相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息向截止阀发出关断命令或者保持正常工作命令。本发明通过网络模块进行数据综合判定,从而精准判断管线是否存在安全问题。(The invention relates to a stop valve auxiliary shutoff device and a method based on network control, comprising a controller, a stop valve and a pipeline running state detection module; the pipeline running state detection module is used for inputting detection data to the controller; the controller is used for controlling the stop valve; meanwhile, the system is also provided with a network module which can communicate with the background control center; the network module is in communication connection with the controller; the network module is used for transmitting the detection data and/or the pipeline running state information in the controller to the background control center; the network module is also used for receiving detection data and/or pipeline running state information of the adjacent stop valve auxiliary shutoff device sent by the background control center; the controller is also used for sending a closing command or a normal working keeping command to the stop valve according to the detection data of the adjacent stop valve auxiliary closing device and/or the pipeline running state information. The invention carries out data comprehensive judgment through the network module, thereby accurately judging whether the pipeline has safety problems.)

基于网络控制的截止阀辅助关断装置及方法

技术领域

本发明涉及截止阀辅助关断装置，特别涉及基于网络控制的截止阀辅助关断装置及方法。

背景技术

在天然气等化工领域，为了降低管道泄露时的经济和生命财产损失，在关键位置的截止阀上需要安装无人值守的控制单元。该控制单元通过机械或电子装置持续监测管道内的气压等参数，并根据预设的算法判断是否出现必须关阀的异常情况。当预设条件满足时，控制单元必须自动关闭阀门。

由于管道泄露所引起的***和燃烧可能会破坏阀门外部的电缆及网络设施，因此阀门上的控制单元必须能够在不依赖外部电源和网络的情况下，进行自主判断和操作。

以天然气行业为例，在近20年来，传统的无人值守控制单元平均每年都会出现十几起误关断操作，造成很大的经济损失。其原因可能是因为雷电等恶劣天气引起的临时性机械部件或电子器件故障，或者是管道内的临时性异常流体状态，但因为误关断事件的不可复现性，其根本成因尚不明确，也没有明确的解决方案。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种基于网络控制的截止阀辅助关断装置，该装置通过

实现本发明第一个目的的技术方案是：本发明中基于网络控制的截止阀辅助关断装置，包括控制器、截止阀和管道运行状态检测模块；所述截止阀和管道运行状态检测模块均与控制器电连接；管道运行状态检测模块用于向控制器输入检测数据；控制器根据检测数据判定后向截止阀发出关断命令或者保持正常工作命令；同时还具有可与后台控制中心进行通信的网络模块；网络模块与控制器通信连接；

所述后台控制中心用于接收来自网络模块的检测数据和/或管道运行状态信息；

所述网络模块用于将控制器内的检测数据和/或管道运行状态信息传输给后台控制中心；网络模块还用于接收来自后台控制中心发出的相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息；

所述控制器还用于根据相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息向截止阀发出关断命令或者保持正常工作命令。

所述网络模块为无线传输模块。

同时还包括用于校准控制器的时钟的时钟同步模块。时钟同步模块通过GPS，北斗等方式校准。

上述管道运行状态检测模块为压力变送器。

本发明的第二个目的是提供一种基于网络控制的截止阀辅助关断方法，该方法能够通过综合判断实现精准判定，最大限度避免误判。

实现本发明第二个目的的技术方案是：本发明中利用基于网络控制的截止阀辅助关断装置进行关断的方法，包括如下步骤：

S1、控制器通过网络模块持续从后台控制中心接收相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息；

S2、控制器通过其对应的截止阀辅助关断装置和相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息，进行判定是否出现安全问题；若是，则控制器向截止阀发出关断命令；若否，则向截止阀发出保持正常工作命令。

上述控制器根据以下方法进行判定是否出现安全问题：

控制器通过其对应的截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息管道运行状态信息进行判定是否已经出现安全问题；

若否，则判定没有出现安全问题；

若是，则控制器分析接收来自后台控制中心的相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息；若经过分析相邻截止阀辅助关断装置均处于安全状态，则判定没有出现安全问题；若经过分析相邻截止阀辅助关断装置中至少一个处于非安全状态，则判定出现安全问题。

同时还具有工作模式选择：

在设定的时间周期内，当网络模块与后台控制中心可进行有效通信时，控制器处于综合判定工作模式；在设定的时间周期内，当网络模块与后台控制中心无法进行有效通信时，控制器处于单一判断工作模式；

处于综合判定工作模式时，执行步骤S1和S2；

处于单一判断工作模式时，控制器仅通过其对应的截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息，进行判定是否出现安全问题；若是，则控制器向截止阀发出关断命令；若否，则向截止阀发出保持正常工作命令。

本发明具有积极的效果：(1)本发明通过网络模块可以实现对相邻的截止阀辅助关断装置的工况进行收集，通过对比判断可精准判断当前截止阀辅助关断装置发出的安全警报是不是误报，从而减少因误报而导致的经济损失。

(2)本发明为了保证管线的进一步安全性，当网络模块与后台控制中心无法进行有效通信时，会切换至传统关断模式，即仅依靠当前管道运行状态检测模块的检测数据进行判定管线是否安全。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明中基于网络控制的截止阀辅助关断装置的电气连接示意图；

图2为本发明中基于网络控制的截止阀辅助关断方法的流程图。

具体实施方式

见图1，本发明中基于网络控制的截止阀辅助关断装置，包括控制器1、截止阀2和管道运行状态检测模块3；所述截止阀2和管道运行状态检测模块3均与控制器1电连接；管道运行状态检测模块3用于向控制器1输入检测数据；控制器1据检测数据判定后向截止阀2发出关断命令或者保持正常工作命令；其特征在于：还具有可与后台控制中心4进行通信的网络模块5；网络模块5与控制器1通信连接；

所述后台控制中心4用于接收来自网络模块5的检测数据和/或管道运行状态信息；

所述网络模块5用于将控制器1内的检测数据和/或管道运行状态信息传输给后台控制中心4；网络模块5还用于接收来自后台控制中心4发出的相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息；

所述控制器1还用于根据相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息向截止阀发出关断命令或者保持正常工作命令。

同时还包括用于校准控制器1的时钟的时钟同步模块6。

所述管道运行状态检测模块3为压力变送器。

见图2，本发明中利用上述的基于网络控制的截止阀辅助关断装置进行关断的方法，包括如下步骤：

S1、控制器1通过网络模块5持续从后台控制中心4接收相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息；

S2、控制器1通过其对应的截止阀辅助关断装置和相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息，进行判定是否出现安全问题；若是，则控制器1向截止阀2发出关断命令；若否，则向截止阀2发出保持正常工作命令。

所述控制器1根据以下方法进行判定是否出现安全问题：

控制器1通过其对应的截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息管道运行状态信息进行判定是否已经出现安全问题；

若否，则判定没有出现安全问题；

若是，则控制器1分析接收来自后台控制中心4的相邻截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息；若经过分析相邻截止阀辅助关断装置均处于安全状态，则判定没有出现安全问题；若经过分析相邻截止阀辅助关断装置中至少一个处于非安全状态，则判定出现安全问题。

同时还具有工作模式选择：

在设定的时间周期内，当网络模块5与后台控制中心4可进行有效通信时，控制器1处于综合判定工作模式；在设定的时间周期内，当网络模块5与后台控制中心4无法进行有效通信时，控制器1处于单一判断工作模式；

处于综合判定工作模式时，执行步骤S1和S2；

处于单一判断工作模式时，控制器1仅通过其对应的截止阀辅助关断装置的检测数据和/或管道运行状态信息，进行判定是否出现安全问题；若是，则控制器1向截止阀2发出关断命令；若否，则向截止阀2发出保持正常工作命令。

所述控制器1一般采用可编程PLC，其包括处理器、储存器以及储存在储存器内并可被处理器调取使用的程序，所述程序包括上述关断的方法中的步骤。所述控制器1上设有可供操作人员进行设置执行参数的操作面板。

举例说明如下：

根据历史数据和经验汇总，我们基于如下数据进行测算：

两个截止阀2之间的管道长度约为30km；

在管道上发生***等恶性事故后，两个截止阀2的平均关阀时间为事故后5分钟；

截止阀2设置的关阀阈值为：每分钟压降超过150KPa；

截止阀2设置的检测数据采样周期为：一分钟(60秒)，即以一分钟的管道压力数据作为计算窗口，判定管道是否泄露；

截止阀2设置的关阀延迟时间为两分钟(120秒)，即检测数据达到关阀条件之后持续监测两分钟，如果问题依然存在则执行关阀动作

按如上数据，当管道发生泄露后，能够被截止阀2检测到的压力波动在管道内的传递速度可按照如下步骤进行计算：

泄露点到单个阀门的传播时间＝总时间—窗口时间—延迟时间＝5min–1min–2min＝2min；

总传播时间＝泄露点到单个阀门的传播时间*2＝2min*2＝4min；

平均传播速度＝总距离/总时间＝30km/4min＝125m/s。

在利用本实施例方案后，压力波动的传播速度，以及泄露点到单个阀门的传播时间均不会改变。根据泄露点在管道中的位置，可以分两种情况计算：

最好的情况：泄露点在两个截止阀的正中间；

最坏的情况：泄露点非常接近一侧的截止阀(比如小于1公里)，而和另一侧截止阀的距离接近管道长度(30公里)。

在最好的情况下，泄露点两侧的截止阀2探测到压力下降的时间均为两分钟(2min＝15km÷125m/s)，通过网络模块5同步，截止阀2控制根据：(1)本阀门压力下降；(2)相邻截止阀2压力下降的事实，能够判定泄露已经发生，可立即关断截止阀2(或根据实际需求设定延迟时间，如30秒)。

假设网络通信延迟有5秒，在这种情况下，两侧的截止阀2启动关闭动作和管道泄露发生之间只有125秒。

在最坏的情况下，距离泄露点最近的截止阀2能够立即检测到压力下降，而距离泄露点较远的截止阀2则需要四分钟(4min＝30km÷125m/s)。在距离较远的截止阀2得到异常压力数据后，经过网络同步，两个截止阀2可以在***发生后245秒(4m+5s)内同步关闭截止阀2(设网络延迟在5秒内)。

在最坏的情况下，响应时间好于未安装本实施例的响应时间。而在最好的情况下，安装本实施例的响应时间则比未安装的节省了一半时间。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。